《供配电技术》课件6.9低压供配电系统的保护装置

省级职业教育专业教学资源库成果教材新时代职业教育课证融通新形态一体化教材供配电技术主编

申九菊

乔志杰

赵晓东6.9低压供配电系统的保护装置项目6

供配电系统的二次回路6.9.1熔断器保护1.熔断器的选择条件当选择熔断器时，必须满足下列条件。（1）熔断器的额定电压应不小于装置安装处的工作电压。（2）熔断器的额定电流应小于装设的熔体的额定电流。（3）熔断器的类型应符合安装处的条件及被保护设备的技术要求。（4）对熔断器的最大断流能力进行检验，对限流式和非限流式的检验如下。限流式非限流式6.9.1熔断器保护2.熔断器熔体电流的选择条件熔断器熔体电流的选择，应满足下列条件。（1）熔断器熔体的额定电流IN.FE应不小于线路的计算电流I30。IN.FE≥I30（2）熔断器熔体的额定电流IN.FE要躲过线路的尖峰电流Ipk。IN.FE≥KIpk（3）熔断器保护还要与被保护的线路相配合，不会发生因过负荷和短路而引起绝缘导线或电缆过热但熔断器不熔断的故障，因此必须满足以下条件IN.FE≤KOLIal若熔断器用于保护电力变压器，则熔断器熔体的额定电流应满足以下要求IN.FE=(1.5~2.0)I1N.T式中，I1N.T为变压器一次侧额定电流。6.9.1熔断器保护3.熔断器之间的选择性配合前后两级熔断器的选择性配合，应按它们的保护特性曲线进行检验，熔断器保护如图所示。当线路WL2的首端k点发生三相短路时，三相短路电流

要通过熔断器FU2和FU1。但是根据保护动作选择性的要求，FU2的熔体先熔断，切除故障线路WL2，FU1不再熔断，WL1恢复正常运行。熔断器熔体熔断的时间与保护特性曲线上的熔断时间会稍有偏差。从最坏的情况考虑，熔断器熔体的熔断时间最大误差为±50%，从图（b）中可以看出，t′1=0.5t1，t′2=1.5t2，为了保证动作选择性，必须满足条件t′1>t′2，即t1>3t2。若不能满足要求，则应将前一级熔断器的熔体电流提高1～2级，再进行检验。6.9.2低压断路器保护1.低压断路器的选择条件当选择低压断路器时，必须满足下列条件。（1）低压断路器的额定电压应不小于被保护线路的额定电压。（2）低压断路器的额定电流应不小于装设的过电流脱扣器的额定电流。（3）低压断路器的类型应符合安装位置的条件、保护性能及操作方式的要求。（4）对低压断路器的最大断流能力进行检验，即当动作时间在0.02s以上时当动作时间在0.02s以下时6.9.2低压断路器保护2.低压断路器脱扣器的选择和整定（1）过电流脱扣器的额定电流为IN.OR≥I30（2）瞬时过电流脱扣器的动作电流整定为Iop≥KrelIpk式中，Krel为可靠系数，当动作时间在0.02s以上时，取1.35；当动作时间在0.02s以下时，取2~2.5；Ipk为线路的尖峰电流。（3）短延时过电流脱扣器的动作电流和动作时间整定为Iop≥KrelIpk式中，Krel一般取1.2，动作时间分0.2s、0.4s、0.6s三个等级。（4）长延时过电流脱扣器的动作电流和动作时间整定为Iop≥KrelI30式中，Krel一般取1.1，动作时间为1~2h。6.9.2低压断路器保护3.低压断路器的选择性配合（1）前后两级低压断路器之间的选择性配合。一般来说，为了满足前后两级低压断路器的选择性要求。前一级低压断路器过电流脱扣器的动作电流应比后一级低压断路器过电流脱扣器的动作电流大一级以上；前一级低压断路器应采用带短延时的过电流脱扣器，后一级低压断路器应采用瞬时的过电流脱扣器。（2）低压断路器保护与导线或电缆之间的配合。低压断路器保护还应与被保护的线路相配合，不会发生因过负荷和短路引起绝缘导线或电缆过热低压断路器不跳闸的故障，因此应满足以下条件Iop≤KOLIal式中，KOL为电缆或绝缘导线的允许短时过负荷系数；瞬时和短延时的过电流脱扣器取4.5，长延时的过电流脱扣器取1，有爆炸场所的线路保护取0.8；Ial为电缆或绝缘导线的允许载流量。6.9.3防雷保护1.防雷装置（1）避雷针与避雷线。避雷针（线）的作用实质上是引雷，将雷电引到自己身上，避免所保护区域内其他物体遭受雷击。避雷针（线）保护区域的大小与高度有关。（2）避雷带和避雷网。避雷带及避雷网主要用来保护高层建筑物避免遭受直击雷和感应雷。避雷带及避雷网宜采用圆钢和扁钢制作，优先采用圆钢。圆钢的直径不小于8mm，扁钢的截面不小于48mm2，厚度不小于4mm。6.9.3防雷保护2.防雷措施（1）架空线路的防雷措施。①架设避雷线。②提高线路本身的绝缘水平。③利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线。④尽量装设自动重合闸装置。（2）变配电所的防雷措施。①装设避雷针或避雷带。②装设避雷线。③装设避雷器。④变配电所3～10kV侧保护。6.9.3防雷保护（3）高压电动机的防雷措施。高压电动机应采用FCD型磁吹阀式避雷器或氧化锌避雷器。有电缆进线的高压电动机的防雷保护接线方式如图所示。在电动机进线前加一段100～150m的引入电缆，并在电缆前的电缆头处安装一组阀式避雷器，在电动机的电源端处安装一组并联电容器的磁吹阀式避雷器，提高防雷效果。6.9.3防雷保护（4）建筑物的防雷措施。①建筑物的防雷分类。防雷要求分为以下三类：第一、二类建筑物是制造、使用或储存爆炸性物质，因电火花引起爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡；或在正常情况下能形成爆炸性混合物，因电火花引起爆炸的建筑物。第三类建筑物是除第一、二类建筑物以外的爆炸、火灾危险场所，按雷击的可能性及对国民经济的影响，确定需要防雷的建筑物。②各类防雷建筑物的防雷措施。对第一类和第二类防雷建筑物中有爆炸危险场所，应装设防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入的防雷装置，指定专人看护，并定期检查防雷装置。第二类防雷建筑物除有爆炸危险以外及第三类防雷建筑物，应装设防直击雷和防雷波侵入的防雷装置。6.9.4漏电保护1.漏电保护开关的工作原理下面以电磁式三相漏电保护开关为例说明漏电保护开关的工作原理。漏电保护开关主要包括检测元件（零序电流互感器）、中间元件（如放大器、比较器、脱扣器等）、执行元件（一般是自动开关）及试验元件等。电磁式三相漏电保护开关的工作原理图如图所示，电路中三相电源线穿过零序电流互感器的环形铁芯，零序电流互感器的输出端与漏电脱扣器相连，当被保护的电路正常工作时，没有发生漏电或触电的情况下，通过零序电流互感器的三相电流相量和等于零，这样零序电流互感器的输出端没有电流输出，漏电保护开关不动作，供配电系统正常供电。6.9.4漏电保护2.漏电保护装置额定漏电动作电流的选择（1）额定漏电动作电流应不大于人体的安全电流（30mA为人体安全电流），动作时间应小于0.1s。（2）额定漏电动作电流应躲过低电压电网的正常漏电电流。（3）漏电保护装置的额定漏电动作电流要大于线路的最大工作电流。（4）下一级额定漏电动作电流应小于上一级额定漏电动作电流。（5）第一级漏电保护装置应装设在配电变压器低压侧出口处。该级保护的线路较长，属于第一级干线保护，漏电电流较大，一般漏电保护动作电流在60～120mA。（6）第二级漏电保护装置应装设在分支线路出口处，保护线路较短，用电量较小，漏电电流较小。漏电保护装置的额定漏电动作电流应介于上、下级漏电保护装置额定漏电动作电流之间，一般取30~75mA。（7）第三级漏电保护装置用于保护单个或多个用电设备，防止人体触电的保护设备。保护线路和设备的用电量小，漏电电流较小，一般不超过10mA，宜选用额定动作电流为30mA、动作时间小于0.1s的漏电保护装置。6.9.5电气设备的接地（1）工作接地。工作接地是指为了电路或设备达到运行要求的一种接地方式。（2）保护接地。保护接地是指在电力系统发生故障情况下保障人身安全、防止触电事故发生的一种接地方式。保护接地分为3种不同类型，即TN系统、IT系统和TT系统。6.9.5电气设备的接地①TN系统。保护接地的TN系统接线图如图所示。TN系统又分为3种情况，即TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。a.TN-C系统。TN系统属于保护接零防护措施，通常做法是将供配电系统用电设备的接地部分与供配电系统的中性线N、保护线PE或保护中性线PEN相连。当N线与PE线合并成PEN线时，称为TN-C系统，主要用于三相四线制供配电系统，如图（a）所示的PEN线。b.TN-S系统。若N线与PE线分设，则称为TN-S系统，主要用于三相五线制供配电系统，该系统具有较高的电气安全性，如图（b）所示。c.TN-C-S系统。若供配电系统的前一部分为PE线与N线合并成PEN线，后一部分为N线与PE线分设，则称为TN-C-S系统，主要用于三相四线制供配电系统，如图（c）所示。6.9.5电气设备的接地②IT系统。IT系统是一种对小电流接地系统的保护接地方式，电气设备的不带电金属部分直接经接地体接地，保护接地的IT系统接线图如左图所示。当电气设备因故障金属外壳带电时，接地电容电流分别经接地体和人体两条支路通过，只要接地装置的接地电阻在一定范围内，就会把流经人体的电流限制在安全范围内。③TT系统。TT系统是一种对大电流接地系统的保护接地方式，保护接地的TT系统接线图如右图所示。供配电系统的中性线N引出，电气设备的不带电金属部分经各自的接地装置直接接地，与供配电系统的接线不相连。当发生绝缘损坏故障时，保护接地方式与IT系统相似。6.9.5电气设备的接地（3）重复接地。在TN系统中，为了确保PEN线或PE线安全可靠，除在系统中性点进行工作接地以外，还必须在PEN线或PE线的下列地点重复接地：①在架空线路末端及沿线每隔1km处；②电缆和架空线引入大型建筑物或车间处若不采取重复接地，则当PEN线或PE线断线且设备发生一相碰壳故障时，接在断线后面的所有设备外壳上将产生接近相电压的对地电压；若采取重复接地，则当发生相同故障时，接在断线后面的所有设备外壳对地电压很小，大大降低了触电危险，重复接地的接线图如图所示。6.9.5电气设备的接地2.接地电阻及要求（1）接地电阻。接地电阻是指接地体的流散电阻和接地线与接地体的流散电阻之和。（2）接地电阻的要求。①建筑物的接地电阻要求。②大接地电流电网的接地电阻要求。③小接地电流电网的接地电阻要求。④低压设备的接地电阻主要有以下3个方面要求。a.对于总容量在100kVA及以上的发电机或变压器供配电系统相连的接地装置，接地电阻应不大于4Ω。b.对于总容量在100kVA以下的发电机或变压器供配电系统相连的接地装置，接地电阻应不大于10Ω。c.对于TT系统、IT系统中用电设备的接地电阻，接地电压按照不高于50V计算，一般接地电阻应不大于100Ω。6.9.5电气设备的接地3.接地装置的敷设（1）利用自然接地体。（2）埋设人工接地体。人工接地体埋设示意图如图所示。（3）接地线。①自然接地线。②人工接地线。6.9.6电气设备接地电阻的测量1.测量接地电阻的原理测量接地电阻的原理图如图所示，当在两接地体上加一电压U后，有电流I通过接地体A流入大地后经接地体B构成回路，形成图中的电位分布曲线，离接地体A（或B）20m处电位等于零，即CD区为电压降实际等于零的零电位区。只要测得接地体A（或B）与大地零电位的电压UAC（或UBD）和电流I，就可求出接地体的接地电阻。测量接地体的接地电阻需采用交流电。6.9.6电气设备接地电阻的测量2.测量接地电阻的方法（1）间接法测量接地电阻。采用间接法测量接地体的接地电阻需要有电流极和电压极，间接法测量接地电阻的电路图如图所示。电流极可以用一根长2～3m、直径为25～50mm的钢管制成；电压极可以用一根长0.7～3m、直径为25mm的圆钢或直径为25～50mm的钢管制成。图6-52间接法测量接地电阻的电路图在测量接地电阻时需要先估计电流的大小，选出适当截面的绝缘导线，在预备试验时利用可变电阻R调整电流；当正式测量时，将可变电阻R短路，根据电流表、电压表及功率表的读数可以计算出接地体的接地电阻RE。计算方式如下或6.9.6电气设备接地电阻的测量（2）直接法测量接地电阻。①接地电阻测量仪表。ZC-8型4端钮接地电阻测量仪表的面板图如图所示。②接地电阻测量仪表的选择。ZC-8型接地电阻测量仪表的规格和量程如表所示。③使用接地电阻测量仪表前的短路试验。④使用接地电阻测量仪表前的开路试验。6.9.6电气设备接地电阻的测量3.接地电阻测量仪表测量接地电阻的步骤（1）慢慢摇动发电机手柄，同时调整接地电阻测量仪表的标度盘调节旋钮，使检流计指针指向中心刻度线。（2）当检流计指针接近中心刻度线时，应加快摇