臨電系統(tǒng)三級配電二級漏電保護(hù)設(shè)計(jì)

1 對臨電規(guī)范要求的三級配電、二級漏電保護(hù)的理解

　　1.1 臨電規(guī)范規(guī)定的三級配電與二級漏電保護(hù)

　　臨電規(guī)范規(guī)定配電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置配電柜或總配電箱、分配電箱、開關(guān)箱，實(shí)行三級配電。就是配電柜或總配電箱為第一級配電，分配電箱為第二級配電，開關(guān)箱為特殊的第三級配電。臨電規(guī)范規(guī)定的臨電系統(tǒng)短路及過載保護(hù)有五級，分別是總配電箱內(nèi)總回路和分回路二級、分配電箱內(nèi)進(jìn)線回路和出線回路二級、開關(guān)箱內(nèi)一級。保護(hù)電器在一般是采用低壓熔斷器和低壓斷路器兩類。漏電保護(hù)有二級，分別是總配電箱內(nèi)總回路或分回路一級、開關(guān)箱內(nèi)一級，保護(hù)電器一般是帶漏電保護(hù)的斷路器。

　　從上述可知，臨電規(guī)范規(guī)定的臨電系統(tǒng)有三級配電、五級短路及過載保護(hù)、二級漏電保護(hù)，通稱為三級配電二級漏電保護(hù)。三級配電包括了五級短路及過載保護(hù)。

　　1.2 臨電規(guī)范采用三級配電二級漏電保護(hù)的原因

　?。?）配電級數(shù)需要與用電規(guī)模、用電特點(diǎn)相適應(yīng)，三級配電是臨電系統(tǒng)較為合適的配電模式。

　　工業(yè)配電系統(tǒng)一般采用配電室一級配電，民用建筑則一般采取三級配電，規(guī)模特別大的也有四級。

　　工業(yè)配電系統(tǒng)負(fù)荷較多、功率較大，區(qū)域集中，變配電所能深入負(fù)荷中心，在配電室內(nèi)有匯流母線為各個(gè)配電柜配電，相當(dāng)于分成了一個(gè)個(gè)獨(dú)立的總配電箱，對于這些負(fù)荷采用一級配電就可以了，而對于遠(yuǎn)離配電室的多個(gè)集中負(fù)荷，需要采用至少兩級配電。民用建筑中負(fù)荷較多、功率較小，區(qū)域分散，變配電所雖然也能深入負(fù)荷中心，但因負(fù)荷相對分散，只能是以小區(qū)、住宅樓和樓層、住戶分層配電。

　　對于施工現(xiàn)場來說，負(fù)荷較多、容量有時(shí)相差較大、供電區(qū)域也相對分散，至少也要采用兩級配電方式，而開關(guān)箱這一級，由于臨電規(guī)范規(guī)定臨電系統(tǒng)末端采用一機(jī)一箱供電方式，這一級實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的不是對電能進(jìn)行再分配，而是臨電規(guī)范為了確保末端設(shè)備的安全采取的一種特殊安全保護(hù)措施，臨電規(guī)范規(guī)定開關(guān)箱距末級用電設(shè)備不大于3m，就是對于用電安全的一種強(qiáng)制性措施。由于施工現(xiàn)場用電人員與末級設(shè)備接觸頻繁，用電設(shè)備的特殊環(huán)境和用電狀況的惡劣，使得末級保護(hù)在確保安全用電的位置上十分重要的必要的，是必須配置的一級保護(hù)。

　?。?）臨電規(guī)范要求總配電箱應(yīng)設(shè)在靠近電源的區(qū)域，分配電箱應(yīng)設(shè)在用電設(shè)備或負(fù)荷相對集中的區(qū)域，這樣至少也需要包括開關(guān)箱在內(nèi)的三級配電才能滿足要求。

　?。?）一般配電規(guī)范和設(shè)計(jì)都沒有對配電級數(shù)作強(qiáng)制性規(guī)定，而臨電規(guī)范2005 對臨電系統(tǒng)強(qiáng)制采用三級配電，主要是針對施工現(xiàn)場的特殊性、用電安全的重要性，從技術(shù)上對臨電設(shè)計(jì)作了強(qiáng)制性的規(guī)定。只有從技術(shù)、設(shè)計(jì)、方案實(shí)施上確保臨電的安全，才能從根本上通過臨電管理等手段實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的用電安全。

　?。?）臨電規(guī)范對三級配電做了詳細(xì)的規(guī)定，設(shè)置了五級短路和過載保護(hù)，主要原因有：

　?、偈┕がF(xiàn)場臨時(shí)用電系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的供配電系統(tǒng)，具有相當(dāng)?shù)奶厥庑?，總配電箱?nèi)必須安裝進(jìn)線總斷路器。

　?、谟捎谑┕がF(xiàn)場的特殊性，臨電規(guī)范要求架空線路、室內(nèi)線路、電纜線路必須有短路保護(hù)和過載保護(hù)，總配電箱和分配電箱的出線側(cè)需要各安裝一級短路和過載保護(hù)。

　?、塾捎诜峙潆娤浠芈房赡懿捎脴涓墒焦╇姡偱潆娤鋬?nèi)的分路斷路器或熔斷器不能為分配電箱每個(gè)出線回路提供可靠的短路和過載保護(hù)，從安全角度考慮，分配電箱進(jìn)線處也需要安裝一級短路和過載保護(hù)，為分配電箱每個(gè)出線回路提供后備保護(hù)。

　　④開關(guān)箱內(nèi)的這一級短路和過載保護(hù)是末端設(shè)備和線路的主保護(hù)，是比一般供電系統(tǒng)多增加的一級特殊保護(hù)措施，是也是臨電規(guī)范提高施工現(xiàn)場用電安全等級的一個(gè)安全措施。

　?、輰τ谂R電的三級配電，五級短路和過載保護(hù)可以形成較為完整的保護(hù)系統(tǒng)，從末級短路和過載保護(hù)保護(hù)開始，上一級保護(hù)可以做為下一級的后備保護(hù)，對提高臨電系統(tǒng)短路和過載保護(hù)的可靠性十分必要。

　　（5）臨電規(guī)范規(guī)定施工現(xiàn)場必須采用TN-S 系統(tǒng)，漏電保護(hù)是與TN-S 系統(tǒng)匹配的保護(hù)模式，是臨電系統(tǒng)必不可少的接地保護(hù)系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場用電安全至關(guān)重要。

　　在工業(yè)項(xiàng)目上短路的過載保護(hù)雖可以兼作回路的接地保護(hù)，但在臨電系統(tǒng)中過載保護(hù)提供的接地保護(hù)不能滿足施工現(xiàn)場用電的要求，漏電保護(hù)系統(tǒng)是比過載保護(hù)、零序保護(hù)靈敏度都高的多的接地保護(hù)系統(tǒng)，對施工人員的用電安全能提供可靠的保護(hù)，而兩級漏電保護(hù)能提供更為可靠、有效的漏電保護(hù)。

　?。?）臨電設(shè)計(jì)人員是一般是電氣專業(yè)工程師及其專業(yè)水平不高的人員，有很多電氣工程師沒有經(jīng)過專門電氣設(shè)計(jì)培訓(xùn)，他們一般接觸最多的是施工規(guī)范，對設(shè)計(jì)規(guī)范并不熟悉，需要在規(guī)范中確定臨電的供電模式和相應(yīng)細(xì)節(jié)，臨電規(guī)范的提供的確定性供電模式確實(shí)為臨電設(shè)計(jì)提供了方便，使電氣專業(yè)水平不高的人員也能設(shè)計(jì)出符合規(guī)定的臨電方案。

　　（7）施工現(xiàn)場所具有的特殊性，用電和管理人員專業(yè)性不強(qiáng)或是非專業(yè)人員，甚至部分人員根本就沒有相應(yīng)的用電知識。施工現(xiàn)場情況千差萬別，為了提高臨電系統(tǒng)的安全及管理水平，臨電規(guī)范的各項(xiàng)規(guī)定就比較嚴(yán)格，強(qiáng)制部分相對多，更多的是從安全的角度進(jìn)行規(guī)定，就高不就低。這樣臨電規(guī)范在對具體內(nèi)容作了嚴(yán)格規(guī)定的同時(shí)，也使臨電設(shè)計(jì)和實(shí)施少了些靈活性。

　　2 二級漏電保護(hù)設(shè)計(jì)存在的問題

　　2.1 臨電規(guī)范強(qiáng)制性規(guī)定

　　臨電系統(tǒng)規(guī)定必須采用二級漏電保護(hù)系統(tǒng)，但對二級漏電保護(hù)對應(yīng)的臨電規(guī)模沒有做詳細(xì)的規(guī)定，也就是說不論臨電規(guī)模多大，都可能采用的是二級漏電保護(hù)系統(tǒng)，如果設(shè)計(jì)過程中不考慮實(shí)際項(xiàng)目的臨電規(guī)模，盲目按臨電規(guī)范規(guī)定的二級漏電保護(hù)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，常常導(dǎo)致漏電保護(hù)方案與實(shí)際的臨電規(guī)模不匹配設(shè)計(jì)的臨電系統(tǒng)總漏電保護(hù)器保護(hù)范圍明顯過大，就是因?yàn)楹雎粤瞬煌囊?guī)模應(yīng)有不同的分級保護(hù)的原理，不論臨電規(guī)模有多大，都簡單照搬臨電規(guī)范的二級漏電保護(hù)系統(tǒng)，導(dǎo)致總漏電保護(hù)器動作后影響范圍大，施工現(xiàn)場的特殊性又造成總漏電保護(hù)器頻繁跳閘，這兩種情況極大地影響了施工現(xiàn)場的正常施工和用電安全。

　　2.2 設(shè)計(jì)過程中沒有考慮施工現(xiàn)場的特殊性

　　施工現(xiàn)場環(huán)境較差，施工設(shè)備具有相當(dāng)大的周轉(zhuǎn)性、移動性和共用性，配電設(shè)備、配電線路、用電設(shè)備等易受不良環(huán)境的侵害，施工用電人員素質(zhì)較低，管理上常常不到位，末級漏電保護(hù)器不能可靠動作或不起作用。這些特殊性造成了線路和設(shè)備漏電機(jī)率較高，而末級漏電保護(hù)的動作率卻不高或就沒有末級漏電保護(hù)器，這就造成了總漏電保護(hù)器的動作機(jī)率大增，頻繁的跳閘嚴(yán)重影響了正常施工，用電安全狀況不容樂觀。

　　2.3 在設(shè)計(jì)方案中不重視形成分級、有效、可靠的漏電保護(hù)系統(tǒng)

　　我們知道開關(guān)箱內(nèi)的漏電保護(hù)器額定漏電動作電流是15~30mA，而較為中型或大型的臨電系統(tǒng)總漏電保護(hù)器額定漏電動作電流是300~500mA，而且還有0.3～0.5s 的時(shí)延，總配電箱分路的漏電保護(hù)器額定漏電動作電流是200mA 左右，首末兩端漏電保護(hù)器額定漏電動作電流相差較大，在臨電系統(tǒng)大多數(shù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于通電線路和設(shè)備較多，系統(tǒng)漏電流也較大，首末兩端漏電保護(hù)器額定漏電動作電流實(shí)際相差不大，總漏電保護(hù)能為末級漏電保護(hù)提供較為可靠的后備保護(hù)，但在用電設(shè)備數(shù)量較少時(shí)，首末兩端漏電保護(hù)器額定漏電動作電流實(shí)際相差會較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了15~30mA 的漏電電流，如果總漏電保護(hù)器不能提供可靠的漏電后備保護(hù)，無疑對施工現(xiàn)場用電人員是較為嚴(yán)重的安全隱患。

　　3 三級配電設(shè)計(jì)存在的問題

　　3.1 相對于二級漏電保護(hù)，短路和過載保護(hù)在臨電設(shè)計(jì)和方案實(shí)施中不受重視

　　由于漏電保護(hù)器接地保護(hù)的靈敏度大大高于過載保護(hù)兼接地保護(hù)的靈敏度，在臨電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，發(fā)生的主要是漏電故障，一旦發(fā)生漏電故障，漏電保護(hù)器首先動作，而短路和過載保護(hù)基本上不動作，給人的感覺是短路和過載保護(hù)是一個(gè)擺設(shè)，只要有了漏電保護(hù)，短路和過載保護(hù)就可有可無了。

　　這樣在臨電設(shè)計(jì)和方案實(shí)施中對短路和過載保護(hù)很不重視。

　　在實(shí)際的臨電設(shè)置中，短路和過載保護(hù)常常不按臨電設(shè)計(jì)方案配置，而是沿用上一次臨電設(shè)計(jì)配置的短路和過載保護(hù)，常常造成容量較大的斷路器控制較小容量的用電設(shè)備，實(shí)際上存在較大的故障隱患。

　　在臨電系統(tǒng)中只重視漏電保護(hù)是人們的一個(gè)誤區(qū)，漏電保護(hù)只能解決部分接地故障和短路并發(fā)接地的故障問題，而過載保護(hù)、不并發(fā)接地故障的相間或相對零故障則不能得到保護(hù)，更重要的是漏電保護(hù)器并不是完全可靠的，它可能會因各種各樣的原因拒動，短路和過載保護(hù)實(shí)際上也是漏電保護(hù)的后備保護(hù)。二級漏電保護(hù)器失效的可能性較小，但一級漏電保護(hù)器可能拒動的概率就相對大一些，實(shí)際上臨電系統(tǒng)開關(guān)箱以上的很大的范圍內(nèi)只有一級漏電保護(hù)，有一部分開關(guān)箱后的設(shè)備和線路是沒有末級漏電保護(hù)的，這些設(shè)備也只有一級漏電保護(hù)。

　　如果不重視臨電系統(tǒng)的短路和過載保護(hù)，臨電系統(tǒng)就會存在較大的故障隱患，如果發(fā)生短路故障而不能及時(shí)切斷故障，不僅損毀設(shè)備，而且對人也是有較大傷害的。

　　3.2 臨電方案中不注重短路電流、選擇性等計(jì)算

　　臨電方案在選用低壓斷路器、熔斷器時(shí)存在不少問題，其中突出的問題是沒有進(jìn)行短路電流計(jì)算。

　　配電線路短路保護(hù)電器的分?jǐn)嗄芰?yīng)大于安裝處的預(yù)期短路電流。選擇斷路器應(yīng)先計(jì)算其出口端的短路電流，但一般的臨電方案都沒有進(jìn)行短路電流計(jì)算，再加上負(fù)荷變動較大，所選的短路器的極限短路分?jǐn)嗄芰赡懿粔?，不能安全的切斷短路故障電流，是安全的隱患。

　　短路和過載保護(hù)的短路電流、分級選擇性計(jì)算對于施工單位的工程師來說是比較難的，只是選擇性計(jì)算就包括選擇型斷路器和選擇型斷路器的級間配合、選擇型斷路器和非選擇型斷路器的級間配合、非選擇型斷路器與熔斷器的級間配合、熔斷器和熔斷器的級間配合、熔斷器和非選擇型斷路器的級間配合等，當(dāng)然這一過程可以用軟件實(shí)現(xiàn)，但至少目前得到普及的較少。目前的大多數(shù)臨電方案還是比較簡單的，相關(guān)的計(jì)算很少涉及。漏電保護(hù)變成了臨電系統(tǒng)的主保護(hù)，短路和過載保護(hù)則不受重視，實(shí)際上臨電系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)短路和過載保護(hù)的安全設(shè)計(jì)、配置和分級保護(hù)。

　　3.3 總配電箱設(shè)置在靠近電源的區(qū)域的方案不一定是最優(yōu)方案

　　臨電規(guī)范規(guī)定總配電箱應(yīng)設(shè)在靠近電源的區(qū)域，有兩個(gè)目的：對進(jìn)入施工現(xiàn)場的臨電電源線路提供短路、過載、漏電保護(hù)；按規(guī)范要求形成必須采用的TN-S 系統(tǒng)，確?？偱潆娤銹E 線、N 線分開處的地電位。

　　在實(shí)際臨電配置中我們認(rèn)為：不論是施工現(xiàn)場設(shè)置變壓器，還是從其他電源引入，總配電箱和變壓器都應(yīng)靠近用電設(shè)備或負(fù)荷相對集中的區(qū)域更為合理一些。

　　電源靠近負(fù)荷中心設(shè)置，這種方案無疑是較經(jīng)濟(jì)的，特別是電源中心和負(fù)荷中心相對較遠(yuǎn)的情況下，再加上臨電設(shè)備的需用系數(shù)和同時(shí)系數(shù)較小，采用這種方案的投入會相對較小。

　　在技術(shù)上和方案實(shí)施上能確?？偱潆娤湓O(shè)置在靠近電源的區(qū)域的臨電系統(tǒng)安全。

　　總配電箱處PEN 線電位升高有兩種：一種是外部引入，另一種是臨電系統(tǒng)自身引起。外部引入的PEN 線電位升高原因：高壓側(cè)接地故障電流流經(jīng)變壓器側(cè)接地極部分引起，一般這種引入一般只是瞬時(shí)存在，時(shí)間在5s 左右；臨電系統(tǒng)以外的同一低壓TN 或TT 系統(tǒng)內(nèi)的接地故障，這種故障持續(xù)時(shí)間可能較長，主要取決于回路的接地保護(hù)動作時(shí)間。對這種外部引入的PEN 線電位升高的情況，通過總配電箱處的重復(fù)接地措施就可以降低至安全電位，比PEN 線直接接入變壓器接地極時(shí)情況好的多。