民用建筑地下車庫照明回路的靈敏度校驗

林文超

摘要：文章重點對民用建筑地下車庫長距離末端照明回路進行單相短路計算和靈敏度校驗分析，并提出有效解決措施。

關鍵詞：地下車庫;照明;單相短路電流;靈敏度校驗

隨著社會、經濟和城市化進程的不斷發展，建筑的規模越來越大，伴隨著地下室的面積也越來越大，使得地下車庫照明回路的供電距離也越來越長。在常規TN-S系統中，當末端照明回路發生單相短路故障時，距離過長會導致相保回路的阻抗增大，單相短路故障電流減小，此時若故障電流過小而不能使得保護開關可靠動作，將使得此短路故障一直無法排除，輕則導致線纜或設備絕緣損壞，重則可能引起電氣火災或觸電危險。現有不少設計圖紙在設計車庫照明時并沒有很關注這個問題，一般都是很籠統地選用C16A微型斷路器并匹配2.5mm2的導線等，因此，為確保供電可靠性和安全性，本文將重點對民用建筑地下車庫長距離末端照明回路進行單相短路計算和靈敏度校驗分析，并提出有效解決措施。

一、末端照明回路單相短路電流計算

以常規TN-S系統為例，某民用建筑內，某臺SCB11干式變壓器容量為1000kVA，低壓柜出線至照明總箱（采用電纜YJV-4X70+1X35，長度按15m），照明總箱出線至車庫照明箱（采用電纜YJV-5X6，長度L3為待定變量），車庫照明箱給末端照明回路供電（采用導線BV-3X2.5，長度L4為待定變量），于末端照明燈具處發生單相短路，計算條件如下圖1所示：

1. 系統阻抗計算

歸算到變壓器低壓側的高壓系統阻抗可按下式計算：

其中? Un——變壓器低壓側標稱電壓，0.38kV;

c——電壓系數，一般取值1.05;

SS”——變壓器高壓側系統短路容量，MVA;

Rs、Xs、Zs——歸算到變壓器低壓側的高壓系統電阻、電抗、阻抗。

對于D，yn11連接變壓器，零序電流不能在高壓側流通，故不計入高壓側的零序阻抗，則

若按簡化計算，變壓器高壓側系統短路容量可按無窮大，此時系統相保電阻、相保電抗、相保阻抗均為0;本文變壓器高壓側系統短路容量取值300MVA，按上述公式計算可得：

系統相保電阻和相保電抗分別為：Rphp.s = 0.03 mΩ ，Xphp.s = 0.35 mΩ 。

2. 變壓器阻抗計算

SCB11系列10/0.4kV變壓器低壓側單相短路相保電阻和相保電抗如下表1所示，由表1可得：1000kVA變壓器相保電阻和相保電抗分別為：Rphp.t = 1.41 mΩ ，Xphp.t = 9.38 mΩ 。

3. 母線L1阻抗計算

根據《工業與民用供配電設計手冊》第三版表4-24可得，母線TMY-4（100X10）+80X8單位長度相保電阻和相保電抗分別為：0.056 mΩ/m 、0.380 mΩ/m ，按母線長度為5m計算，則：

母線L1相保電阻：Rphp.L1 = 0.056 * 5 =0.28 mΩ ;

母線L1相保電抗：Xphp.L1 = 0.38 * 5 =1.9 mΩ 。

4. 電纜L2阻抗計算

根據《工業與民用供配電設計手冊》第三版表4-25可得，電纜YJV-4X70+1X35單位長度相保電阻和相保電抗分別為：1.128 mΩ/m 、0.178 mΩ/m ，按電纜長度為15m計算，則：

電纜L2相保電阻：Rphp.L2 = 1.128 * 15 =16.92 mΩ ;

電纜L2相保電抗：Xphp.L2 = 0.178 * 15 =2.67 mΩ 。

5. 電纜L3阻抗計算

根據《工業與民用供配電設計手冊》第三版表4-25可得，電纜YJV-5X6單位長度相保電阻和相保電抗分別為：8.601 mΩ/m 、0.2 mΩ/m ，按電纜長度為L3計算，則：

電纜L3相保電阻：Rphp.L3 = 8.601 * L3? ?mΩ ;

電纜L3相保電抗：Xphp.L3 = 0.2 * L3? ?mΩ 。

6. 導線L4阻抗計算

根據《工業與民用供配電設計手冊》第三版表4-25可得，導線BV-3X2.5單位長度相保電阻和相保電抗分別為：20.64 mΩ/m 、0.29 mΩ/m ，按導線長度為L4計算，則：

導線L4相保電阻：Rphp.L4 = 20.64 * L4? ?mΩ ;

導線L4相保電抗：Xphp.L4 = 0.29 * L4? ?mΩ 。

7. 總阻抗計算

綜上1～6可得，末端短路時，總阻抗為：

總相保電阻Rphp.z = Rphp.s + Rphp.t + Rphp.L1 + Rphp.L2 + Rphp.L3 + Rphp.L4 ，

即Rphp.z = 18.64 + 8.601 * L3 + 20.64 * L4 ;

總相保電阻Xphp.z = Xphp.s + Xphp.t + Xphp.L1 + Xphp.L2 + Xphp.L3 + Xphp.L4 ，

即Xphp.z = 14.3 + 0.2 * L3 + 0.29 * L4 。

8.末端單相短路電流計算

當圖1中末端發生單相短路時，單相短路電流計可按下式1-1計算：

二、單相短路保護靈敏度校驗分析

1.提高TN-S系統單相短路保護靈敏度的措施

當配電線路較長時，單相短路電流Id較小，短路保護電器一般難以滿足短路保護動作靈敏度的要求，可采取以下措施：

1）提高單相短路電流值，可通過加大線纜截面或縮短供電線路長度來實現，但實際應用中供電距離為客觀條件限制難以縮小，而加大線纜截面又必然引起成本的增加，不夠經濟，因此，這個措施在實際設計中往往不太常用。

2）采用符合要求的短路保護電器，本文按常規以微型斷路器為例，被保護線路末端的短路電流Id不應小于微型斷路器瞬時過電流脫扣器整定電流Iset3的1.3倍，即

2.單相短路保護靈敏度校驗及末端線路最大允許長度計算

微型斷路器有B型和C型兩種特性曲線，B型特性曲線的瞬時過電流脫扣器整定電流Iset3一般為額定電流的5倍，C型特性曲線的瞬時過電流脫扣器整定電流Iset3一般為額定電流的10倍。由式1-1和式2-1綜合計算可得，當圖1中的線路L3長度L3=10～100m時，選用不同型號的微型斷路器，分別對應的末端照明箱至末端燈具的最大允許長度L4如下表2所示：

由表2數據可以看出，設計過程中不能很籠統地選用C16A微型斷路器，因為C16A微斷對應的線路最大允許長度偏低，普遍不適用于車庫照明等長距離供電情況，可根據實際情況選用C10A、B16A或B10A微型斷路器并匹配2.5mm2的導線，較為經濟合理。

三、結語

本文通過對民用建筑地下車庫長距離末端照明回路進行單相短路計算和靈敏度校驗，根據分析和計算得出末端線路在不同條件下的最大允許長度數據表格，可供參考使用，有助于提高設計合理性、經濟性和安全性。

參考文獻：

1.《供配電系統設計規范》GB 50052-2009

2.《低壓配電設計規范》GB 50054-2011

3.《全國民用建筑工程設計技術措施（2009） 電氣》

4.中國航空規劃設計研究總院有限公司.《工業與民用供配電設計手冊》第三版，中國電力出版社

5.中國航空規劃設計研究總院有限公司.《工業與民用供配電設計手冊》第四版，中國電力出版社