TN低压配电系统单相接地故障的保护
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摘 要：介绍tn系统单相接地短路故障的保护；推导出了采用过流保护兼作接地故障保护时最大电缆允许长度的计算公式；新公式易于用电算工具进行批量计算，且计算结果对工程设计更具指导意义；同时对电缆长度过长导致保护电器不能可靠动作的情况进行了应对策略分析。
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（c）-0060-03
Abstract：Introduce the protection of single-phase to earth fault in TN low voltage distribution system；Deducing the computing formula to maximum length of electric cable with overcurrent protection doubles as earth fault protection.The new formula can be batch computing easily，and the results have more guiding significance to engineering design；Meanwhile some strategies have be presented to respond the unreliable moving of protective devices with overlength cable.
Key words：low voltage distribution system single-phase to earth fault short-circuit current
在TN接线的低压配电系统中，单相接地为此系统短路电流最小的故障方式。当TN系统发生单相接地故障时，确保保护电器能可靠动作是低压配电系统电气设计中的重要内容。但由于TN系统单相接地故障电流计算复杂，计算结果通用性不强，导致实际电气设计中设计人员未对单相接地故障发生时保护电器动作的可靠性进行校核。针对此种情况，本文对保护计算的目标值进行了调整，并推导出配套的算式算法，使计算结果更具有通用性，同时针对采用短路保护兼作接地故障保护时保护电器不能可靠动作的情况进行了应对策略分析。
1 单相接地故障保护按（7）式计算的供电线路最大允许长度虽然涉及到的参数较多，但算式本身计算关系较为简洁明晰，借助于execle等工具能很容易对适用于特定工程的各个等级的断路器出线回路最大允许长度进行批量计算。
表1中给出了高压侧短路容量为100 MVA，变压器低压侧相电压为220 V，母线规格按图集03D201-4，P229页取值，母线长度取为20 m，各规格变压器（变压器参数按S11系列全密封电力变压器技术参数取值）采用Dyn11接线，配不同大小出线回路时各出线断路器所接电缆的最大允许长度。
对于多级配电供电电缆的最大允许长度计算，可以将已确定的前几级配电电缆阻抗值计入中，再按式（7）核算当前电缆出线中所允许的最大电缆长度。或按各级配电的电缆回路按比例进行折算。以500 kVA变压器下二级配电线路，一级配电为额定电流100 A出线，二级配电为额定电流为25 A出线，上级系统短路容量与变压器接法、母线规格、断路器瞬动值、配线电缆规格取值均与表1相同为例，若一级额定电流100 A的配电线路长40 m，查表1占其最大电缆允许长度的40%，则二级配电线路额定电流25 A的出线，其电缆允许长度为表1所列最大允许长度78 m的60%，即二级配电电缆允许长度为46.8 m，多级配电情况依次类推。
4 采用断路器过电流保护兼作接地故障保护不能满足要求时的应对策略
提高TN系统接地故障保护动作的灵敏性，配电手册中对此亦进行了分析，可以从以下2个方向考虑：
（1）提高接地故障电流值：①尽可能选用Dyn11接线组别变压器取代Yyn0接线组别的变压器（因Dyn11接线比Yyn0接线零序阻抗要小得多）；②加大相导体或保护导体的截面；③改变线路结构，如采用封闭型母线、架空线路改电缆以降低供电线路的电抗值。
（2）降低保护电器的动作电流值：①采用熔断器或带有短延时的断路器；②采用带零序电流保护的断路器（不适用与谐波电流较大的配电线路）；③采用带剩余电流保护的断路器（不适用于TN-C系统）；④对于马达回路可利用其单相接地保护功能或漏电保护功能通过断路器分励脱扣联跳断路器。
5 结语
TN低压配电系统中单相接地故障是短路电流最小的一种故障方式。在发生此种故障时，保护电器动作的可靠性，对安全用电与预防电气火灾具有重要意义。但在以往的工程设计中，由于校验保护电器单相接地故障动作灵敏度是采用特定线路末端单相接地短路电流值与保护电气可靠动作电流比较进行校验，而线路末端单相接地短路电流计算过程较复杂，计算结果只能针对特定线路，不具备通用性，导致在实际工程设计中，很多设计师没有对此进行校验，留下了安全隐患。通过本文所述的计算方法，借助execle等电算工具，可以很方便的一次性计算出针对特定项目、采用断路器过电流保护兼作接地故障保护的所有TN系统低压出线电缆最大允许长度，同时给出了电缆长度超过最大允许长度时的应对策略，对工程设计具有很强的指导意义。
参考文献
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