论文部分内容阅读
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
低压配电线路的接地保护问题
GB50054-95低压配电设计规范4.1.1条配电线路应装设短路保护、过负荷保护和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号。
其中接地保护在实际工程中由于造价较高，而且灵敏度很高，很容易误动作，所以一般建设方（甲方）都不太愿意设置，而事实上在配电线路上，断路器的短路速断保护不能涵盖接地保护的要求时，在TN-C和TN-S系统中为了接地时的人身安全是必须设置接地保护的。接地保护的设置有两种情况，对于TN-C或TN-S系统。
设置零序保护作接地保护（如图一）
图一
正常时有单相负荷不平衡所产生的中性线电流IN。接地故障时实际上是L1，L2，L3中一相和PEN线短接（或与地相短接地电流从PEN线流回），这时由CT1~CT3形成的零序电流（I1+I2+I3)≠0，即3I0序=接地电流=Ijd。
如设有零序电流保护，Ijd≥1.3I整定，则动作于跳闸或信号达到接地保护的目的。按规定零线正常流过的电流（中心线电流）I正常。I整定≥2 I正常。
这种保护的灵敏度要降低，而I正常一般为0.25IN以下，特别在变压器为Y-YN0接线的系统中，因此很多断路器的产品是针对这种情况而设计的接地保护系统，其整定值I整定=0.2~1IN。这些产品在国内产品尤其显著，如表一。
表一
图二
现在低压配电系统特别是在工矿企业中，TN-S接地系统是首选的系统，因为它设置了专用的接地保护线PE线（如图二），PE线正常不带电（只流通系统配电系统和设备的漏电流，此值很小。）上述的零序电流流过N线。PE保护线保护人身安全，所谓接地保护是指L1、L2、L3线、N线和PE线短接（不在 O处），当然其值和上述零序保护的值基本相同，但此时的L1、L2、L3线和N线相接也是短路，并不影响人身安全，其保护由正常的过流和速断来保证。因人身安全是PE线负责，因此不在本题讨论之中。
对于这种情况保护的设置应如图三
图三
正常时，CT1~CT4电流相加等于零，所以其保护整定值≠0.2~1IN，应该躲过而且是很小的漏电电流，应接近零。当接地短路发生时，ICT1~CT4=Ijd≠0，可动作于跳闸或信号，这样本方案比零序电流保护方案其灵敏度大大增加。同时，N线接地在本保护中也在接地保护范围内，也能起信号、跳闸作用，零序保护方案则不能。
这样上述各厂家的接地保护方案对TN-S是不尽适合的，它们只适用于TN-CS或TN-C系统，对于现在实行的TN-S系统很不适用。当然厂家也可提供本保护，如表二。
国内有些厂家都有漏电保护断路器，其动作电流≥100mA（塑壳），漏电流1A~5A（框架），这样显示设备的先进性。
表二
0.03~30A NS：无 无 见表一
上述两方案比较：
零序电流保护方案：灵敏度低，不能做漏电故障保护，即不能及时发现线路的故障（多数故障开始时只漏电不短路），但保护装置较简单，运行較稳定，一般情况下，特别是在配电变压器△/Y0接线系统上接地电流都足够大，都能满足接地保护（包括接地后备保护）的要求。在等电位联接符合要求下，人生安全能得到保证，即小电流接地时接触电压≤50V，但效果比漏电保护差。
漏电保护方案：灵敏度高，能做漏电故障的保护作用，保护装置较复杂，漏电保护的CT要求较高，既能检测1A以下的漏电电流，也要满足接地短接时大电流的动热稳定要求，因为灵敏度高，运行时稳定性较差。人身安全得到很好的保证，即在危害人身的漏电流的情况下，保护能提早动作。这种保护还能保护N线PE线短接（在CT4以后的线路上）。
导线（电缆）、母线的载流量选择
这个问题既是技术问题，也是经济政治问题，是与国计民生和工业水平有关的政策性规定。建国初期，用电水平低下，设备材料缺乏，在此情况下，农村曾推广过两线一地供电，将大地作为供电的电线，即把安全问题放在第二位，供电是第一位，也曾使用过钢导线，铁导线。随着国计民生的提高，两线一地弃用了，铁线也弃用了，使用铝导线，基本上是TN-C系统四线制（或是其他接地系统）。改革开放以来，国际投资的投入，技术和安全的要求提高了，铝线改铜线，四线改五线，TN-C改TN-S接地系统。虽然有色金属使用量增加了，但运行的可靠性和安全性大大提高了，这是材料和数量的改变。但在另一方面我们也可看到在载流量的规定上，推荐值上也有显著的变化，载流量的决定不单是设备的安全，更重要的是发热，载流量增大不是导线断了，而是发热增加了，对绝缘老化增快了，导线容易漏电，放电……甚至引发火灾。我国火灾的火源大部分来自导线短路产生火花而引发火灾，这当然与安装方式，缺乏维修保养……有关，但载流量过大，发热增加不能不是一个因素，因此载流量大小也标志反映着工业化水平的进步程度，如表三：
表三
近年来环境保护的要求越来越高，“节能减排”不但是个口号，在全世界就是一个要求，一个标准。在这个要求下，在设备上多投资而在节能减排中发挥作用，在一定的范围内是优先采用的方案。风力发电、太阳能发电，在设备投资上和火力发电是相差很大的，是大大高于火力发电的，但要大大提倡。因为它能“节能减排”，这是个硬指标，当然这个硬指标也是有标准的，不是无条件的。这样我们在导线（电缆）和母线的选择上有如下的计算结果，见表四、表五，其计算根据是按载流量选择的，将导体加大一级，在节能投资上加以比较。
表四 三芯电缆
表五 母线铜（三相）
由上二表可见从投资和节能的角度看，即在设计中考虑导线、母线载流量时可适当增大一些，或增大一级是合适的。从经济技术比较看，五年内收回增加投资为可行，三年内收回是好方案。这不但节能，也可减少电压降，又有备用的容量，是一举多得的方案，在“节能减排”的今天，更有其特殊的意义。
谐波治理的有源滤波方案介绍（参见UPS应用2009.10期）
有源滤波APF（Active Power Filter）是有效地治理谐波的有效手段。
一类是流控电流源直接补偿式，称甲类（如图四）
图四
IL为非线性负荷使电流波形畸变。
IC为补偿电流，与IL互补为正弦。
IS电网电流为正弦。
这类APF效果如容量太大则造价很高，在集中非线性负荷前设立较合适。
另一类是基于受控源支路阻抗变换原理实现所需的滤波功能，称乙类（如图五）
图五
IS：电源侧滤波后的电流
IL：负载非线性电流
Ish：Is的谐波分量
Zfh：补偿的谐波阻抗(L、C)
K：放大系数
将电源谐波分量Ush考虑在内，其谐波等效电路是
图六
Ish：电源侧谐波电流
ILh：负载侧谐波电流源
UC：反馈的电压 UC=KIsh
Ifh：补偿电路谐波电流
Zfh：补偿谐波阻抗
求Ish的大小，现有三电源Ush、ILh、UC，应用叠加原理（均为线性元件）
Ush产生Ish1=Ush/(Zsh+Zfh)
ILh产生Ish2=ILh[ZshZfh/(Zsh+Zfh)]1/Zsh
UC产生Ish3=-UC/(Zsh+Zfh)=-KIsh/(Zsh+Zfh)=0
Ish=Ish1+ Ish2+ Ish3=Ush/(Zsh+Zfh+K)+[Zfh/(Zsh+Zfh+K)]ILh
当K0,为无源滤波电路，滤波阻抗为Zfh。
当K∞,则Ish 0，达到滤波作用，一般可达95%以上。
这种有源滤波造价较低，体积较大。
从上述两类有源滤波器方案比较可看出如下：
甲类是效果最好的，它原则上是滤去所有谐波，最后达到正弦的电源电流，但其控制系统复杂，造价很高。
乙类的效果比甲类差，它只滤去指定的谐波，即滤去最危险的谐波，最后电源电流还不是正弦波，但其控制系统较简单，在一定程度上满足要求。
低压配电线路的接地保护问题
GB50054-95低压配电设计规范4.1.1条配电线路应装设短路保护、过负荷保护和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号。
其中接地保护在实际工程中由于造价较高，而且灵敏度很高，很容易误动作，所以一般建设方（甲方）都不太愿意设置，而事实上在配电线路上，断路器的短路速断保护不能涵盖接地保护的要求时，在TN-C和TN-S系统中为了接地时的人身安全是必须设置接地保护的。接地保护的设置有两种情况，对于TN-C或TN-S系统。
设置零序保护作接地保护（如图一）
图一
正常时有单相负荷不平衡所产生的中性线电流IN。接地故障时实际上是L1，L2，L3中一相和PEN线短接（或与地相短接地电流从PEN线流回），这时由CT1~CT3形成的零序电流（I1+I2+I3)≠0，即3I0序=接地电流=Ijd。
如设有零序电流保护，Ijd≥1.3I整定，则动作于跳闸或信号达到接地保护的目的。按规定零线正常流过的电流（中心线电流）I正常。I整定≥2 I正常。
这种保护的灵敏度要降低，而I正常一般为0.25IN以下，特别在变压器为Y-YN0接线的系统中，因此很多断路器的产品是针对这种情况而设计的接地保护系统，其整定值I整定=0.2~1IN。这些产品在国内产品尤其显著，如表一。
表一
图二
现在低压配电系统特别是在工矿企业中，TN-S接地系统是首选的系统，因为它设置了专用的接地保护线PE线（如图二），PE线正常不带电（只流通系统配电系统和设备的漏电流，此值很小。）上述的零序电流流过N线。PE保护线保护人身安全，所谓接地保护是指L1、L2、L3线、N线和PE线短接（不在 O处），当然其值和上述零序保护的值基本相同，但此时的L1、L2、L3线和N线相接也是短路，并不影响人身安全，其保护由正常的过流和速断来保证。因人身安全是PE线负责，因此不在本题讨论之中。
对于这种情况保护的设置应如图三
图三
正常时，CT1~CT4电流相加等于零，所以其保护整定值≠0.2~1IN，应该躲过而且是很小的漏电电流，应接近零。当接地短路发生时，ICT1~CT4=Ijd≠0，可动作于跳闸或信号，这样本方案比零序电流保护方案其灵敏度大大增加。同时，N线接地在本保护中也在接地保护范围内，也能起信号、跳闸作用，零序保护方案则不能。
这样上述各厂家的接地保护方案对TN-S是不尽适合的，它们只适用于TN-CS或TN-C系统，对于现在实行的TN-S系统很不适用。当然厂家也可提供本保护，如表二。
国内有些厂家都有漏电保护断路器，其动作电流≥100mA（塑壳），漏电流1A~5A（框架），这样显示设备的先进性。
表二
0.03~30A NS：无 无 见表一
上述两方案比较：
零序电流保护方案：灵敏度低，不能做漏电故障保护，即不能及时发现线路的故障（多数故障开始时只漏电不短路），但保护装置较简单，运行較稳定，一般情况下，特别是在配电变压器△/Y0接线系统上接地电流都足够大，都能满足接地保护（包括接地后备保护）的要求。在等电位联接符合要求下，人生安全能得到保证，即小电流接地时接触电压≤50V，但效果比漏电保护差。
漏电保护方案：灵敏度高，能做漏电故障的保护作用，保护装置较复杂，漏电保护的CT要求较高，既能检测1A以下的漏电电流，也要满足接地短接时大电流的动热稳定要求，因为灵敏度高，运行时稳定性较差。人身安全得到很好的保证，即在危害人身的漏电流的情况下，保护能提早动作。这种保护还能保护N线PE线短接（在CT4以后的线路上）。
导线（电缆）、母线的载流量选择
这个问题既是技术问题，也是经济政治问题，是与国计民生和工业水平有关的政策性规定。建国初期，用电水平低下，设备材料缺乏，在此情况下，农村曾推广过两线一地供电，将大地作为供电的电线，即把安全问题放在第二位，供电是第一位，也曾使用过钢导线，铁导线。随着国计民生的提高，两线一地弃用了，铁线也弃用了，使用铝导线，基本上是TN-C系统四线制（或是其他接地系统）。改革开放以来，国际投资的投入，技术和安全的要求提高了，铝线改铜线，四线改五线，TN-C改TN-S接地系统。虽然有色金属使用量增加了，但运行的可靠性和安全性大大提高了，这是材料和数量的改变。但在另一方面我们也可看到在载流量的规定上，推荐值上也有显著的变化，载流量的决定不单是设备的安全，更重要的是发热，载流量增大不是导线断了，而是发热增加了，对绝缘老化增快了，导线容易漏电，放电……甚至引发火灾。我国火灾的火源大部分来自导线短路产生火花而引发火灾，这当然与安装方式，缺乏维修保养……有关，但载流量过大，发热增加不能不是一个因素，因此载流量大小也标志反映着工业化水平的进步程度，如表三：
表三
近年来环境保护的要求越来越高，“节能减排”不但是个口号，在全世界就是一个要求，一个标准。在这个要求下，在设备上多投资而在节能减排中发挥作用，在一定的范围内是优先采用的方案。风力发电、太阳能发电，在设备投资上和火力发电是相差很大的，是大大高于火力发电的，但要大大提倡。因为它能“节能减排”，这是个硬指标，当然这个硬指标也是有标准的，不是无条件的。这样我们在导线（电缆）和母线的选择上有如下的计算结果，见表四、表五，其计算根据是按载流量选择的，将导体加大一级，在节能投资上加以比较。
表四 三芯电缆
表五 母线铜（三相）
由上二表可见从投资和节能的角度看，即在设计中考虑导线、母线载流量时可适当增大一些，或增大一级是合适的。从经济技术比较看，五年内收回增加投资为可行，三年内收回是好方案。这不但节能，也可减少电压降，又有备用的容量，是一举多得的方案，在“节能减排”的今天，更有其特殊的意义。
谐波治理的有源滤波方案介绍（参见UPS应用2009.10期）
有源滤波APF（Active Power Filter）是有效地治理谐波的有效手段。
一类是流控电流源直接补偿式，称甲类（如图四）
图四
IL为非线性负荷使电流波形畸变。
IC为补偿电流，与IL互补为正弦。
IS电网电流为正弦。
这类APF效果如容量太大则造价很高，在集中非线性负荷前设立较合适。
另一类是基于受控源支路阻抗变换原理实现所需的滤波功能，称乙类（如图五）
图五
IS：电源侧滤波后的电流
IL：负载非线性电流
Ish：Is的谐波分量
Zfh：补偿的谐波阻抗(L、C)
K：放大系数
将电源谐波分量Ush考虑在内，其谐波等效电路是
图六
Ish：电源侧谐波电流
ILh：负载侧谐波电流源
UC：反馈的电压 UC=KIsh
Ifh：补偿电路谐波电流
Zfh：补偿谐波阻抗
求Ish的大小，现有三电源Ush、ILh、UC，应用叠加原理（均为线性元件）
Ush产生Ish1=Ush/(Zsh+Zfh)
ILh产生Ish2=ILh[ZshZfh/(Zsh+Zfh)]1/Zsh
UC产生Ish3=-UC/(Zsh+Zfh)=-KIsh/(Zsh+Zfh)=0
Ish=Ish1+ Ish2+ Ish3=Ush/(Zsh+Zfh+K)+[Zfh/(Zsh+Zfh+K)]ILh
当K0,为无源滤波电路，滤波阻抗为Zfh。
当K∞,则Ish 0，达到滤波作用，一般可达95%以上。
这种有源滤波造价较低，体积较大。
从上述两类有源滤波器方案比较可看出如下：
甲类是效果最好的，它原则上是滤去所有谐波，最后达到正弦的电源电流，但其控制系统复杂，造价很高。
乙类的效果比甲类差，它只滤去指定的谐波，即滤去最危险的谐波，最后电源电流还不是正弦波，但其控制系统较简单，在一定程度上满足要求。