淺談工廠低壓供配電設計中接地系統及接地故障保護

高業興

摘要：我國開展工業化生產的過程中，電廠應用電能的現象十分普遍，但是由于工程需涉及大量配電設備，電力能源自身表現出較強危險性，一旦失控必將影響電氣設備，使設備受到嚴重損害，威脅工廠正常運作，甚至增加安全事故發生概率，因此有必要整體研究供配電系統接地故障保護。本文基于設計低壓供配電，詳細研究接地系統及接地故障保護內容。

關鍵詞：工廠低壓配電設計；接地系統；接地故障保護

工廠在現代化運行過程中依靠電能實現供給，電能在為人們提供便利的過程中，也引發了很多安全問題。工廠擁有大量電氣設備，相應產生復雜的供給電力系統，錯綜復雜的電網，容易擴大影響范圍。基于客觀角度設計配電系統，一定程度上提升系統的安全水平，迫切要對這一設計給予高度關注。

一、低壓供配電接地系統概述

（一）TN系統

在合理配置中，應有對應接地系統。其中，TN系統表現出普遍適用性，并大規模運用在工廠運作中。系統運作的主要原理是中性點直接接地，也被稱作接零。

第一種是TN-C系統，通常電容量相對較小，適用于對配電設計要求相對不高的操作。其優勢為極少使用導線與保護電器設備，相應節省了系統的投入成本。但是，由于線路存在難以平衡的電壓，當諧波電流出現在電路中時，這樣的接地方式形成干擾電磁，較大程度影響了一部分電力設施[1]。

第二種是TN-S系統，當供配電設計達到規定安全標準時科學應用。由于系統保護中不會形成電流，難以造成電磁干擾，相應增加了安全性。可是，不足是會增加投入成本。

第三種是TN-C-S系統，是對前兩種系統有效融合，前半部分利用TN-S系統節地，后半部分則使用TN-C系統。高度糅合兩個系統的優勢，有效規避系統存在的不足。

（二）TT系統

該系統工作原理是電源工作接地與用電設施保護接地，不存在保護線，全部設備金屬外殼直接中線。系統特點：直接接地，容易增加觸電的風險；設備之間不存在必要關聯，產生缺陷不會發生一系列連鎖反映，同時各個設備保持一定獨立性，彼此難以造成較大的干擾。當前這一系統應用率較低，但基于投入成本低廉，可以有效掌控風險，有良好的應用前景[2]。

（三）IT系統

系統運行的基本原理是電源非工作接地與用電設備保護接地。缺乏必備的中性線和保護線，設備全部金屬外殼采取直接接地方式。實際特點：難產生廣泛的運用范圍，可以在三相對稱用電設備中廣泛運用；單相產生問題不會威脅設備使用；設備不帶電，降低了觸電發生概率，容易在易燃易爆場合中使用。

二、接地故障保護

接地故障發生是由于在系統內部中相線對地及相關導體之間發生短路問題。一定程度增加接地故障的危害性，可以借助工廠接地故障保護降低產生事故的概率。

（一）IT系統接地故障保護

在此系統中，若供配電系統發生單相接地故障，電位在設備金屬外殼中升至50V，此時采取設備絕緣監視和接地故障裝置，并對裝置內部動作電流范圍有效保障： IERE≤50V

式中，單相接地電流為 IE，連接設備金屬外殼的接地電阻為RE。

當系統中發生兩相接地故障時，應采取安裝漏電保護開關的方法，短期內快速切斷供電線路。這一故障成因有兩種，一是IT接地系統中擁有N線，此時漏電開關形成的動作電流為：

loρZΣ≤■UΦ

二是IT接地系統中缺少N線，此時漏電開關電流為：

loρZΣ≤■UΦ

在上述公式中，loρ表示漏電開關形成的電流數值；故障回Φ路阻抗模為ZΣ，相電壓是UΦ。

（二）TT系統基地故障保護

在這個系統中，僅需要對漏電開關設置保護，結合低壓斷路器約束需求合理調節漏電開關存在的大小電流，確保漏電動作維持在30mA左右。設置接地故障保護系統之后，應根據公式要求設計系統： sla≤50V

式中，設備外漏形成的導電部分地級與PE線電阻和為s；la標識存在于故障回路形成的動作電流。

在實際利用系統的過程中，一般不會形成較高故障電流數值，與過電流保護的對應范圍不相符，設備應用中體現出極強的靈敏性。因此在應用系統中，一般優先考慮使用漏電保護設備[3]。

（三）TN系統接地故障保護

在系統中，一般保護供配電系統采取低壓斷路器切斷供電線路的方法，結合反時限特點需求對斷路器動作電流科學調節。可是，在TN-S系統和TN-C-S系統下部分無法結合故障保護需求使用斷路器，此時為實現故障保護需要應安裝漏電開關。在TN-C系統中，由于未設計PE線，應利用漏電開關達到故障保護目標，在TN-C系統中加入PE線，進一步轉化為TN-S系統，設計過程中應達到下列要求： sla≤U

式中，接地故障回路阻抗利用s表示，la表示在限定時間之內對故障回路電流數量自行阻斷；Uo標識相線對地形成的電壓。

在研究分析系統中允許通過的最大切斷接地故障回路，科學劃分回路類型，一種是針對固定設備產生的回路，設定故障最大回路時間4-5s；另一種是針對移動設備形成的回路，故障最大回路時間是0.4s；結合以上數據了解到，兩種回路；類型對故障保護反應時間都很短，固定設備大概是5s，移動設備大概是0.4s，因此只有對上述故障回路時間需求有效滿足，才可以全面發揮系統優勢。

在分析接地故障保護最小數值時，可以研究熔斷器方式，合理劃分溶體額定電流，與之對應的回路是4.5s、5s、5s、6s，形成故障時間依次為8s、9s、10、11s。通過以上數據了解到，當熔斷器實施接地故障保護時，由于在TN系統中發生較高頻率的金屬性短路故障，此時電路故障保護必定起到較大作用，若形成較大電流數量容易切斷電路。當線路存在較長長度時，相應擴大過電流保護裝置發揮的作用，此時通過漏電保護設備作為保護裝置為系統提供保護[4]。

三、結束語

綜合分析能發現，在設計工廠的低壓供配電中維護接地系統發揮了至關重要的作用。工廠應結合自身特點科學選擇接地系統，之后按照實際運行接地系統狀況，找出存在的缺陷，合理安裝與之對應的故障保護裝置。

參考文獻：

[1]湯小麗，何貴陽.大型游樂設施配電系統接地型式的探討[J].現代制造技術與裝備，2017（4）：53-54+61.

[2]李露露，雍靜，曾禮強，何樂婷.低壓直流雙極供電系統的接地型式研究[J]. 中國電機工程學報，2018（13）：2210-2218.

[3]彭鈺，魏巍.淺析廠區道路照明配電系統接地型式的選擇[J].有色冶金節能，2017（6）：35-39.

[4]千素蘭 .低壓配電系統設計中斷路器整定系數確定問題的探討[J].電氣工程應用，2018（2）：26-31.

（作者單位：中材建設有限公司）