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摘要：文章重点对民用建筑地下车库长距离末端照明回路进行单相短路计算和灵敏度校验分析，并提出有效解决措施。
关键词：地下车库;照明;单相短路电流;灵敏度校验
随着社会、经济和城市化进程的不断发展，建筑的规模越来越大，伴随着地下室的面积也越来越大，使得地下车库照明回路的供电距离也越来越长。在常规TN-S系统中，当末端照明回路发生单相短路故障时，距离过长会导致相保回路的阻抗增大，单相短路故障电流减小，此时若故障电流过小而不能使得保护开关可靠动作，将使得此短路故障一直无法排除，轻则导致线缆或设备绝缘损坏，重则可能引起电气火灾或触电危险。现有不少设计图纸在设计车库照明时并没有很关注这个问题，一般都是很笼统地选用C16A微型断路器并匹配2.5mm2的导线等，因此，为确保供电可靠性和安全性，本文将重点对民用建筑地下车库长距离末端照明回路进行单相短路计算和灵敏度校验分析，并提出有效解决措施。
一、末端照明回路单相短路电流计算
以常规TN-S系统为例，某民用建筑内，某台SCB11干式变压器容量为1000kVA，低压柜出线至照明总箱（采用电缆YJV-4X70+1X35，长度按15m），照明总箱出线至车库照明箱（采用电缆YJV-5X6，长度L3为待定变量），车库照明箱给末端照明回路供电（采用导线BV-3X2.5，长度L4为待定变量），于末端照明灯具处发生单相短路，计算条件如下图1所示：
1. 系统阻抗计算
归算到变压器低压侧的高压系统阻抗可按下式计算：
其中 Un——变压器低压侧标称电压，0.38kV;
c——电压系数，一般取值1.05;
SS”——变压器高压侧系统短路容量，MVA;
Rs、Xs、Zs——歸算到变压器低压侧的高压系统电阻、电抗、阻抗。
对于D，yn11连接变压器，零序电流不能在高压侧流通，故不计入高压侧的零序阻抗，则
若按简化计算，变压器高压侧系统短路容量可按无穷大，此时系统相保电阻、相保电抗、相保阻抗均为0;本文变压器高压侧系统短路容量取值300MVA，按上述公式计算可得：
系统相保电阻和相保电抗分别为：Rphp.s = 0.03 mΩ ，Xphp.s = 0.35 mΩ 。
2. 变压器阻抗计算
SCB11系列10/0.4kV变压器低压侧单相短路相保电阻和相保电抗如下表1所示，由表1可得：1000kVA变压器相保电阻和相保电抗分别为：Rphp.t = 1.41 mΩ ，Xphp.t = 9.38 mΩ 。
3. 母线L1阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-24可得，母线TMY-4（100X10）+80X8单位长度相保电阻和相保电抗分别为：0.056 mΩ/m 、0.380 mΩ/m ，按母线长度为5m计算，则：
母线L1相保电阻：Rphp.L1 = 0.056 * 5 =0.28 mΩ ;
母线L1相保电抗：Xphp.L1 = 0.38 * 5 =1.9 mΩ 。
4. 电缆L2阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-25可得，电缆YJV-4X70+1X35单位长度相保电阻和相保电抗分别为：1.128 mΩ/m 、0.178 mΩ/m ，按电缆长度为15m计算，则：
电缆L2相保电阻：Rphp.L2 = 1.128 * 15 =16.92 mΩ ;
电缆L2相保电抗：Xphp.L2 = 0.178 * 15 =2.67 mΩ 。
5. 电缆L3阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-25可得，电缆YJV-5X6单位长度相保电阻和相保电抗分别为：8.601 mΩ/m 、0.2 mΩ/m ，按电缆长度为L3计算，则：
电缆L3相保电阻：Rphp.L3 = 8.601 * L3 mΩ ;
电缆L3相保电抗：Xphp.L3 = 0.2 * L3 mΩ 。
6. 导线L4阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-25可得，导线BV-3X2.5单位长度相保电阻和相保电抗分别为：20.64 mΩ/m 、0.29 mΩ/m ，按导线长度为L4计算，则：
导线L4相保电阻：Rphp.L4 = 20.64 * L4 mΩ ;
导线L4相保电抗：Xphp.L4 = 0.29 * L4 mΩ 。
7. 总阻抗计算
综上1～6可得，末端短路时，总阻抗为：
总相保电阻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 ;
总相保电阻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.末端单相短路电流计算
当图1中末端发生单相短路时，单相短路电流计可按下式1-1计算：
二、单相短路保护灵敏度校验分析
1.提高TN-S系统单相短路保护灵敏度的措施
当配电线路较长时，单相短路电流Id较小，短路保护电器一般难以满足短路保护动作灵敏度的要求，可采取以下措施：
1）提高单相短路电流值，可通过加大线缆截面或缩短供电线路长度来实现，但实际应用中供电距离为客观条件限制难以缩小，而加大线缆截面又必然引起成本的增加，不够经济，因此，这个措施在实际设计中往往不太常用。
2）采用符合要求的短路保护电器，本文按常规以微型断路器为例，被保护线路末端的短路电流Id不应小于微型断路器瞬时过电流脱扣器整定电流Iset3的1.3倍，即
2.单相短路保护灵敏度校验及末端线路最大允许长度计算
微型断路器有B型和C型两种特性曲线，B型特性曲线的瞬时过电流脱扣器整定电流Iset3一般为额定电流的5倍，C型特性曲线的瞬时过电流脱扣器整定电流Iset3一般为额定电流的10倍。由式1-1和式2-1综合计算可得，当图1中的线路L3长度L3=10～100m时，选用不同型号的微型断路器，分别对应的末端照明箱至末端灯具的最大允许长度L4如下表2所示：
由表2数据可以看出，设计过程中不能很笼统地选用C16A微型断路器，因为C16A微断对应的线路最大允许长度偏低，普遍不适用于车库照明等长距离供电情况，可根据实际情况选用C10A、B16A或B10A微型断路器并匹配2.5mm2的导线，较为经济合理。
三、结语
本文通过对民用建筑地下车库长距离末端照明回路进行单相短路计算和灵敏度校验，根据分析和计算得出末端线路在不同条件下的最大允许长度数据表格，可供参考使用，有助于提高设计合理性、经济性和安全性。
参考文献：
1.《供配电系统设计规范》GB 50052-2009
2.《低压配电设计规范》GB 50054-2011
3.《全国民用建筑工程设计技术措施（2009） 电气》
4.中国航空规划设计研究总院有限公司.《工业与民用供配电设计手册》第三版，中国电力出版社
5.中国航空规划设计研究总院有限公司.《工业与民用供配电设计手册》第四版，中国电力出版社
关键词：地下车库;照明;单相短路电流;灵敏度校验
随着社会、经济和城市化进程的不断发展，建筑的规模越来越大，伴随着地下室的面积也越来越大，使得地下车库照明回路的供电距离也越来越长。在常规TN-S系统中，当末端照明回路发生单相短路故障时，距离过长会导致相保回路的阻抗增大，单相短路故障电流减小，此时若故障电流过小而不能使得保护开关可靠动作，将使得此短路故障一直无法排除，轻则导致线缆或设备绝缘损坏，重则可能引起电气火灾或触电危险。现有不少设计图纸在设计车库照明时并没有很关注这个问题，一般都是很笼统地选用C16A微型断路器并匹配2.5mm2的导线等，因此，为确保供电可靠性和安全性，本文将重点对民用建筑地下车库长距离末端照明回路进行单相短路计算和灵敏度校验分析，并提出有效解决措施。
一、末端照明回路单相短路电流计算
以常规TN-S系统为例，某民用建筑内，某台SCB11干式变压器容量为1000kVA，低压柜出线至照明总箱（采用电缆YJV-4X70+1X35，长度按15m），照明总箱出线至车库照明箱（采用电缆YJV-5X6，长度L3为待定变量），车库照明箱给末端照明回路供电（采用导线BV-3X2.5，长度L4为待定变量），于末端照明灯具处发生单相短路，计算条件如下图1所示：
1. 系统阻抗计算
归算到变压器低压侧的高压系统阻抗可按下式计算：
其中 Un——变压器低压侧标称电压，0.38kV;
c——电压系数，一般取值1.05;
SS”——变压器高压侧系统短路容量，MVA;
Rs、Xs、Zs——歸算到变压器低压侧的高压系统电阻、电抗、阻抗。
对于D，yn11连接变压器，零序电流不能在高压侧流通，故不计入高压侧的零序阻抗，则
若按简化计算，变压器高压侧系统短路容量可按无穷大，此时系统相保电阻、相保电抗、相保阻抗均为0;本文变压器高压侧系统短路容量取值300MVA，按上述公式计算可得：
系统相保电阻和相保电抗分别为：Rphp.s = 0.03 mΩ ，Xphp.s = 0.35 mΩ 。
2. 变压器阻抗计算
SCB11系列10/0.4kV变压器低压侧单相短路相保电阻和相保电抗如下表1所示，由表1可得：1000kVA变压器相保电阻和相保电抗分别为：Rphp.t = 1.41 mΩ ，Xphp.t = 9.38 mΩ 。
3. 母线L1阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-24可得，母线TMY-4（100X10）+80X8单位长度相保电阻和相保电抗分别为：0.056 mΩ/m 、0.380 mΩ/m ，按母线长度为5m计算，则：
母线L1相保电阻：Rphp.L1 = 0.056 * 5 =0.28 mΩ ;
母线L1相保电抗：Xphp.L1 = 0.38 * 5 =1.9 mΩ 。
4. 电缆L2阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-25可得，电缆YJV-4X70+1X35单位长度相保电阻和相保电抗分别为：1.128 mΩ/m 、0.178 mΩ/m ，按电缆长度为15m计算，则：
电缆L2相保电阻：Rphp.L2 = 1.128 * 15 =16.92 mΩ ;
电缆L2相保电抗：Xphp.L2 = 0.178 * 15 =2.67 mΩ 。
5. 电缆L3阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-25可得，电缆YJV-5X6单位长度相保电阻和相保电抗分别为：8.601 mΩ/m 、0.2 mΩ/m ，按电缆长度为L3计算，则：
电缆L3相保电阻：Rphp.L3 = 8.601 * L3 mΩ ;
电缆L3相保电抗：Xphp.L3 = 0.2 * L3 mΩ 。
6. 导线L4阻抗计算
根据《工业与民用供配电设计手册》第三版表4-25可得，导线BV-3X2.5单位长度相保电阻和相保电抗分别为：20.64 mΩ/m 、0.29 mΩ/m ，按导线长度为L4计算，则：
导线L4相保电阻：Rphp.L4 = 20.64 * L4 mΩ ;
导线L4相保电抗：Xphp.L4 = 0.29 * L4 mΩ 。
7. 总阻抗计算
综上1～6可得，末端短路时，总阻抗为：
总相保电阻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 ;
总相保电阻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.末端单相短路电流计算
当图1中末端发生单相短路时，单相短路电流计可按下式1-1计算：
二、单相短路保护灵敏度校验分析
1.提高TN-S系统单相短路保护灵敏度的措施
当配电线路较长时，单相短路电流Id较小，短路保护电器一般难以满足短路保护动作灵敏度的要求，可采取以下措施：
1）提高单相短路电流值，可通过加大线缆截面或缩短供电线路长度来实现，但实际应用中供电距离为客观条件限制难以缩小，而加大线缆截面又必然引起成本的增加，不够经济，因此，这个措施在实际设计中往往不太常用。
2）采用符合要求的短路保护电器，本文按常规以微型断路器为例，被保护线路末端的短路电流Id不应小于微型断路器瞬时过电流脱扣器整定电流Iset3的1.3倍，即
2.单相短路保护灵敏度校验及末端线路最大允许长度计算
微型断路器有B型和C型两种特性曲线，B型特性曲线的瞬时过电流脱扣器整定电流Iset3一般为额定电流的5倍，C型特性曲线的瞬时过电流脱扣器整定电流Iset3一般为额定电流的10倍。由式1-1和式2-1综合计算可得，当图1中的线路L3长度L3=10～100m时，选用不同型号的微型断路器，分别对应的末端照明箱至末端灯具的最大允许长度L4如下表2所示：
由表2数据可以看出，设计过程中不能很笼统地选用C16A微型断路器，因为C16A微断对应的线路最大允许长度偏低，普遍不适用于车库照明等长距离供电情况，可根据实际情况选用C10A、B16A或B10A微型断路器并匹配2.5mm2的导线，较为经济合理。
三、结语
本文通过对民用建筑地下车库长距离末端照明回路进行单相短路计算和灵敏度校验，根据分析和计算得出末端线路在不同条件下的最大允许长度数据表格，可供参考使用，有助于提高设计合理性、经济性和安全性。
参考文献：
1.《供配电系统设计规范》GB 50052-2009
2.《低压配电设计规范》GB 50054-2011
3.《全国民用建筑工程设计技术措施（2009） 电气》
4.中国航空规划设计研究总院有限公司.《工业与民用供配电设计手册》第三版，中国电力出版社
5.中国航空规划设计研究总院有限公司.《工业与民用供配电设计手册》第四版，中国电力出版社