第8章_低压配电系统及设备选择

1、第8章 低压配电系统及设备选择 1000V以下的电网称为低压配电系统。 最常见的为标称电压220V/380V系统，还有660V/380V系统（常用于矿山）。 低压配电系统在技术原理上与中、高压系统基本相同，但工程背景有较大差别。 低压系统技术体系已基本与IEC标准接轨，部分表述与立场与中、高压系统不同。 学习方法：归纳共同点以加深对基本概念的理解；对比不同点体会工程现象和方法，强化工程意识。 低压电网在电力系统中的位置 公用或用户专用10/0.4kV变配电所二次侧，即为低压配电系统，也有少量35/0.4KV情况。220kV枢纽电源变电所220kV20kV220kV110kV110kV110kV

2、枢纽变电所城市发电厂市域外电源进线区域变电所110kV35kV10kV220kV公用变配电所开闭所35kV10kV用户变配电所380/220V380/220V送电网（主网架）高压配电网低压配电网中压配电网10kV220kV环式主网架第1节 低压系统的形式8.1.1 术语 1）系统中性点。要点：区分电气上的“点”与电路上的“节点”。中性点是一个电气点。 2）中性线（N线）。要点：传输电能作用。 3）保护线（PE线）。要点：正常时不传输电能；电击防护作用。不能混同于“地线”。 4）（装置、设备）外露可导电部分。要点：导体外壳，但正常时不应带电。 5）（装置、设备）外可导电部分。要点：与设备无关，但

3、处同一场所；导体；正常不带电。8.1.2 低压系统按接地形式的分类 有TT、TN、IT三种类型。 第一个字母表示电源与地的关系（电源通常即变压器的二次绕组），规定： T电源一点（通常为中性点）直接接地； I电源与地无电气联系，或一点高阻接地。 第二个字母表示设备外露可导电部分与地的关系，规定： T设备外露可导电部分直接接地，且该地与电源地间无人为的电气联系。 N设备外露可导电部分直接与电源地相连接。 1、TT系统 要点：设备地与电源地无人为电气连接。 方式：单独接地、共同接地。NR设备U三相NVWNRE1PE设备单相NLPERE2PEN插座单相LPENL2L3L1 2、IT系统 要点：电源不接

4、地，设备外壳直接接地。U设备三相PEWVE2E1RRL设备单相PELNL3L1L2 3、TN系统 1）TN-S系统。要点：设备与电源共地；N线与PE线自中性点后再无电气连接。NR设备三相UVWN单相设备PEPENL单相插座PENLNPENL3L2L1 2）TN-C系统。要点：PE线与N线合一，称为PEN线。NNR设备三相UVWN设备单相NPENL插座PE单相LPEL3PENL1L2 3）TN-C-S系统。要点：TNC与TN-S在某一点分界。 重复接地：不是TN-C-S系统的必要条件，但工程中通常会设置。RERNRPENNPE三相设备WVUNPENL1L3L2重复接地8.1.3 低压系统按带电导

5、体形式的分类 即“X相X线”制系统。 “X相”：指电源的相数。 “X线”：指正常工作时带电导体的根数，N线、PEN线都算作一线，但PE线不算。 因此，TN-C、TN-S系统都是三相四线制系统（或单相二线制系统）；TT系统可能是三相三线制系统（无中性线）或三相四线制系统（有中性线）。 与国内长期习惯的称谓不同，应特别注意。N例：某两相三线制系统，相电压120V，线电压240V，两相电压相位差180。一般家用设备取用120V相电压，固定式大功率设备（如空调等）取用240V线电压。 小结 1、低压系统的接地形式，与低压系统的带电导体形式，是按两种不同分类标准进行的分类，这两种分类标准是相互独立的，切

6、勿混淆。 2、系统中性点、中性线、保护线、设备外露可导电部分、装置外可导电部分等概念，是理解低压系统的重要基础，应牢固掌握。 3、提请思考：电源的“相”，是如何划分的；怎样确定电源的相数。第2节 低压系统短路电流计算 8.2.1 低压系统短路电流计算特点（1）低压系统一般只有一个电压等级，采用有名值法计算更为直接方便。（2）低压系统线缆阻抗中电阻所占比重较大，因此应采用短路阻抗进行计算，不能忽略电阻。（3）因短路阻抗数值较小，应计入包括母线在内的各种元件的阻抗值，但导线连接点接触电阻、开关触头接触电阻、短路点电弧阻抗等可忽略不计。 （4）电阻计算要考虑温度的影响。计算系统首端（电源端）三相短路

7、电流，以保守的态度取20时的电阻值进行计算；计算末端单相短路电流，以保守的态度估算，一般以20时电阻值的1.5倍进行短路电流计算。 （5）变压器一次侧系统阻抗可只以电抗计入，或按电阻等于电抗的10%估算，这时电抗等于系统阻抗的99.5%。 （6）计算380/220V系统的短路电流时，三相短路时计算电压取平均电压，即400/230V，单相短路时取标称电压，即380/220V。8.2.2 三相与两相短路电流计算 三相短路电流2k2kavkavk33xrUzUI 两相短路电流kk)2(k87. 023III式中 Ik三相稳态短路电流有效值（kA）； Uav电源平均线电压（V）； zk短路回路阻抗（m

8、）； rk短路回路电阻（m）； xk短路回路电抗（m）。8.2.3 单相短路电流计算 单相短路电流在低压系统设计中具有十分重要的作用，它不仅涉及到系统本身的问题，还涉及到电击防护安全性、电气火灾预防等公共安全性问题，必须给予高度重视。 单相短路是一种不对称短路，因此应采用对称分量法进行计算。但工程上还根据对称分量法发展出一些更简便的方法，如相中（或相保）阻抗法等。 以下以TN系统相线与保护线之间的短路为例，介绍单相短路电流计算方法。相线与中性线间短路电流计算方法类同。 1、原理性的序阻抗计算法 根据对称分量法推导，得出单相短路电流的序阻抗计算法公式如下：330kkkN)1(kZZZUI式中，短

9、路回路的正、负、零序阻抗包括四个部分，即变压器一次侧系统阻抗、变压器阻抗、母线阻抗和线路阻抗。 正、负序阻抗总是相等的。一次侧系统零序阻抗与变压器连接组有关；变压器零序阻抗可查表求得；母线、线路的零序阻抗，除相线外，还包括保护线（或中性线）的零序阻抗。 2、工程实用的相保（中）阻抗法 以相线与保护线短路为例WLPBPTPSPP)1(kZZZZUZUI式中 ZP短路回路总相保阻抗（m）； ZPS一次侧系统相保阻抗（m）； ZPT变压器相保阻抗（m）； ZPB母线相保阻抗（m）； ZPWL线路相保阻抗（m）。 相保阻抗是一个计算阻抗，是以对称分量法为基础推导出来的。 1）相保阻抗由来。从公式330

10、kkkN)1(kZZZUI入手，正、负序电流因三相平衡，只在相导体上流通，因此正、负序阻抗只包含相导体阻抗；零序电流除在相导体上流通外，还以三倍零序电流在保护线上通过，因此零序阻抗为相导体零序阻抗加上3倍PE线零序阻抗。即：0PE0kk0PE0kkk0kkk323)3(3ZZZZZZZZZZ令ZZZ320kkP0PEZZ ，称为相计算阻抗（只与相导体有关）；，称为保护线计算阻抗（只与保护导体有关）。P0PE0kk0kkk323ZZZZZZZZ则又令PPZZZ，称为相保阻抗。则P)1(kZUI 2）短路回路各部分相保阻抗的求取。 （1）高压侧系统（S）相保阻抗。 对于最常用的Dyn11和Yyn0

11、配电变压器，高压侧线电流中不可能有零序电流，故不计入高压侧零序阻抗；又因为高压侧本无PE线，相保阻抗就等于相计算阻抗，即：3230SSSSPRRRR3230SSSSPXXXX （2）变压器（T）相保阻抗。 忽略变压器中性点接地母排上中性点与PE线连接点间的那一段线路阻抗，变压器相保阻抗也只有相阻抗，因此：3233230TkTk0TkTkTkTP0TkTk0TkTkTkTPXXXXXXRRRRRR式中 、 变压器短路阻、抗（m）； 、 变压器零序短路阻抗（m），与变压器连接组有关，查变压器产品样本或设计手册可得，TkRTkX0TkR0TkX （3）母线（B）相保阻抗。 包括相计算阻抗和保护线计算

12、阻抗。0BPE0BLBLBP32RRRR0BPE0BLBLBP32XXXX 很多设计手册直接给出了各种规格母线单位长度的RP和XP，这时直接引用即可，只是要特别注意给出RP的温度，若为20，应乘以1.5进行修正。电抗不进行温度修正。 （4）线路（WL）相保阻抗。 与母线相同，依据是单位长度的序阻抗值，电阻同样要进行温度校正。0WLPE0WLLWLLWLP32RRRR0WLPE0WLLWLLWLP32XXXX 同样，很多设计手册直接给出了各种规格线路单位长度的RP和XP，可直接引用，但应注意电阻的温度校正。第3节 低压配电设备 低压开关电器的命名完全采用IEC标准，部分与中、高压传统习惯称谓不同

13、，具体如下，注意区别： 断路器：与中压断路器类同，但低压断路器一般为断路器与保护电器（脱扣器）的组合电器。 开关：相当于中压负荷开关。 隔离器：相当于中压隔离开关。 隔离开关：相当于中压系统带隔离功能的负荷开关。8.3.1 低压熔断器 1、分类 按结构分：专职人员用，非熟练人员用。 按分断范围分：g熔体（全范围），a熔体（部分范围）。 按使用类别分：G类（一般用途），M类（保护电动机），Tr（保护变压器）。 如gG类，aM类、gM类等。 2、主要参数 （1）弧前时间电流曲线（安秒特性） （2）过电流选择比。上、下级熔体选择性动作所需最小熔体额定电流比值，一般为1.6。即： 若上级熔体额定电流为

14、下级的1.6倍以上，则下级短路时，能保证下级熔体熔断时，上级熔体尚未熔化。 （3）I 2t特性。对极快速熔断的限流式熔断器，不考虑散热，是否熔化、熔断只与热脉冲I 2t有关。分最小弧前I 2t和最大熔断I 2t。 因限流熔断器熔化与起弧几乎同时出现，故最小弧前I 2t即最小熔化I 2t。 （4）约定时间内的约定熔断/不熔断电流。 Inf：约定时间内的约定不熔断电流。 If：约定时间内的约定熔断电流。 举例：Ir=5A的螺栓联接熔断器，若通过熔体的实际电流小于1.25Ir，则肯定不会在1小时内熔断；若通过熔断器的实际电流大于1.6Ir，则肯定会在1小时内熔断。 约定时间和电流值是生产厂家按标准取

15、定、并在产品特性上体现出来的。 gG和和gM熔断体的约定时间和约定电流熔断体的约定时间和约定电流Inf：约定不熔断电流；：约定不熔断电流；If：约定熔断电流。：约定熔断电流。 8.3.2 低压开关、隔离器及熔断器组合电器 开关：能承载、通断正常（含规定的过负荷）电流，并能在规定时间内承受短路电流冲击、但不能开断短路电流的机械电器。 隔离器：在断开状态符合规定隔离功能、能通断空载电路、且能承受正常电流和规定时间内短路电流的机械电器。 隔离开关：在断开状态符合隔离器要求的开关。 注意与中、高压电器的差异，不要混淆。开关、隔离器、熔断器组合电器功能与图形符号开关、隔离器、熔断器组合电器功能与图形符号

16、 8.3.3 低压断路器 开关电器保护电器的组合电器。 1、结构 壳架脱扣器 壳架：纯断路器功能部分。 过电流脱扣器：过电流保护部分123459876低压断路器原理结构1-主触头 2-跳钩 3-锁扣 4-分励脱扣器 5-失压脱扣器 6-过电流瞬时脱扣器 7-过电流长延时脱扣器 8-失压脱扣器试验按钮 9-分励脱扣器按钮 2、工作原理 3、过电流脱扣器过电流保护特性 长延时脱扣器为反时限特性；短延时脱扣器为固定时限特性，时限可调；瞬时脱扣器为无时限特性。ItIop3IIop1op1IIop3tIop2b)a)低压断路器过电流脱扣器保护特性长延时脱扣器瞬时脱扣器长延时脱扣器短延时脱扣器瞬时脱扣器非

17、选择型选择型 4、主要参数 （1）壳架等级额定电流IrQ。指断路器壳架部分的额定电流，包括接线端子、主触头系统、连接导体等。 旧称断路器壳架等级电流，记为Imn。 （2）脱扣器额定电流IrR（或Irt）。指装于壳架内的过电流脱扣器（Release或trip）。 旧称断路器额定电流，记为In。 相互关系：运行电流须通过壳架才能流过脱扣器，因此脱扣器额定电流不可能大于壳架额定电流，即：IrRIrQ。 （3）长延时脱扣器动作电流（Iop1）整定范围。 长延时脱扣器作过负荷保护用，其动作值整定范围是脱扣器额定电流IrR的函数。典型情况为： Iop1（0.61.0）IrR 在以上范围内根据保护计算结果确定动作值，可无级或有级调整。 （4）短延时脱扣器动作电流（Iop2）整定范围。 短延时脱扣器作与下级选择性配合的短路保护用，其动作值整定范围典型情况为： Iop1（38）IrR 短延时脱扣器动作延时也有一定的调整范围。 （5）瞬时脱扣器动作电流（Iop3）整定范围。 瞬时脱扣器作