低压配电系统范文

低压配电系统范文（精选11篇）

低压配电系统 第1篇

一、TT系统

TT系统也称三相四线制保护接地供电系统。由相线 (火线) L1、L2、L3, 中性线 (工作零线) N, 工作接地和保护接地PE组成。工作接地采用变压器的低压侧中性点直接接地, 接地电阻不大于4Ω。其保护方式是将用电设备的外露导电部分通过独立的接地装置接地, 叫保护接地, 其接地电阻也不应大于4Ω。其作用一是避免用电设备外壳因故障漏电时, 造成接触电器的人员发生触电事故;二是消除用电设备金属外壳产生的静电;三是当用电设备发生短路性漏电时, 通过保护接地使供电回路短路, 短路电流使短路保护装置动作后, 断开发生短路性漏电用电设备的电源。这种系统工作零线没有保护作用。

TT系统主要用于低压共用用户, 即用于未装备配电变压器, 从外面引进低压电源的小型用户。该系统适用于运行连续性要求较低无维护服务的场合。我国《低压用户电气安装规程》中规定:城镇低压公用电网和农村集体电网采用TT系统供电。

目前我国农村家庭用电保护接地的问题十分突出。几乎100%的农户住宅供电没有设计接地线与接地体。极个别采取保护接地的农户, 其接地也不可靠、不标准。常常用一根导线与大地连接, 用一只钉子钉在墙上或地下, 甚至用导线往大地上一丢就算接地。这些简单的接地方法很不可靠, 危险性很大, 应杜绝使用。

二、IT系统

IT系统也称三相三线保护接地供电系统。由相线L1、L2、L3组成。常见的有三种方式:一种是变压器的低压侧中性点对地绝缘, 其保护方式是将用电设备的外露导电部分独立接地。另一种方式是变压器的低压侧中性点经高电阻接地, 用电设备的外露导电部分独立接地。第三种方式是变压器的低压侧中性点经高电阻接地, 用电设备的外露导电部分接到电源的接地体上。

IT系统的优点是供电可靠性高, 当单相接地第一次故障时, 故障电流小, 可不切断电源, 警报设备报警, 通过检查线路消除故障, 供电连续性较高, 适用于大型电厂的厂用电和重要生产线用电。

IT系统的缺点是消除故障前, 又发生故障, 故障电流很大, 非常危险。因此对一次故障探测报警设备的要求较高, 以便及时消除和减少出现双重故障的可能性, 保证IT系统的可靠性。

IT系统适用于运行连续性要求较高有维护服务的场合。主要用于环境不良, 易发生一相接地或火灾爆炸的场所, 如煤矿、化工厂、纺织厂, 也可用于农村地区。近几年逐步应用于重要建筑物内的应急电源系统, 以及医院手术室等重要场所的动力和照明系统。

三、TN系统

TN系统是变压器的中性点直接接地, 用电设备不带电的金属外壳与中性线或专用保护零线连接的供电系统, 这种供电系统的防触电保护措施叫保护接零。其保护原理:当用电设备绝缘损坏, 发生碰壳短路故障时, 通过保护接零线使为用电设备供电的电源短路, 强大的短路电流使保护装置可靠的动作, 把漏电用电设备的电源切断, 避免因用电设备绝缘损坏金属外壳带电伤人。对保护零线的要求主要有六点:一是保护零线应单独敷设, 并在首、末端和中间处作不少于三处的重复接地, 每处重复接地电阻值不大于10Ω;二是保护零线仅作保护接零之用, 不得与工作零线混用;三是保护零线上不得装设控制开关和熔断器;四是保护零线应为具有绿/黄双色标志的绝缘线;五是保护零线截面应不小于工作零线截面。架空敷设时, 采用绝缘铜线, 截面积应不小于10mm2采用绝缘铝线时, 截面积应不小于16mm2;六是电气设备的保护接零线应为截面积不小于2.5mm2的多股绝缘铜线。

TN系统分三种安装类别:

(一) TN-C系统。

TN-C系统也叫三相四线制保护接零供电系统。它由相线L1、L2、L3, 保护中性线PEN和变压器工作接地组成。这种制式的工作接地采用变压器的低压侧中性点直接接地, 即电源三相绕组作星形连接, 中性点直接接地, 叫变压器的工作接地, 其接地电阻一般应小于4Ω, 从中性点引出中性线N。其保护方式是将用电设备的外露导电部分与中性线相连接。本配电方式中的保护线PE与中性线N合并为PEN线, 通常叫保护中性线。该系统具有简单、经济的优点。当发生用电设备漏电或绝缘击穿时, 故障电流大, 可采用一般过电流保护电器切断电源, 保证使用电器人员的安全。但对于单相负荷或三相不平衡负荷以及有谐波电流负荷的线路, 正常PEN线有电流, 其所产生的压降呈现在电气设备的金属外壳和线路金属套管上, 这对敏感的电子设备不利。另外, PEN线上的微弱电流在爆炸危险环境也能引起爆炸, 因此, 爆炸危险环境中不能采用TN-C系统。同时由于PEN线在同一建筑物内往往相互有电气连接, 当PEN线断线或相线直接与大地短路时, 都将呈现相当高的对地故障电压, 可能扩大事故范围。TN-C系统是干线部分保护零线与工作零线完全共用的系统, 适用于无爆炸危险和安全较好的场所, 现在已很少用。

(二) TN-S-C系统。

TN-S-C系统也叫三相四线五线混合保护接零供电系统。该系统是由TN-C系统演变而来的, 根据需要PEN线自某一点分为中性线N和保护线PE, 即干线部分保护零线与工作零线前部共用构成PEN线, 后部分开的系统。厂区设有变电站, 低电压进线的车间以及民用楼房可采用该系统。目前我国城镇居民用电普遍采用TN-S-C系统, 即在楼房内采用三相五线制, 楼房外采用三相四线制。

(三) TN-S系统。

TN-S系统也叫三相五线保护接零供电系统。它由相线L1、L2、L3及中性线N和保护线PE组成。这种供电系统的工作接地采用变压器的低压侧中性点直接接地。其保护方式是将用电设备的外露导电部分与保护线PE相接。本系统中的PE线又叫保护零线, N线又称工作零线, 由于工作零线与保护零线全线分开, 因此, 工作零线没有保护作用。

在TN-S系统中, 保护线与中性线完全分开, 因此, 正常情况下PE线不通过负荷电流, 与PE线相连的电气设备金属外壳不带电位, 所以适用于数据处理和精密电子仪器设备的供电, 也可用于有爆炸危险的环境中。在民用建筑中, 家用电器大都有单独接地极的插头, 采用TN-S供电, 既方便又安全。缺点是因多出一根PE线, 增加成本。爆炸危险性较大或安全要求较高的场所, 有独立附设变电站的车间宜采用TN-S系统。在发达国家居民用电已普遍采用这种系统, 我国经济发达地区居民用电也已开始采用该系统。

高层住宅低压供配电系统设计论文 第2篇

1.我国的高层住宅按照用电的负荷

（1）一类高层住宅

包括消防用电负荷、值班照明、应急照明、走廊照明、业务和计算机系统、电子信息设备机房、安防系统、排污泵、生活水泵、航空故障照明、客梯为一级负荷。

（2）二类高层住宅

包括消防用电负荷、走廊照明、安防系统、客梯、生活水泵、应急照明、值班照明为二级负荷。

2.配置原则

在对高程住宅低压电源系统进行设计时，应该注意消防负荷对供电方面的要求，其要求一般会高于非消防供电要求。

（1）非消防一、二级负荷供电要求

1）一级负荷应该由双重电源进行供电，这样可以保证在其中一个电源发生故障的情况下，另一个电源可以进行正常工作，避免同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除了要有双重电源进行供电以外，还应该增加备用的电源。但不能将其他负荷接入到备用的供电系统中，以免在应急的情况下不能正常使用。2）二级负荷的供电电源应该由两个回路进行同时供电，确保电量的充足。

（2）民用建筑的供电要求

当消防用电的负荷等级为一级时，其主电源和备用电源应该独立于专用回路的双电源进行供电；当消防负荷等级为二级时，其主电源和变电系统应该采用双回路的电源进行供电。当需要为消防用电设备提供双重电源的时候，可以将任何一个回路设置为主电源；当出现电源断电的情况时，可以保证另一个电源自动进入供电的状态。高层住宅中的消防配电系统装置应该设置在建筑物的电源线处或者是配变电所处，其应急装置也要和主配电装置进行分开设置。在条件不允许的情况下，不能分开设置。这就需要将其与主电源并列布置，在两者的分界处设置防火隔断，配电装置应根据情况进行明确的标注。

3.干线配置

（1）第一种方案

独立的两路电源和两台变压器进行分列运行，对低压单母线进行分段，设置应急的电源做备用。这种方式可以保证供电的可靠性，适用于高层建筑中，特别是负荷量较大的高层住宅。

（2）第二种方案

采用一路电源和一台变压器，将低压单母线进行分段。设置应急备用电源，此备用电源可以有效的满足消防负荷和非消防负荷的使用。这种方案适用于一般的高层建筑住宅，不适用于超大负荷的住宅。这种方案虽然满足了规范化的要求，但应急电源由于容量较大，其投资也相对较高。

（3）第三种方案

使用一路电源和一台变压器，采用低压单母线分段，并由电源线低压侧引出两回路电源，分别用到不同的低压分母线段中。设自备的应急电源做备用，其电源的容量应该满足消防负荷用电。

（4）第四种方案

采用两路电源和两台变压器，低压设置一般的负荷母线和重要的负荷母线，这两个母线要分开。两路电源为独立电源时，适用于无重要负荷的高层住宅。如果两路电源不是独立电源，则其使用于二类高层住宅。这种方案较简单，负荷的关系也很明确，便于维护和管理。

二、高层住宅的低压供配电系统

1.低压配电系统注意事项

在高层住宅中的低压配电系统设计中，要将照明、电力、消防和防灾用电负荷形成独立的系统。在消防负荷方面，应该在建筑进线处设立单独的配电装置。以便当遇到火灾事故时，消防人员能够快捷的切断消防负荷电源。在供配电设计中，应该对低压配电级数进行控制，其级数最好不要超过三级。在减少配电级数的过程中，不能盲目的认为将部分配电箱的总开关由断路器换成隔离开关，这样不能达到限制级数的效果。在有关建筑工程设计措施中，要对配电级数有明确的定义。配电级数是通过配电装置将一个供电回路分成几个供电回路来进行分配供电，但不能因为其进线开关的改变来决定其配电级数。在配电箱和配电回路的划分过程中，应该根据具体的防火分区、配电的负荷性质和管理维护等多个条件进行综合分析和确定。

2.高层住宅低压配电干线分支方式

常用的低压配电方式主要有三种。

（1）树干式配电

树干式的配电方法主要是将各层的配电箱设置在电气竖井力，这样就可以通过接式封闭母线槽、欲分支电缆或者是电缆穿刺线夹对电进行有效的分支，这种方式适用于楼层较多的住宅。对于这种负荷量比较大的住宅，一般可以用这种方式减少低压配电屏的数量，并且这种方式在安装维修方面都比较方便。

（2）分区树干式

这种配电方式采用的是每个回路干线对一个供电区域，这种供电方式有一定的可靠性。其中，每个回路干线对应的层数为5～6层。对于高层住宅来说，由于涉及的层数较多，所以其分区的层数可以适当进行调整，但最高层数不要超过10层。

（3）放射式

放射式也是高层住宅低压配电方式的一种，在消防设施和重要用电负荷中适合采用放射式的配电方式，即采用专用的垂直干线回路。回路与备用回路相互独立，不共线、不共管，可以使两个回路在末端配电箱进行自动的切换。

3.高层住宅配电设计

在对高层住宅进行用电负荷计算时，应该根据住宅中每户综合用电的指标作为计算参数。在进行计算时，要综合分析高层住宅所在地的能源组成、气候特点和用电负荷的发展趋势、用电负荷计算容量等问题。高层住宅两室户的综合用电负荷约为3.5～4.5kw，3～4户的用电负荷为4.5～5.5kw。在计算住宅单元配电干线和变电所负荷时，应该乘以相应的系数，如1～10户系数为1～0.8、10～20户系数为0.75～0.85。在计算多个变电所的计算负荷时，应该乘以同期限系数。在进行高层住宅电能计量的过程中，可采用单元总表的计度方式，总表所带的用户应控制在20户以内。在进线计算电流大于30A时，采用三相电源供电，使用三个单相总表，将临近楼层划分在一个总表内。每套住宅都应该安装允许过载大于等于四倍的电能计量装置，并将装置设置在住户门外公共地方或电气竖井中。干线系统应该按照住宅层数、住宅平面组合形式和计费方式，采用不同形式来进行电能计量。住宅中的楼梯、消防设施都应该按照防火规范来设计电源和干线。其中，备用电源或两路干线应该在末级配电箱处自动切换。

三、结语

低压配电系统 第3篇

摘 要：随着电力事业的发展和国家电网的日趋复杂，低压用电负荷增长幅度越来越大，随之而来的问题也越来越多。目前，低压配电系统普遍采用低压无功补偿的方式进行补偿，无功补偿对于低压配电系统的工作效率有很大程度的提高，了解低压无功补偿的原理、方法、规律以及技术对于低压配电系统的完善和发展有很大的帮助。低压无功补偿不仅能够减少电能耗提高工作效率，同时能够加快电力事业的发展。本文充分介绍了低压无功补偿在低压配电系统中的应用的重要性，从低压无功补偿的原理、配置原则、补偿方法等方面进行解析，深入分析低压无功补偿在低压配电系统中的应用。

关键词：无功补偿；低压；配电系统

低压无功补偿在低压配电系统中的作用非常重要，研究低压无功补偿对于配电系统的发展和国家电网的改进和完善有很大的帮助。

1.低压无功补偿的原理

低压无功补偿的根本原理是设置无功功率补偿装置。即在变配电所抵押或者高压母线上并联电容器或者相机，以此来补偿所需部分或者全部无功功率，从而提高设置点用户的功率因数，达到减少网络输送无功功率以减低损耗的目的。无功补偿装置能够使配电系统的所有无功补偿都保持一种高精度的状态，能够减少能耗，达到节能减排，从而减少企业能耗和开支，提高电能质量。

如今，无功功率补偿普遍采用并联电容器，因为并联电容器以其独有的优势取代了同步调相机，例如，并联电容器能耗低，成本小，便于安装，方便维护等等。本文主要研究电容器无功补偿。

低压无功补偿根据电容器安装的位置不同主要分为三种补偿方式。即分组补偿、集中补偿以及就地补偿。

1.1分组补偿

分组补偿也叫分散补偿，是普遍采用的一种补偿方式。就是将电容器分组装设在功率因数略低的低压或者高压母线之上，分散补偿功率。这种补偿方式具有范围小、效果强的优点。

1.2集中补偿

集中补偿即为提高变电所的功率因数，将电容器集中装设在总降压变配电所10KV的母线之上，从而使变配电所要供电的范围无功功率平衡。集中补偿的优点是能够减少损耗，提高供电电压的质量。

1.3就地补偿

就地补偿又叫个别补偿。即将电容器装设在用电设备旁边，从而实现就地补偿。就地补偿方式具有提高用电设备的电压质量的优点。

2.低压无功补偿的配置原则

无功补偿的目的是为了最大限度的减少无功功率的传输能耗，提高输配电设备的效率和质量，针具配电的原理的特点，低压无功补偿应该遵循就地补偿、分级补偿的原则，具体主要包括以下几点：首先，局部平衡结合总体平衡，以总体平衡为辅，局部平衡为主。其次，电力补偿结合用户补偿。在配电网络中，用户消耗的无功功率占总消耗的一半甚至以上，而其余的无功功率消耗在配电网中。

3.低压无功补偿在低压配电系统中的重要性

首先，无功补偿能够有效地稳定电压。电压的稳定性对于电力运输的过程中起着重要的作用，提升配电系统电力质量的前提是稳定电压。使用无功补偿的方式不仅能够对电力的输送过程实现电压的稳定，还能够减少电能的损耗。其次，无功补偿能够节省电力企业的开支。 无功补偿的使用对于减少企业开支，节省电力能源，帮助企业减少机器使用的电力损耗有很大的作用。通过使用低压无功补偿能够控制电力的使用，节省能源。

4.低压无功补偿的方法

随着社会的发展和经济的提高，社会不断进步，电力行业的发展也日新月异，逐步稳定和完善，随着电力行业的发展，对于配电系统提出了更好的要求。这也加重了当前配电系统的负荷，对于无功补偿的要求越来越高。我国配电系统随着社会和电力行业的发展而发展，当前对于配电系统的无功补偿主要有以下几种方式方法：

4.1采取集中补偿的方式

集中补偿的方式是通过低压并联电容器对配电变压器进行补偿。集中补偿方式对于配电系统的发展有很大的作用。目前，低压自动补偿装置是根据相应的功率因数进行自动投切，集中补偿的方式能够更好地进行投切。集中补偿能够更好地让企业及时发现用电过程中的一些问题，使得电压运行检查工作更好的进行。

4.2对线路中采取静止或者同步补偿的方法

当前，在远距离的输电路线中大多采用静止补偿方式，即在线路中安装补偿装置，静止补偿能够有效的稳定电压，提高电容量，具有较强的调节能力。但是在实际操作过程中也存在一定的问题，主要有三点：首先，在输电线路中安装无功补偿装置时要选择合适的位置。其次，合理设计无功补偿范围，减少外力原因对于系统的影响。最后，对无功补偿装置进行定期检查和维护，减少问题的发生。

4.3对用户终端采取分散补偿的方法

用户作为输电过程的最后环节，对用户终端进行分散补偿能够提高电压利用率，降低电气破坏率，在进行的过程中应该注意随时补偿，设置保护装置，设计合理的运行模式，将抵押电容组和电机连接在一起，减少流通过程的电能损耗，提高工作效率。

5.低压无功补偿带来的效益

低压无功补偿对于改善电能质量、减少电能损耗、提高设备效率有重要的作用。低压无功补偿在低压配电系统中的应用给电力系统带来了很大的效益。它能够改变功率因数，降低配电系统中电压的损失，通过改善电能的质量，使电压更加稳定，从而达到减少损失、节省企业开支的目的。此外，无功补偿的使用增加了配电系统的裕度，很好地挖掘了电力系统的潜力。

总而言之，电力系统在进行低压无功补偿的过程中，一定要对低压线路的具体特征进行具体的分析，根据低压线路的具体特征设计出最为适合的运行模式，最终实现有效地提高配电系统的工作效率，达到电力系统阶段性的进步和改革。

6.结语

低压无功补偿在低压电配电系统中的运用使得电力系统得到了很大的改善，保障了用户的电压水平，维持电流的顺畅流通。大力推广低压无功补偿技术能够给电力系统带来很大的经济效益。

参考文献：

[1]孙建东，陶小虎，岳仁超，夏燕东.低压配电系统中的无功补偿控制策略[J].低压电器，2014，（03）：50-51.

[2]郭涛.低压无功补偿装置在配电网中的应用分析[J].科技与企业，2014，（03）：76-77.

低压配电系统的接地保护 第4篇

1 低压配电的接地方式

电源的接地称之为系统的接地, 而电源负载的接地我们称之为保护接地, 按照国际的标准, 接地的系统分为:IT系统、TT系统、TN系统三种。

1.1 IT系统

这个系统适用的范围多是环境条件没有那么符合电源理想的, 容易发生火宅等高危的场所, 例如纺织厂、棉花生产加工等以及电缆没有那么完善的农村地区, 但是这个系统不能装断零保护, 所以导致在系统工作中容易电位不固定, 也不应该设置零线的重复接地。

1.2 TT系统

TT系统的示意图见图1。这个系统的特点是保护接地和接地制, 因为其电源的中性点直接与地面接触, 用电的金属外壳与电源接地点无关的接地级。

如果当配电系统中有较大的用电设备时, 线路的环境容易造成接地线或者是零线的断裂, 从而使得电路短路或者是电位升高, 所以有电气设备外壳的不适宜接零采用TT系统, 这个系统适用于农村住宅区以及民用建筑的场所, 因为这个的系统的负荷端口和线路的开端都要配置好漏电的开关, 并且要在线路的末端装有断零的保护, 才有可能使得整个配电系统完善。

1.3 TN系统

TN系统的电源中性点接地, 用电设备的金属外壳与中心点连接, 这种方式称为保护接零或者是接零制, 按照一定的组合方式, TN系统又分为三种组合形式:

1.3.1 TN-C系统

这个系统称为三相四线制的系统, 工作零线和保护零线通用, 系统简单结构图如图2所示。

优点:这个系统的实现可能性比较大, 在设备的初期投入比较低, 而且当故障电流过大的时候, 会及时切断电源, 保证人员的生命安全, 对于配电系统起到了一个完整的作用。

缺点:线路中负荷不平衡, 所以对PEN中有电流或者是电流不稳定的时候, 会对精密度比较高的敏感的电子设备不利, 而且当故障发生的时候有可能会使得故障扩散, 又由于装置RCD, 所以不能及时有效对设备和人身进行保护。

1.3.2 TN-S系统

这个系统称为三相五线制度的系统, 工作零线N与保护PE是完全分开的, 系统简单结构图如图3所示。

优点:这个系统的PE线不会通过负荷的电流, 所以可以用于精密度高的设备, 同时也适用于一定的危险现场, 在一般的民用住宅中, 采用这个系统也是比较安全和方便的, 但是如果是在电源短路的容量比较低的情况下, 需要采用RCD对人身安全和财产进行保护, 防止发生短路引起的火灾。

缺点:因为增加了配电系统中的一条线, 相应的投资就会比较高, 而且短路的时候对故障的电压较高。

1.3.3 TN-C-S系统

这个系统称之为局部的三相五线制系统, 因为其保护零线局部通用, 系统简单结构图如图4所示。

1.4 设计要点

TN-C适用于便于携带的用电设备, 兼且不必接零的工业企业;TN-S适用于工业的企业、大型的民用建筑;TN-C-S适用于新建的住宅小区。

TN-C/TN-S/TN-C-S正常运行的时候, 零线的电位可能达到了50V以上, TN-C外壳的电与工作零线的电相同, TN-S外壳电为零, TN-C-S外壳电位等于零干线的电位。

2 低压配电系统保护

2.1 低压配电系统中的接地类型

2.1.1 工作接地:

为了保证电力设备的正常运行而进行的配电, 我们称之为工作接地, 而中性的点直接接地的系统, 就是变压器的中性点接地。

2.1.2 保护接地:

为了保证人身的安全, 同时防止触电, 这个时候的保护配电称之为保护接地, 有两种表现形式:一种是设备可以导电部分外露的情况下通过接地的保护线分别接地, 一种是外露的导线部分经过公共的保护线进行接地。

2.1.3 重复接地:

为了保证接地的稳固性和安全性, 所以还要在除了保护线之外的电流处进行接地, 称之为重复接地。

2.1.4 保护接中性线:

在一般家用的低电压的系统里面, 有种保护接零, 就是将电气设备的金属外壳与中性线连接, 这种也称之为低压保护接线, 这种对系统的整体运行和设备的保护起到了关键性的作用。

2.2 接地系统的选择

选择接地系统的时候也是保护低压配电系统的一大重点, 因为只有根据电气的主要设备、运行的条件、和维护的要求等等, 因地制宜的选择接地系统, 才可以对配电系统维持最好的保护。

首先应该要将人身安全作为最高的守则, 因为三种接地系统的选择都可以用于同一个系统之中, 但是必须要遵守适用性的法则, 要弄清楚用户的需求和环境的资源, 还要考虑后续的维护维修服务, 同时最重要的是是否有火灾的危险。

2.3 系统选择及应用

通常按照如下方式选择:对于配电系统的运行有着高要求的场所, 应该选择的是IT系统。对于配电系统运行没有那么高要求的场所, 在没有合适的系统选择的时候可以选择TT系统或者是TN系统, 以此来保障人身的安全和设备。对于配电系统连续性要求不高但是要维护设备的场所, 应该选择TN-S系统, 这个系统方便快速的维护维修。对于配电系统的连续性比较低或者是不需要维护的相对简单的场所, 可以使用的是TT系统。在火灾等高危的场所, 可以选择的是IT系统, 因为有相关的人员维护, 或者是TT系统, 因为可以使用RCD保护装置。

特殊电网和负载的选择:对于配电系统线路比较长的, 电流比较大的装置, 可以选用TN-S系统。如果是有备用的电源的配电系统, 可以选用TT系统。对于配电系统中故障电流比较强的或者是比较敏感的机器设备, 应该选用的是TT或者是IT系统。对于绝缘能力比较差的电子输送设备端口, 应该选用的是TN-S系统。

3 结束语

通过以上详细的分析以及探讨, 我们能够得知电是人们日常生活中最为需要的能源, 而电的保护更是对人们生命财产安全的最大的安全保护, 所以在低压的配电系统中, 应该认真贯彻执行好接地保护。让人们的生活更安心, 生活质量更有保障。

参考文献

[1]刘彩云.对民用住房低压配电系统防雷的研究[J].山西建筑, 2011, 8.

低压配电线路故障分析系统的研究 第5篇

摘要：随着社会市场经济的不断发展，我国电力行业发展的步伐不断加快，低压配电系统在整个电力系统中所占的地位越来越重要，但是在日常运行过程中，由于受到多种因素的影响，低压配电系统容易出现各种故障，例如：线路布置不合理、配电设备不达标、线路故障等，这些故障的存在严重影响着整个电力系统运行的安全、稳定性。本文主要探究了低压配电线路故障问题，及这些故障发生的原因，并根据这些故障提出了相应的解决措施，以确保电力系统正常运行，能夠更好地满足日常生产的需要。

关键词：低压；配电线路；故障；研究

随着科技的迅猛发展，电能在社会各个领域的应用越来越重要，它不仅促进人们的生活更加方便快捷，而且加快了我国生产力的提升速度。当今社会各行各业对电能的需求和依赖越来越大，在用电设备类型的数量与种类不断增多的情况下，各种低压配电线路故障也越来越多，只有对这些低压配电线路故障进行分析研究，并积极寻找和制定针对性防范措施，才能够有效提升系统运行的稳定性，进而实现我国电力系统可持续发展的目标。

一、分析研究低压配电系统

在我国电力系统中，低压配电系统作为电网建设的重要组成部分，该系统在运行过程中的稳定可靠对于维持人们的生产、生活都有着积极的作用，在很大程度上改善了人们的生活方式，推动了社会生产力的发展。因此，整个低压系统安全、稳定地运行，确保低压配电系统的规范性有着十分重要的意义。就目前我国低压配电系统而言：整个系统中包含配电变压器、高压配电线路、变电站以及相关的配电设备和相应的控制保护设备组成，其中变电站在运行中，是用来调节电网中的高电压，将其从输电电压转化为较低的配电电压；而配电变压器是用于调节整个电力系统的电压，一般将电压控制在1千伏以下；除此之外，在低压配电线路系统中相关的配电设备主要有单相和三相用电设备两种类型，一般情况下，单相用电设备在电网运行中只能与单相电源相接，而三相用电设备则可以与多相电源相接。最后在低压配电系统中，为了维持电网运行的安全性和稳定性，还需要有接地设置，接地装置可分为保护接地、防雷接地、和工作接地，在连接过程中要根据实际需要、设备材料、接地地点以及线路的连接方式来确定，以便于降低和减少不安全隐患的发生率，提高低压配电线路运行的效率。

二、低压配电线路的存在的故障及引发故障的原因

电网设备在正常运行过程中，由于低压配电系统构成比较复杂，在线路组合和设备组合中，若电网技术相关指标不能达标，极易出现故障，影响整个电网的运行效率，甚至出现安全隐患，严重时甚至危害人民群众的生命财产安全。电网工作人员根据自身多年的实践工作经验及其调查结果总结到低压配电线路中常见的故障，如下：

1、漏电现象

在我国低压配电系统中，漏电现象是一种非常常见的线路故障问题，该故障主要是由于电线或者是支架材料不能符合电网正常运行导致的，可能是由于绝缘能力不足或者是线路老化所引起的，在低压配电线路中，受到电流的影响，导线产生的电弧与大地之间摩擦出火花，在此过程中会产生大量的热量，这就为线路故障带来了安全隐患，此外，研究发现当低压配电线路处于正常运行状态时，也有可能存在漏电现象。出现这种线路故障主要是由于线路与线路、线路与大地之间存在着电容，这种漏电现象比较小，一般不会对线路的绝缘构成损伤，也不会产生明显的火花现象。但是有一种漏电现象必须加以重视，当线路系统的绝缘体及其性能因素在受到破坏或者是大幅度降低时，极易造成线路导体与导体之间或者是导体与大地之间发生严重的漏电现象，不利于电网正常运行。

2、短路故障

短路故障是低压配电线路中一种非常常见的故障，发生短路故障是由于受到某些特定因素的影响下，使得两电势不等的地点相互接触，从而产生了过电流现象，因此，针对这种故障可以采取下列解决对策：电力系统工作人员要定期对线路进行故障排查，降低和减少短路故障的发生。短路故障会给低压配电系统带来巨大的损害，因为短路故障发生时，其回路电流在不断增大，会产生大量的热量，导致导线中的金属导体快速升温，在燃烧导线绝缘层的同时极有可能引发火灾，影响正常电网的运行。

3、过负荷现象

在低压配电线路中出现过负荷故障是由于电气线路中的电流量在持续增高的过程中，导致导线承受的安全电流量达到一定程度所产生的。通常在低压配电线路中的导线带有一定的电阻，当线路在正常通电时，电流通过导线时，会引导导线内阻产生一定量的热量，此外，导线的热量会随着电流的增大而增大，在热量超出导线所承受的范围时，就会出现了导线绝缘层迅速老化现象，甚至可能出现导线烧断的情况，这就给整个电网系统运行带来了极大的影响。

4、电阻影响

一般情况下，低压配电系统中的电气线路其电阻具有稳定值，但是在受到诸多因素的影响下，其接触电阻就会不断增加，发生这种线路故障的原因是：当电源线与开关、保护装置、用电设备结合时，很有可能出现接触不良现象发生，这种情况下，局部线路的电阻值就会迅猛增加，在电网运行过程中，由于回路电流产生了较高的热量，这就会对低压配电线路的绝缘保护层构成威胁，影响整个低压配电系统正常运行，降低了电网运行的效率。

三、防范故障的对策

上述低压配电线路故障的存在，严重影响了整个电网运行的效率，给日常生产、生活带来了安全隐患，因此必须要加强对这些故障的检测和防范，才能维持整个低压配电线路正常运行。在这提出了几点对策：（1）应用系统可视化界面，电网在运行过程中，可以通过一定的输入方法选择或者是激活某些图像，实现对线路故障仿真和故障诊断，该系统中的主界面包含按钮、坐标轴等控件，具体在故障仿真部分用simulink中的配电系统模型进行故障仿真，以调用支持向量机算法程序具体完成，最终故障仿真和诊断的目的。（2）加强防护装置的设置，电网工作人员可以在电路系统中设置相关的故障防护措施，例如采取绝缘导线过载，电气照明回路等措施，确保低压配电系统在运行中的安全性和稳定性，防止出现安全隐患。（3）加强对低压配电线路的安全检查力度，要求工作人员定期对线路运行情况进行检查，做好检测和维修工作，这种措施能够在很大程度上预防和控制配电线路出现各类故障。

四、结束语

综上所述，低压配电线路的正常运行为生活的各个领域提供了大量电能，改变了人们生产和生活的方式，对于加快社会经济的发展有着积极的意义。但是由于低压配电线路故障的存在极大的影响了整个电网系统的运行效率，甚至对人们的生命财产安全构成了威胁，因此，要求电网配电人员要重视这些线路故障，文中提出应用系统可视化界面，以计算机算法程序来完成故障仿真和诊断，维持电网正常运行，此外还可以通过加强配电线路的检查力度及做好防护装置的设置等具体实施，减少故障的发生率，从而推动我国电力行业不断进步。

参考文献：

[1]凌霄强.低压配电系统电气故障研究[J].科技与企业，2015（05）.

[2]肖志荣.电气低压配电系统故障及电流危害分析[J].通讯世界，2013（12）.

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低压配电系统保护的探讨 第6篇

低压配电系统的保护包括过电流保护(短路保护和过负载保护)、断相保护、低电压保护(欠压和失压保护)、接地故障保护。在不同的应用场合，应按规范要求装设不同的保护，比如，《低压配电设计规范》GB50054-95规定，“配电线路应装设短路保护、过负载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”;低压配电系统的各个相关的低压电器之间应有良好的特性配合，以正确的发挥各个低压电器的各种功能。比如，《低压配电设计规范》要求“配电线路采用的上下级保护电器，其动作应具有选择性。”

另外，完善的保护，除了正确地装设和设置保护电器之外，还应使配电系统中相关导体、连接件的安装、选型与保护电器相配合，满足各种状态下的动热稳定要求。

随着制造技术的不断发展，低压断路器的性能及功能也越来越先进和完善。目前，在民用建筑的配电系统中，已经广泛地应用低压断路器来实现配电系统的各种保护功能。所以，如何正确地选用低压断路器对低压配电的设计至关重要。

图1所示是一个民用建筑中常用的配电系统实例。本文将以图1为例，讨论工程设计实践中常见的有关低压配电系统保护的若干问题。

2 短路保护

短路保护应在短路电流产生的热作用和机械作用对被保护对象造成危害之前切断短路电流。在民用建筑的低压配电系统中，大多数的短路保护，均可以采用断路器来实现。

采用断路器来实现短路保护，首先应使断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流。

断路器一般有三个指标来表示其分断能力，即极限短路分断能力、运行短路分断能力和短时耐受电流。各个指标的含义如下：

极限短路分断能力 (Icu) ，是指在一定的试验参数 (电压、短路电流、功率因数) 条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此通断后，不再继续承载其额定电流的分断能力。它的试验程序为O-t (线上) -CO (“O”为分断，t为间歇时间，一般为3min，“CO”表示接通后立即分断) 。试验后要验证脱扣特性和工频耐压。

运行短路分断能力 (Ics) ，是指在一定的试验参数 (电压、短路电流和功率因数) 条件下，经一定的试验程序，能够接通、分断的短路电流，经此通断后，还要继续承载其额定电流的分断能力，它的试验程序为O-t(线上)-CO-t (线上) CO。

短时耐受电流 (Icw) , 是指在一定的电压、短路电流、功率因数下，耐受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力，Icw是在短延时脱扣时，对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标，它是针对B类断路器的，通常Icw的最小值是：当In≤2500A时，它为12In或5kA，而In>2500A时，它为30kA。

在某些场合，希望一台断路器在分断线路最大的短路电流后不维护还可以继续承载额定电流，那么，我们就应该按断路器的运行分断能力(Ics)不小于线路的预期最大短路电流的条件来选择断路器。否则，可以按断路器的极限分断能力来选择断路器。目前，市面上有许多ICS=ICU的断路器，其适用性更广，当然，其制造成本也更高。

对于安装于电源侧的断路器，为实现保护选择性，往往采用具有短路短延时的B类断路器，这时，就应该考虑断路器的短时耐受电流(Icw)了。那么，如何确定断路器的Icw指标是否满足使用要求呢?因为时间很短，可以将短路过程视为一个绝热过程，不考虑断路器散热条件的差异，所以可以根据下式来校验：

式中：

Icw———短时耐受能力指定的短路电流值;

t———短时耐受能力指定的通过短路电流的时间;

Id———实际发生的预期最大短路电流;

t1———短路电流持续的时间，一般取断路器的短路短延时时限。

比如，图1的B点发生三相短路，假设，变压器容量为1000kVA，根据变压器的容量可以估算出在B点的三相短路电流Id=Ie/ΔU%=1.443kA/0.06=24.0kA(假设变压器的高压侧短路容量为无穷大，并忽略QF1及母线的阻抗)，QF1选用框架断路器，短延时时限t1=0.4s, Icw为0.5s, 35kA，根据式(1)校验，满足要求。

目前，市面上有许多塑壳断路器的额定电流及极限分断能力或运行分断能力均达到框架式断路器的水平，但当在使用其作为电源主开关时，还应按上式验算其短时耐受电流的指标能否满足要求，应特别注意，大多塑壳断路器为A类断路器，没有短时耐受电流的要求，即使是B类的塑壳断路器，其短时耐受电流一般比框架断路器小得多，一般小于15kA (1s) ，所以，不是每一个塑壳断路器都可以满足要求的。

从短路发生到短路保护电器动作并分断短路电流需要一定的时间，一般要求配电系统在承受这段时间的短路电流后不会被破坏，这就必须对配电系统中的各种电器、导体及相关连接件进行热稳定和动稳定的校验。

《低压配电设计规范》规定，绝缘导体的热稳定校验应符合下列规定：

当短路持续时间不大于5s时，绝缘导体的热稳定应按下式进行校验：

式中：

S———绝缘导体的线芯截面(mm2);

I———短路电流有效值(均方根值A);

t———在已达到允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用的时间(s);

K———不同绝缘的计算系数。

如图1，在D点发生三相短路，设高压侧短路容量为500MVA，变压器容量为1000kVA, D, Yn-11接法，ΔU%=6%，负载损耗ΔPk=8.12Kw, QF3长延时整定为50A, L1回路采用VV-5x16，长10m，经计算，短路电流Id=7140A，断路器QF3瞬时动作。可以认为从脱扣器动作到完全分断短路电流的时间就是(式2)中的t (s), t的大小和断路器的性能有关，表1列出几种常见情况下的t值。

将相关量的值代入(式2)中，t取0.1s, K取115，得出导体的截面S应不小于19.6mm2，因此，VV-5×16的电缆截面不满足热稳定要求，应放大到25mm2。

在设计中，应特别注意那些距离供电变压器较近，计算负荷较小的线路，往往按计算电流选择的导线截面无法满足热稳定的要求。

在上述的例子中，我们取负荷处(D点)的三相短路电流来校验线路的热稳定，而在实际应用中应该取线路的哪一点的短路电流来校验热稳定呢?因为，电缆线路在中间段发生三相短路故障一般是由于机械损伤造成的，而在室内，这样的机械损伤几率是较低的，更多的可能是在电缆端接的地方或用电设备内发生短路故障。因此，对建筑室内的放射式供电线路，取线路末端负荷处的三相短路电流来校验热稳定是合理的。而对于树干式配电线路，应该取线路的第一个分支点处的短路电流进行热稳定校验。

3 过负载保护

《低压配电设计规范》第4.3.1条规定：配电线路的过负载保护，应在过负载电流引起的导体温升对导体的绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害前切断负载电流。

因为被保护对象的热承受能力一般呈反时限特性，因此，过负载保护电器一般要具有反时限动作特性，并使保护电器的I-t特性曲线低于被保护对象的热承受能力的I-t特性曲线。《低压配电设计规范》第4.3.4条规定，过负载保护电器的动作特性应同时满足下列条件：

式中：

IB———线路计算负载电流(A);

IN———熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流 (A) ;

I2———保证保护电器可靠动作的电流(A)。当保护电器为低压断路器是，I2为约定时间内的约定动作电流;当为熔断器时，I2为约定时间内的约定熔断电流;

IZ———导体允许持续载流量。

一般只要满足该条规定，即可认为过负载保护电器可以很好地起作用。在《低压配电设计规范》的条文说明中，对采用熔断器作为过负载保护电器时进行详细的说明，对目前广泛采用的断路器仅简单地提及：“当采用符合《低压断路器》(JB1284-85)的低压断路器时，延时脱扣器整定电流(IN)与导体允许持续载流量(IZ)的比值不应大于1”，这其实就是满足(3)式的要求。那么，是否只要满足(3)式的断路器，就满足(4)式了呢?表2是典型配电型低压断路器的反时限动作特性。

表2表明，该断路器在约定时间内的约定动作电流I2=1.30IN, 代入(4)式，得IN≤1.1Iz，所以，可以认为，一般情况下，只要满足(3)式的断路器，也就是满足了 (4) 式。

4 接地故障保护

接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损害等事故。这要求保护电器不仅要能切断接地故障电流，而且应在规定的时间内切断。《低压配电设计规范》第4.4.7条对切断接地故障回路的时间提出了要求：

⑴配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s;

⑵供电给手握式电气设备和移动式电气设备的末端线路或插座回路不应大于0.4s。

对于TN配电系统，当发生金属性接地故障时，故障电流比较大，可以启动过电流保护装置的瞬动元件，一般比较容易满足切断故障的时间要求，在这种情况下可以利用过电流保护装置兼作接地故障保护。对于TN配电系统的非金属性接地故障或TT配电系统及IT配电系统的接地故障，由于接地故障电流值一般较小，有时无法启动断路器的瞬动元件，而由反时限脱扣器来保护，这是，切断故障电流的时间可能较长，无法满足规范的要求，这时，就应采用零序保护或漏电电流动作保护。

在实际工程中，那些直接从低压母线配出线路，其保护电器往往采用不具有漏电保护的塑壳断路器，这时，断路器的过流保护兼作接地故障保护。这种情况下，就应该注意，如果线路太长，可能会无法保证接地故障保护的灵敏度以及满足《低压配电设计规范》第4.4.7条的要求。

如图1，假设QF3长延时电流IN整定为100A，(一般塑壳断路器出厂的瞬时动作电流整定为10IN左右)，L1回路采用VV-3×35+2×16，长100m，经计算，在末端单相接地短路故障电流仅为659A，这时，无法启动QF3的瞬动元件，其长延时过电流脱扣器无法满足接地故障保护的灵敏度以及《低压配电设计规范》第4.4.7条的要求。如果变压器容量变小，供电半径将更小。所以，当这样的供电半径满足不了使用要求时，要么放大电缆截面，要么采用具有接地故障保护功能的断路器。近年来，民用建筑的规模越来越大，上述的问题也就越显得突出，所以，在工程设计中应特别给予注意。

摘要：本文论述在低压配电系统的短路保护、过负载保护以及接地故障保护设计中常见的几个实际应用的问题, 与大家一起交流讨论。

关键词：建筑电气,低压配电,短路保护,分断能力,热稳定,过负载保护,接地故障保护,断路器

参考文献

[1]《低压配电设计规范》GB50054-95.中国计划出版社.1996年6月第一版

[2]《全国民用建筑工程设计技术措施——电气部分》.中国计划出版社.2003年2月第一版

低压直流配电系统结构分析 第7篇

近年来，随着电力负荷迅速增长，新能源、新材料、信息技术和电力电子技术得到广泛应用，用户对供电可靠性和电能质量等方面的要求不断提高，传统交流配电网已逐步暴露出其不可避免的诸多弊端[1]。

(1)伴随着新型工业化、城镇化、农业现代化和美丽乡村建设进程的不断推进，用户对满足用电需求、提高供电质量、实现智能互联的要求逐步提高，而有限的供电走廊加大了对实现城市配电网高供电容量、远距离供电的难度，传统配电系统已成为阻碍城市化发展的一个重要因素[2];

(2)从20世纪80年代末开始，世界电力工业已由传统的集中供电模式向集中和分散相结合的供电模式过渡。在全球能源、环境危机的大形势下，分布式发电、大规模储能技术及微电网技术得以加速发展，总装机容量不断提升[3]。而如何将这些直流电源、变频交流电源与传统工频交流电源高效、可靠、安全互联，如何提高对新能源的接纳能力，已成为亟待攻克的技术难题[4,5]82,62;

(3)随着科技的不断进步和经济、社会的快速发展，家庭用电模式发生了巨大变化，各种主流家庭用电设备更新换代，这些直流负载和含有直流环节的负载直接或间接接入传统配电系统时需要AC/DC变换，降低了系统效率，并使大量谐波注入电网，严重影响电能质量。

在电力电子器件和技术高速发展的今天，研究和发展城市直流配电网，为我们解决上述问题找到了一条新的途径，并将对直流配网标准的形成具有重要意义。

1 直流配电系统的拓扑结构

1.1 高压配电母线的供电方式

近年来，高压直流输电技术[6,7,8]、柔性直流输电技术[9,10]得到广泛发展和应用，参考国内外微电网示范工程实例[11]，相关研究主要集中在以直流微网为核心的低压直流配电网方面，国际上普遍认可以AC 6 k V以上作为配网高压母线的电压等级，鲜有对直流形式高压配电母线的研究报导[12]。

1.2 低压直流配电母线的构成形式

1.2.1 单母线结构

图1所示单母线结构[13,14,15,16]易与现有工频转接设备兼容，但在给低压设备供电时，变流器电压应力较大，需配备一定体积的电源适配器。

图2所示为美国北卡罗莱纳大学于2011年提出的“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management(FREEDM)”系统[17]，实现了交、直流共存。该系统旨在用于构建未来自动灵活的配电网，其核心技术优势体现在:(1)含有DC 400 V和AC 120V母线的即插即用接口，可以通过开放标准的通信协议，采集各类负荷、储能系统和发电机组的实时并网信息。(2)连接AC 12 k V和DC 400 V、AC 120V配电母线的智能能量管理(intelligent energy management,IEM)装置，能够对网络进行实时状态监控、数据采集，并为各设备提供运行控制依据。(3)开放标准的分布式电网操作系统，可以借助通信平台，实现多级IEM协调控制。

1.2.2分层母线结构

2010年，美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出了SBN(Sustainable Building and Nanogrids)计划，旨在为未来新兴住宅和商业楼盘提供电力，这就是典型的分层母线结构，如图3所示[18]。系统中，DC 380 V和DC48 V低压直流配电母线共存，分别为不同等级负载提供电力。

DC 380 V母线主要与工业标准的电压等级相匹配，它依靠前端整流器和功率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)电路接入主网。DC 48 V母线主要与通信标准的电压等级相匹配，它依靠斩波变换器接入DC 380 V母线。与单母线结构相比，分层母线结构提高了为低压设备供电的安全性，可省去一定体积的电源适配器[19]102，但它不易与现有工频转接设备兼容。

1.2.3 双母线结构

图4所示的直流配电系统[20,21]，整流器输出±170 V电压。此结构可根据负荷需求由不同母线提供供电电压，并实现交、直流侧共地，并且变压器交流侧宜采用Yn0y或Ynd接法，以避免构成零序回路[22]。这种双母线结构的直流配网方便与现有转接设备兼容，但负荷的不确定性会导致每条母线的负载不完全平衡，源侧换流器需加装均压装置，因此，连接主网、储能系统和分布式电源(Distribution Energy Resource，简称DER)单元的换流器拓扑与传统拓扑结构会有所差异。文献[23,24,25]都以虚拟空间矢量法探讨了带旋转电机负载的直流系统变流器控制方法，搭建了与之对应的实验模型，并验证了其可行性。

文献[19]103提出一种基于TN型接地方式的直流配网系统，其结构如图5所示。这种双母线结构的配网系统通过分压器实现用户侧DC 380 V和DC 220 V共存，且对主网而言，推荐直流侧是一个“阻性负载[15]44-45”系统，不但实现了“绿色”经济型配电网，还促进了新型节能直流家电及相关产业的快速发展。

本文针对图5所示拓扑，提出一种基于电阻元件的直流分压器结构，如图6所示。分压器高压端输入电压为:

分压器理想分压比，即输入电压和输出电压之比为:

其中RX为高压臂电阻;R1、R2为低压臂等效电阻;U1、U2为分压器低压端输出电压。

1.2.4 冗余式母线结构

图7是带有交替供电电源的直流配电系统结构[26,27]，由罗马尼亚布加勒斯特理工大学提出。该结构将风光储、沼气等生物能发电及负载分别接入不同母线，在一条母线故障时，还可通过另一条母线给负载供电，保证了供电的连续性，故该系统也可看作冗余式母线结构。冗余式母线结构，适合为对电能质量和供电可靠性要求较高的配电区域供电。

1.3 高、低压配电母线的连接方式

由于直流配电系统中接纳了各种DER，根据系统运行管理方式的不同，高低压配电母线间能量的双向交互功能成为了现代柔性直流配电网发展的一个主要趋势[12]13。同时，高压配电母线与低压直流配电母线间的连接电路既可以采用传统工频连接方式，也可以通过高频链式连接技术来实现。

1.3.1 传统工频连接方式

传统工频连接方式通过工频变压器实现电压匹配和电气隔离[28,29]，通过电力电子变换器实现交直流转换，其工频变压器体积、质量、占地面积、损耗和噪声都较大，难以实现高功率密度、高效率的智能功率变换[30]。

1.3.2 高频连接方式

高频连接方式通过变换器中的高频变压器实现电压匹配和电气隔离[31]。本文借鉴文献[32]中新型并网UPS(Uninterruptible Power System)系统的拓扑结构，提出一种基于高频隔离的交直流连接电路，如图8所示:uAB是对uC进行正弦脉冲宽度调制(Sine Pulse Width Modulation，简称SPWM)调制后产生的电压基波分量，其幅值、相位可控。通过控制uAB的幅值和相位就可控制LS两端的电压uL，进而控制交流侧输入电流iS的幅值和相位。通过PWM整流馈电模块，保证较高的功率因数和较低的输入电流谐波含量[33,34]。

通过控制uTH和uTL间的移相角φ，就能在连接电抗LT和隔离变压器T上产生近似于梯形波的高频交变电流，进而控制传输功率的大小和方向，达到电容C两端电压uC、低压直流配电母线电压uCD间的电压变换以及功率的双向传输。

若将n个图8所示结构在交流侧串联、直流侧并连接入系统，则交流侧输入电压提高n-1倍，直流侧输出电流提高n-1倍。因此，图8所示结构给将来直流配电系统的扩容提供了重要的参考依据[35]。

采用高频连接方式的功率变换系统(Power Conversion System，简称PCS)体积小、重量轻、成本低，便于系统升级扩容[36];并可避免传统工频变压器由于铁心磁饱和造成的系统电压、电流畸变问题;若将开关频率提高到20 k Hz以上，更可极大降低PCS的运行噪声[37]。同时，隔离变压器的使用，使交直流母线间存在电气隔离，提高了直流配电系统运行的安全性，利于直流部分的孤岛运行[38]。基于HFI的智能功率变换技术被普遍认为是下一代的电力电子电压和功率变换首选方案[39,40]。

1.4 分布式电源的组织形式

DER通常并联接入中、低压配电网，或在微网中独立运行，弥补了大规模发、输电的不足。不同种类的DER在容量、电压等级、可控程度、输出电源性质等方面存在差异，同时DER与母线间的接口电路也不尽相同，要根据实际情况对DER进行合理的优化选择与配置[41,42,43,44,45,46]。我国对DER的研究与应用起步较晚，但发展很快，出台了DER并网的Q/GDW480-2010标准，对接入容量、接入电压等级做出了具体规定，但没有直接规定DER接入后允许引起的系统电压变化范围[47]。

1.5 分布式电源及负载到低压配电母线的连接方式

与传统工频配电方式相比，虽然直流配电方式可以减少部分电力电子接口电路[48,49]的中间环节，但也不能完全省略，部分DER和负载与低压直流配电母线之间必要的电气隔离对保证系统的安全、可靠运行至关重要。因此，分布式电源及负载到低压直流配电母线间的具体连接方式还有待产学研各界深入研究。

2 直流配电系统的电压等级

如何科学、合理地选取和评价直流配电系统的电压等级[50,51]，是构建未来直流配网，以及保证直流配网健康、稳定运行和发展的重要研究课题。

目前，国内外学者对直流配网电压等级的研究主要集中在低电压序列，文献[52]以瑞典哥德堡市查尔姆斯理工大学电气工程学院现有配电系统为例，对以下四种直流电压等级进行了分析论证:DC 326 V是电力电子类用电设备的整流二极管输出电压，对应AC 230 V电压峰值;DC 230 V与AC 230 V具有相同的有效值，能匹配现有阻性负载;DC 120 V不需要间接电击防护装置，简化了系统结构;而DC 48 V基本上不需要任何保护措施[15]49。

为匹配我国现有电器设备的电压等级和工业用电标准，直流系统可从10 k V或市电380 V配网接入，采用DC 380 V和DC220 V为负载供电，符合我国配电网现状，在将来配电网的规划、改造和建设中有着更大的发展、应用前景[11]24-25。事实上，DC380 V标准已由日本学者于2009年12月提出，现已被美国电力科学研究院认可，并逐渐被业内接受[19]103。

3 对我国城市直流配网发展的建议

未来的城市配电网的发展将经过交直流混合配网共存的中间阶段，最终达到以纯直流环网为主体的网架结构[53]，本文就目前我国低压直流配电网发展建议如下:

(1)针对人口密度较大的城市中心区域，以现有交流配电网为载体，采用交直流同线馈送方式进行网络改造，在保证全网功率平衡的前提下，在特定区域分别为交、直流负载供电[54,55,56]。

(2)针对城市周边新兴住宅区和新建高新工业园区，建设以直流微网为核心的低压直流配电示范工程。分布式电源采用建筑一体化PV发电设备，通过升压变压器接入直流系统。主网停电时，在储能装置和柴油发电机的配合、辅助下，保证对用户的供电连续性[15]43。

4 结束语

由传统交流配电系统向直流配电系统过渡[57]是一个长期的过程。目前，低压直流配电系统仍有很大的研究及探索空间。研究面向工程应用的商业化大功率直流开关设备和智能功率变换系统对低压直流配电网的推广、普及影响深远。选择合理的系统运行电压等级和接地方式，开发灵活的控制、保护和故障诊断方法能够更好地保证系统经济、安全、稳定运行。2015年9月，国家发改委、国家能源局先后印发《加快配电网建设改造的指导意见》[58]及《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》[59]，顶层设计和行动目标明确，仅2015年配电网建设、改造配套投资就将达到3 000亿元。本次配电网建设、改造力度空前，政策与资金支持超过以往，这将极大促进配电系统网架结构的优化，促进整个配电系统格局的转型升级，同时也为直流配电系统的科学研究提供了巨大的政策支持和物质保障。

摘要：结合国内外直流配电网的研究现状,对配电系统构架所包含的高压配电母线的供电方式,低压直流配电母线的构成形式,高压配电母线到低压配电母线的连接方式,分布式电源的组织形式及分布式电源和负荷到低压配电母线的连接方式等方面进行了详细分析,并探讨了适合城市低压直流配电网发展的合理电压等级。最后,结合我国现有电网条件,针对城市直流配网的发展方向提出了建议。

低压配电监控系统的构建 第8篇

关键词：低压配电监控系统,智能配电设备,现场总线,远程监控

现在的低压配电系统中,断路器、电力仪表、综合保护装置等配电设备,都离不开电子部件,而且,现在相当多的产品除了使用电子部件实现其各自功能外,还配备了通信接口,用户可以利用这些配电设备的通信接口来组建配电监控系统,实现系统监控的网络化、远程化。

1 配电监控系统概述

配电监控系统将智能配电设备数字化信息进行采集和处理,促成了少人值守甚至是无人值班配电站的实现,可以利用远程通信技术迅速而准确地获得配电站运行的实时信息,完整地掌握配电站的实时运行状态,及时发现配电站运行的故障并做出相应的决策和处理,同时通过使用系统的数据分析功能,可以使值班管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度、远控合分闸、躲峰填谷,掌握安全控制、事故处理的主动性,减少或避免误操作、误判断,缩短事故停电时间,实现对变配电系统的现代化运行管理。

目前,世界上处于领先地位的电器制造厂商都推出了自己的配电自动化解决方案,如Siemens公司的Win CC软件系统、施耐德电气公司的Power Logic配电监控系统和ABB公司的ESD3000变电站监控系统等,而国内领先企业常熟开关制造有限公司的Riyear-Power Net配电监控系统,从系统到元件全部系列化设计,集成有高质量的CGZ1总线型低压成套开关设备,更配套有业内享有盛誉的CM系列、CW系列等电器元件。

2 配电监控系统的组成

典型的配电监控系统一般分为3个层次:现场设备层、网络层、监控管理层。

1)现场设备层由安装在现场的各种配电元件组成,这些元件采用电子化设计,负责采集底层信息和进行现场控制,可以将现场的各种参数、信息数字化,并且能够通过通信接口将这些数据进行上传。

2)网络层提供了底层设备到监控管理层之间的连接,根据用户方案及要求的不同,网络层可充分运用现有的通信技术手段,采用多种通信方式实施具体的连接。

3)监控管理层一般由监控计算机组成,通过安装在计算机中的配电监控软件,与现场设备层的设备进行数据互联,同时提供用户界面、系统组态、数据储存管理、报警提示、故障记录等功能。

3 配电监控系统中的现场设备

配电监控系统能够实现的功能很大程度上依赖于现场设备本身所具备的功能,因此,现场设备是整个系统的基础。

3.1 配电监控系统设备概述

配电监控系统的现场设备应当采用具现场总线通信功能的智能型保护、测量及控制设备,它主要分为一次设备和二次设备,一次设备如智能型框架断路器、智能型塑壳式断路器,二次设备如智能型PC测控装置、智能型测控仪表、智能型电动机控制器等。同时要求设备采用的通信协议是标准的开放的,如Profibus-DP、Device Net、Modbus RTU、CAN等协议,这些均属于国际标准的通信协议[1]。

3.2 常见的配电系统元件选择

3.2.1 进线、联络及馈线(大电流)回路

采用智能型万能式断路器,并带有通信接口,可以实现配电系统的远程监控功能,如“四遥”功能、管理维护功能等。

针对一些测量精度要求比较高的场合,可以选择加装网络电力仪表来实现特定电力参数(如电度量)的测量。由于当前断路器产品的飞速发展,很多公司的新一代万能式断路器已经能够直接对多种电力参数直接进行测量,如常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂)的CW2/P、CW3/EP/EQ/EG型的万能式断路器,除了对电流、电压的测量外,还能对功率、功率因数、电能、谐波等参数进行测量,其精度较电力仪表低,但完全能满足一般用户的需求,在一定程度上可以取代多功能网络电力仪表。

3.2.2 馈线及配电回路

这些回路的特点是电流较小,而且有些回路用户在通信功能上的要求相对降低,更注重成本因素。

针对用户的不同需要,结合成本考虑,可根据实际情况采用以下三种设备搭配方案,以满足用户的不同需求:

(1)使用带通信接口的智能塑壳断路器,主要适用于大电流等级塑壳断路器回路,且需实现比较完善的远程监控管理功能。这种方案成本相对最高,但能够实现完整的“遥测、遥信、遥调、遥控”功能,并且,当断路器出现跳闸时,能即时获得跳闸原因及当时的跳闸数据。

(2)使用不带通信接口的普通断路器,搭配一个具备I/O端口的网络电力仪表。使用网络仪表的输入端口来采集断路器的合分闸状态,并利用输出端口来控制断路器。这种方案成本适中,能够实现“遥测、遥信、遥控”功能,不能进行断路器整定参数的遥调,也无法获得断路器跳闸发生的原因及跳闸数据。

(3)使用不带通信接口的普通断路器,搭配一个远程I/O模块。这种方案成本最低,I/O模块具备很高的灵活性,点数可以自由组合,在实现的功能上,也可实现“遥测、遥信、遥控”功能,同样不能进行断路器整定参数的遥调,也无法获得断路器跳闸发生的原因及跳闸数据。

3.2.3 电动机回路

采用智能型电动机保护控制单元/智能型控制实现电动机的各种保护功能、测量功能、操作功能和事件记录功能等。配置通信接口功能可实现电动机回路的远程运行监控管理功能,主要适合于传统电动机回路(塑壳断路器/熔断器+接触器+保护装置)设计方案。

随着设计技术和制造技术的飞速发展,CPS(控制与保护开关电器)的运用也越来越多。CPS在单一结构形式的产品上实现集成化的、内部协调配合的控制与保护功能,能够替代断路器(熔断器)、接触器、过载(或过流、断相)保护继电器、起动器、隔离器等多种传统的分离元器件。

3.2.4 电容器补偿回路

电容器补偿回路采用智能型自动无功补偿装置实现电容器的自动投切、电参量(功率因数、电流等)的测量和现场总线通信,同样应具备通信接口。

3.3 通信协议及总线分析

现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串行、多结点的数字通信技术。目前,无论是国际的IEC标准,还是国内的GB标准,都存在多种总线技术共存的情况。

3.3.1 Modbus RTU通信协议

Modbus RTU是目前配电监控系统中得到广泛运用的通信规约。其特点是协议简单,硬件成本低,并且接线距离长(在典型的19 200 bit/s通信速率下使用A类屏蔽双绞线可以达到1 200 m接线距离,并且可以通过加装中继器来延长)。Modbus RTU可在一条总线上最多连接32台设备(不使用中继器的情况下)。

Modbus RTU的缺点在于通信速率低,一般为19 200 bit/s或9 600 bit/s,在总线连接设备数量较多的情况下,总线轮询的时间会变长。但对于一般的配电监控系统来说,Modbus RTU的通信速率足以应对,比如,当配电室的断路器发生跳闸时,Modbus RTU也完全能够在短短3~4s之内(按常规的总线轮询时间计算)将故障信息通知给值班人员。

有些用户现场的主干通信网络采用Profibus-DP或者Device Net等现场总线构建,而一般的断路器产品大多采用Modbus RTU通信规约,这种情况下,可以使用总线通信适配器,实现Modbus RTU到ProfibusDP或者Modbus RTU到Device Net的总线转换。

3.3.2 Modbus TCP通信协议

Modbus TCP的Modbus协议在TCP/IP上的实现。运用标准的Modbus TCP网关产品,可以让传统的Modbus RTU串口设备方便快捷地连接到以太网上,并且可以在以太网上实现该串口设备的数据共享(可以实现多台监控主机同时对底层设备进行数据互通)。而且,由于Modbus TCP和Modbus的一致性,用户只需对原有的监控软件稍作改动,就可以实现Modbus RTU到Modbus TCP的转变。

3.3.3 Profibus-DP现场总线

Profibus-DP是德国西门子公司主推的现场总线,特点在于通信速率高,通常情况下波特率可达1.5 Mbit/s,最高波特率可达12 Mbit/s。但随着通信速率的提高,通信距离有比较大的减少,在12 Mbit/s波特率下,通信距离只有100 m。Profibus-DP可同时连接127台设备[2]。

由于Profibus-DP并不是完全开放的现场总线,在生产的产品中需使用特定的协议芯片,造成了成本相对较高,并且组建相应系统的硬件成本较高。

Profibus-DP的优势在于一些需要实时控制、自动化程度高的场合,如一些化工厂的电机控制中心,需要设备的运用与产品生产流程紧密结合,设备数量多,并达到实时控制。在这种运用场合,推荐选用Profibus-DP接口的电动机保护器等产品,以实现更高的通信速度来满足控制的要求。

3.3.4 Device Net现场总线

Device Net是由Allen-Bradley公司(Rockwell自动化)开发的一种基于CAN协议的开放的现场总线标准。Device Net也是一种高性能的协议,其特点与Profibus-DP类似,同样具有性能高、成本也相对高的特点。Device Net目前在配电监控系统中运用相对较少,这和Device Net在国内推广力度不够有一定关系。

4 配电监控系统的组网设计

现在的配电监控系统经过多年的发展,伴随着信息化社会高速发展的趋势,已经从以往单一的封闭式系统,向现在的多元化开发式系统进化。系统趋向于柔性设计,既可以构建小型低成本系统满足中小企业对价格的苛刻要求,也同时可以兼顾大型网络化系统满足大型企业的高端需求[3]。

4.1 直接使用屏蔽双绞线进行连接的方案

这种方案直接使用RS-485总线,通过在监控主机上安装RS-232/RS-485转换器或者RS-485串口扩展卡,通过带有屏蔽的通信线缆直接连接到现场的设备[4]。它适用于现场设备数量一般,并且距离监控主机距离适中的场合,实现的成本也相对较低。

由于Modbus RTU的RS-485总线在19 200 bit/s的通信速率下通信距离可达到1 200 m,因此在通信距离上足以满足一般的需求。值得注意的是,每条Modbus RTU的RS-485总线最多连接32台设备,但综合考虑到总线的轮询速度及线缆可靠性,一般建议最多连接20台的设备,这样的话,可以保证每一台设备的数据刷新速度(按每台设备每次数据交换时间小于100 ms计算,这样20台设备全部刷新一次数据的时间小于20×100=2 s)。根据这样的配置情况,此种方案的总线数量会随着现场设备的增加而增加,在选择通信线时可根据实际需要增加屏蔽通信线的芯数,如使用8芯屏蔽通信线,则可以作为4条独立的RS-485总线使用。屏蔽通信线的技术指标如表1所示。直接使用屏蔽双绞线进行连接的方案如图1中a)、b)所示。

使用屏蔽双绞线直接进行连接的方案中,需要的硬件设备较少,这也是成本较低的一个因素。在这种方案中,只需在监控主机上安装相应的RS-232/RS-485转换器或者RS-485串口扩展卡,而目前市场上的一块PCI界面的RS-485串口扩展卡可提供2~8个串口,并且可以在电脑上同时安装多块PCI的RS-485串口扩展卡来进行扩充,因此,系统也具备相当的可扩充性。以3块8口RS-485串口扩展卡为例,最多可连接3×8×32=768台设备。

4.2 使用Modbus TCP网关进行连接的方案

使用Modbus TCP网关的方案实际上是4.1中直接串口连接方案的扩充。Modbus TCP网关的作用就是将Modbus RTU的串口通信转换到以太网上,利用TCP报文帧进行了封装,但Modbus规约的核心数据帧没有任何变化。可以说,Modbus TCP网关相对监控主机来说是透明的,对于监控主机来说,收发数据的方式仍然和直接串口连接到设备一样。

以太网的优点在于其组网的灵活性,而且在技术上相对成熟。以太网可以通过双绞线、光纤、无线wifi等多种形式实现,以应对现场不同的场合。以太网的连接速率高,现在通用的以太网一般为100 Mbit/s,甚至1 000 Mbit/s,而一般的Modbus RTU设备仅仅19.2 kbit/s,以太网在带宽上完全可以满足配电监控系统的需求。使用Modbus TCP网关进行连接的方案如图2所示。

Modbus TCP网关另外一大特点是可以支持多客户端,也就是说,可以同时让多台监控主机进行连接,同时进行底层设备的数据访问工作,如图3所示。这种功能适合于两个或多个对底层设备具有同级权限的监控主机。需要注意的是,这种功能建立在Modbus TCP网关内部的队列访问机制上,而底层的Modbus RTU总线是不支持并发访问的,因此,在连接多个客户端同时进行数据访问的情况,数据响应的时间会有相应的延长。

在使用Modbus TCP网关的方案中,应使用独立的交换机及以太网线路,以免受到其它以太网设备的干扰。出于安全性的考虑,一般情况下,方案中的以太网线路不直接连接至外网,如果特定需要外网的连接时,应配备必要的防火墙。

Modbus TCP网关一般带有1~2个RS-485口,有些厂商还可以提供最大8~16口的产品,每个RS-485口可以最多连接32台Modbus RTU设备,可以根据现场的需要进行灵活配置。

4.3 前置机监控系统方案

在目前的工程运用中很可能会遇到一些规模很大的工程项目,系统的点数比较多,设备数量很多,并且比较分散,设备的类型也很多样化,有可能会同时出现多种不同的通信规约。在这种情况下,如果直接将所有的设备通过总线的形式汇总到总值班室的主机,这样的集中采集会有以下几点问题:

(1)连接的设备过多会加大主机的CPU负荷。主机通过通信总线直接对底层的设备进行数据通信,如果设备数量很多的情况,会直接影响到主机的运行速率。

(2)通信总线距离过长,不利于系统长期运行的可靠性。一般的现场总线需要单独铺设线路,而这部分线路如果太多,距离太长的话,不利于今后线路的维护和检修工作。

(3)扩充节点容易受限制。有的用户希望系统能随着企业的发展而不断进行扩展,系统能方便灵活地增加新的节点,增加新的组成部分。如果采用通信总线集中的方式,是否能够扩充和总线的排布使用情况有密切的联系,并且会受到现场多方面的限制。

因此,在类似这些系统中,需要使用前置机等设备,将现场总线转化成标准的以太网,借助以太网的高带宽来进行系统的组建,这样系统的组成也更加趋向模块化设计,方便进行组网及扩充。使用前置机监控的系统方案如图4所示。

4.4 其它新型的组网形式

在网络的设计上,除了传统的RS-485双绞线、光纤等,还能通过GPRS等无线网络手段进行数据传输。

目前有很多用户都想尝试使用配电监控系统,对原有的配电工程进行改造,加入远程监控的功能。这样的话,需要重新配置底层配电源元件,并且需要进行通信网络的设计和施工。但由于环境的限制,很多现场并不具备排放通信电缆的条件。在保证通信可靠性的基础上,引入无线通信手段也是配电监控系统发展的趋势[5]。

现有的GFSK调制方式的R S-485到无线数传产品,能够透明有效地把RS-485串口信号双向无线传输2 000 m,并且使用ISM频段,无需进行申请。

随着GPRS上网的普及,RS-485到GPRS转换器的运用也在逐步增加,这些产品提供标准的RS-485通信接口,还提供双向透明数据传输通道,让用户不用知道复杂的GPRS通信原理和TCP/IP协议情况下,不用更改原有程序,就可以让工业RS-485串口设备的串口通信立即转换为GSM/GPRS无线网络通信。现在很多国内系统厂商都提出了GPRS无线组网的方案,如图5所示。

配电监控系统今后的发展趋势,会融入越来越多的现代的电子技术、网络通信技术,但不管增加多少先进技术,其出发点都是为了满足用户的实际需求,为用户创造价值,这是配电监控系统的目标。

参考文献

[1]陈德桂.监控与提高电力质量的新型智能化电器[J].电工技术,2002(5).

[2]陈绍魁.网络技术对电器产品发展的影响[C]//第四届全国智能化电器及应用研讨会论文汇编,2000.

[3]陈堂,赵祖康,陈星莺,等.配电系统及其自动化技术[M].北京:中国电力出版社,2007.

[4]熊四昌,陆青峰,王忠飞.基于Modbus通信协议的低压交流配电柜智能监控系统[J].电子工程师,2003,29(4).

浅谈低压配电系统的选择 第9篇

常用的低压配电系统主要由变电配电所（通常是将电网的输电电压降为配电电压）、高压配电线路（即1千伏以上电压）、配电变压器、低压配电线路（1千伏以下电压）以及相应的控制保护设备组成。

我国低压配电系统常见的有IT、TT、TN-C、TN-S、TN-C-S几类系统。当电气设备因绝缘损坏而发生漏电或击穿时，平时不带电的金属外壳及与之相连接的其他金属部分便带有电压。人体触及这些意外的带电部分时，就可能发生触电事故。减少或避免这类触电事故的技术措施有保护接地、保护接零、装设漏电保护器等。

下面从理论和实践角度对各类系统的优劣进行逐一讨论：

1 IT系统

IT系统的电源端不做系统接地（中性点不接地），我们从电气设备不接地和接地两种情况进行讨论。

系统正常运行时，三个相电压是对称的，三个相的对地电容电流也是对称的，其相量和为零，所以中性点没有电流流过，各相对地电压就是其相电压。当系统发生单相接地时，非接地两相对地电压均升高倍，但加在电气设备上的线电压不变，因此设备还可以保持运行一段时间。所以发生第一次接地故障时不需切断电源而使供电中断。但一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。这种较大的接地电容电流会在接地点引起电弧，形成间歇性电弧过电压，威胁电力系统的安全运行。我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，单相接地运行时间不应超过2小时。在我国规定矿井下、钢铁厂以及医院手术室等场所采用IT系统。但对于电气设备不接地的情况，若线路绝缘电阻低，线路对地电容较大时，设备外壳不带电，触及外壳的人并无危险。当设备的绝缘被击穿，其外壳带有电压时，这时若有人触及外壳，将有电流经人体和电网对地绝缘阻抗形成回路。流过人体的电流将会超过安全值，这对触及者是相当危险的。我们可设定设备相电压为U，人体电阻为Rb，电网每相导线对地绝缘阻抗为Z，则人体所承受的电压为：，在中性点不接地的380/220V电网中，由于电网对地电容较小，且电网电压较低，可以忽略电网对地电容的影响，于是流过人体的电流为：，在线路绝缘良好的情况下（R叟0.5MΩ），若取人体电阻为1700欧，则流过人体的电流为：，人体承受的电压约为2.23mv，这样流过人体的电流远小于安全电流30mA，可见在线路绝缘良好的情况下，是不会有触电危险的。如果电网绝缘不良，设绝缘电阻降至5000Ω，此时，流过人体的电流：

加于人体的电压为：Ub=IbRb=0.065×1700=111V，这样高的电压对触电者而言是相当危险的。

而对于设备有接地的情况，在发生第一次接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通路，其故障电流仅为两非故障相对地电容电流的相量和，其值甚小，因此在保护接地的接地电阻上产生的对地故障电压很低，人体与接地极并联，由于人体电阻（大约1700欧左右）比接地电阻（一般4欧左右）大得多，所以流过人体的电流会非常小，接触电压只有几伏，不会有触电危险。由此可见，在IT系统中采用保护接地是很有效的保安技术措施。

2 TT系统

TT系统的电气装置的保护接地各有其自己的接地极。正常时装置内的外露导电部分为地电位，电源侧和各装置出现的故障电压不互窜。但发生接地故障时因故障回路内包含两个接地电阻R0和Re，故障回路阻抗较大，故障电流较小，一般不能用过电流防护兼作接地故障防护。假设中性点接地电阻R0和设备接地电阻Re都为4Ω，人体电阻Rb为1700Ω，在380/220电网中，故障电流和加于人体的电压分别为：。

流过人体的电流为：。此电流仍然大于安全电流。且故障电流只有27.5A，在大多数情况下，是不足以使电路中的过流保护装置动作的，设备外壳将长期带电，这对人是很危险的。因此为防人身电击事故必须装用RCD来快速切断电源。近年来，随着高灵敏度漏电保护器的推广应用，大大放宽了对接地电阻值的要求，如漏电保护器的动作电流为30mA，一般取Re燮100Ω即可。保护接地作为保安措施已被广泛应用于中性点直接接地的三相四线制电网中。

TT系统的中性线除在电源的一点作系统接地外，为防杂散电流的产生不得在其他处再接地。这样在TT系统供电范围内的接地故障电压就不会像TN系统那样通过PE线的导通而传导蔓延，导致一处发生接地故障，多处发生电气事故，必须在各处设置等电位联结或采取其他措施来消除这种传导电压导致的事故。因此TT系统较适用于无等电位联结的户外场所，例如农场、施工场地、路灯、庭园灯、户外临时用电场所等。

3 TN-C系统

TN-C系统内的PEN线兼起PE线和N线的作用，可节省一根导线，比较经济。但从电气安全着眼，这个系统存在以下问题：

(1)如系统为一个单相回路，当PEN线中断时，设备金属外壳对地将带220V的故障电压，电击死亡的危险很大。

(2)如PEN线穿过剩余电流动作保护器RCD，因接地故障电流产生的磁场在RCD内互相抵消而使RCD拒动作，所以在TN-C系统内不能装用RCD防电击。

(3)进行电气维修时需用四极开关来隔断中性线上可能出现的故障电压的传导。因PEN线含有PE线而不允许被开关切断，所以TN-C系统内不能装用四极开关来保证维修人员的安全。

(4)TN-C系统中常接有大量的三相和单相负载，当单相负载过多时，使三相电路中的负载运行出现不平衡，PEN线因通过中性线电流产生电压降，从而使所接设备的金属外壳对地带电位，有时可达到10—40V。这个电压在正常情况下也存在，此电位可能在爆炸危险场所内打火引爆。

另外，由于PEN线通过电流，各点对地电位不同，它也不得用于信息技术系统，以免各信息技术设备地电位的不同而引起干扰。由于上述一些不安全因素，除维护管理水平较高的一般场所外，现时TN-C系统已很少采用。

4 TN-S系统

在整个TN-S系统内，PE线和N线被分为两根线。除非施工安装有误，除微量对地泄漏电流外，PE线平时不通过电流，也不带电位。它只在发生接地故障时通过故障电流，因此电气装置的外露导电部分对地平时几乎不带电位，比较安全，但它需在回路的全长多敷用一根导线。

TN-S系统适用于内部设有变电所的建筑物。因为在有变电所的建筑物内为TT系统分开设置在电位上互不影响的系统接地和保护接地是比较麻烦的。即使将变电所中性线的系统接地用绝缘导体引出另打单独的接地极，但它和与保护接地PE线连通的户外地下金属管道间的距离常难满足要求。而在此建筑物内如采用TN-C-S系统时，其前段PEN线上中性线电流产生的电压降将在建筑物内导致电位差而引起不良后果。

5 TN-C-S系统

TN-C-S系统自电源到另一建筑物用户电气装置之间节省了一根专用的PE线。这一段PEN线上的电压降使整个电气装置对地升高△UPEN的电压，但由于电气装置内设有总等电位联结，且在电源进线点后PE线即和N线即分开，而PE线并不产生电压降，整个电气装置对地电位都是△UPEN，在装置内并没有出现电位差，因此不会发生TN-C系统的种种电气不安全因素。在建筑物电气装置内，它的安全水平和TN-S系统是相仿的。

但就减少共模电压干扰而言TN-C-S系统内的中性线和PE线是在低压电源进线处才分开，不像TN-S系统在变电所出线处就分开，所以在低压用户建筑物内TN-C-S系统内中性线对PE线的电位差或共模电压小于TN-S系统。因此对信息技术设备的抗共模电压干扰而言TN-C-S优于TN-S系统。

综上所述可知，当建筑物以低压供电如果采用TN系统时宜采用TN-C-S系统而不宜采用TN-S系统。一些发达国家就是这样做的。

不同接地系统各有长短，我国国家标准接地规范不区分具体情况，规定：“在中性点直接接地的低压电力网中，电力设备的外壳宜采用低压接零保护，即接零”是值得商酌的。

另外，在接地的低压三相四线制电网中，一般不允许采取由一台变压器供电的配电网中部分设备接零、部分设备仅仅接地的运行方式，即一般不允许同时采用TN系统和TT系统的混合运行方式。在这种情况下，当接地的设备漏电时，故障电流仅仅为大约27.5A，而且设备和保护零线都带有约为110V的危险电压。因此，这种混合运行方式一般是不允许的。如果将接地设备的外露金属部分再同保护零线连接起来，构成TN系统，其接地成为重复接地，这对安全是有益无害的。TN系统中，中性线上除工作接地外其他点的再次接地称为重复接地。按照国际电工委员会的提法，重复接地是为了保护导体在故障时尽量接近大地电位的其他附加点的接地。重复接地是提高TN系统安全性能的重要措施。但要注意在保护零线断开时，采取了重复接地的措施后，一般只能减轻零线断开时触电的危险，而不能完全消除触电的危险。一个配电系统可多处重复接地，并尽量均匀分布，以等化各点电位。

参考文献

[1]陈晓平.电气安全[M].高职高专智能建筑规划教材,机械工业出版社.

[2]劳动和社会保障部教材办公室编.安全用电[M].全国中等职业技术电工类专业通用教材.

低压配电智能化监控系统分析 第10篇

关键词：低压配电；智能化；监控系统

电能在社会发展中属于不可缺少的能源，我国在电能供应方面，明显体现供应量不足的缺陷，所以加强对配电的控制，尤其是在低压配电上，利用监控系统，监控低压配电的实际运行，促进电能的持续发展，更显尤为必要。

1.分析现有低压配电监控系统

因为低压配电系统本身的运行环境和特点，促使其在监控方面，呈现多样化的表现形式，所以对目前监控系统的运行进行实际分析，如下：

1.1断路器的智能监控

借助断路器实现的智能监控，属于集成监控类型，可以大幅度提高监控周期，实现低压配电的科学保护[1]。在断路器发挥智能监控作用时，断路器可以真实显示被监控设备的参数，如：功率参数、故障数据等，将有效信息通过智能判断，传输到监控系统，实现远程监控。此监控方式需要投入大量的成本，不利于资源节约，而且监控系统在分布上并不完整，基本呈现分散性状态。

1.2断路器与智能仪监控

智能仪用于数据采样，记录相关的数据事件，同时发挥传输、接收两项功能。传输记录信息到低压配电的通信系统，完善数据库分析，提高数据解析的及时性；接收操作命令，作用于断路器，同样断路器和智能仪发挥类似功能，以传输、接收的方式与智能仪连接，在断路器接收控制命令时，即可执行监控命令，待监控完成后，再次将监控信息传输到智能仪。此监控方式以断路器和智能仪为主要系统设备，既可以实现整体监控，也可以实现分体部分监控，缺陷是数据采集的重复次数较多，容易造成设备疲劳，导致分析结果缺陷。

1.3断路器与PLC监控

PLC通过I/O部分，吸纳低压配电的各项数据，如：状态数据、电量等，再经PLC传输到低压配电的监控系统，监控系统接收并分析，对断路器实行命令控制。此监控方式灵活性较强，同时可以防止外界电磁的冲击干扰，但是线路连接较为复杂，数据采集规模大，不易于操作，容易引发监控故障。

2.低压配电智能化监控系统的模式分析

在低压配电运行的要求下，为实现智能化的监控操作，深入研究监控系统的运行模式，提高对低压配电的监控能力。

2.1监控模块的有效设计

对监控系统实行模块设计，分析低压配电中监控系统的实质，体现智能化的监控水平。

2.1.1 二次变换模块的设计

二次变换系统，主要是实现信号转换，促使低压配电传递的信息，通过变换的方式，转化为可被计算机系统识别的信号，方便信息的继续传递[2]。二次变换可以提高监控信息的精确性，有效的将电流、电压控制在误差允许的范围内，即使在低压配电发生短路的状态下，也可以避免电流饱和，维持波形正常的表现形式，防止短路对监控系统的影响。

2.1.2 信息收集模块的设计

信息收集，必须遵循同步原则，可以将32路系统作为收集模块，采集低压配电系统的信息样本，模拟真实的系统信息，然后将信息传输到过滤和采集设备中，设置固定的比例，按照相同的比例方式，逐渐衰减，成功实现信息传输的缓存，完成数据的监控采集。

2.1.3 信息决策模块的设计

决策模块的设计，具有较高的运算能力，提高信息处理与转换的能力，借助总线技术，提高信息决策设计的水平，规范信息数目。在模块设计时最主要的是将不同功能的总线分隔，便于监控达到同时的状态，一旦低压配电系统发生故障，通过智能监控，可以快速调取故障前后的具体数据，待高效分析后，实现在线修复。

2.1.4 人机对接模块的设计

人机对接是实现不同系统的连接，保障低压配电与监控模块处于同步状态，促使监控系统可以在低压配电模块中，发挥监督、控制的能力。工作人员通过人机界面，观察整体的低压配电系统，还可间接控制设备状态，保障配电设备运行的高效性，最终经过人机界面，判断低压配电系统的运行状态，在监控系统的作用下，保障系统处于优化状态。

2.2规划监控系统中的技术性能

分析监控系统中的技术应用，保障其在低压配电模块中的适应性，规划实际的技术应用。

2.2.1 同步技术

为保障监控系统与低压配电保持同步状态，将同步技术应用在监控系统内，实现不同时间段相同信息的同步监控，以此获取同步的功率参数[3]。同步技术在母线回路上的应用较为明显，既可以避免信息的重复采集，也可以降低同类信息的时间差。

2.2.2 计算技术

智能监控中，对计算技术要求较高，由此才可保障低压配电监控数据计算的准确性。通过计算技术，提高监控系统的计算效率，提示提高系统微处理的能力，目前，我国低压配电监控系统内，可以实现基本监控分量的计算，支监控信息的高速运算。

2.2.3 通信技术

通信技术支持监控系统的信息流通，提高监控信息流动的灵敏性，此通信技术可以满足监控系统对信息流通的多项需求，着实提升通信效率，保障低压配电智能监控系统的通信稳定。

2.2.4 操作技术

操作技术主要支持监控系统的界面操作，将低压配电的监控信息，以图文的形式，反应到人机界面上，可以实时调取低压配电故障的发生过程。工作人员掌握操作技术后，才可控制监控系统，提高操作水平，及时反馈低压配电中的信息。

3.低压配电智能化监控系统的设计意义

低压配电智能监控系统，可以在很大程度上保护电网系统的运行，监控电能输送的质量，控制低压配电的整体环节，提高监控系统的设计能力，对低压配电的智能化发展，具有实质的意义[4]。第一，提升系统运行的独立性，避免监控系统过度依赖于网络系统，可以在独立技术的支持下，实现单独运行，体现低压配电监控的独特性质；第二，提高系统的运行标准，在监控系统的设计下，将低压配电监控作为主要的研究对象，尽量避免监控系统中不到位的模块设计，将各项技术与系统做实际结合，提高监控水平，达到统一标准。因此，必须加强对监控系统的应用，由此才可保障低压配电的科学运行。

4.结束语：

监控系统在低压配电结构中的应用，可以有效约束低压配电的运行，加上对总线技术的利用，提高低压配电的监控能力，不仅可以提高低压配电的运行效果，还可体现智能化配电特性，很大程度上避免电能浪费，确保低压电能的合理配置，优化监控系统的整体效果。

5.参考文献：

[1] 孙伟.配电自动化系统与低压配电监控系统[J].民营科技，2012，（07）：89-91

低压配电系统及其电涌保护设计 第11篇

关键词：低压配电系统,工程设计,电涌保护器

1低压配电系统用电设计

根据负荷种类的不同, 低压配电系统设计可分为:一般动力与照明系统设计、工艺系统设计。天然气场站项目中工艺配套的一般电力、电子设备, 往往容易受到周围供配电装置、电力线路、磁场等的干扰, 因此对安装环境 (一般要单独设置) 及电源质量要求较高。在一般电力与照明系统设计时可参照相关民用建筑标准与规范进行设计。工程中常见的低压配电系统接地方式主要有:IT、TT、TN (TN-C-S、TN-C、TN-S) , IT接地方式一般采用中性点与地绝缘方式, 也可采用高阻抗接地方式;TT是指将金属设备的金属外壳直接接地;TN是指电气设备的金属外壳与工作零线相接。要保证设备正常运行及人员安全, 设计人员应在设计文件中指出防触电方法--保护接零, 即:中性点接地的低压网络里, 把电气设备外露导电部分与零线连接到一起;保护接地, 电气设备导电部分在发生故障时容易带电, 为降低其电压对人体带来的危害, 把外露导电部分利用接地装置和大地进行安全的连接;重复接地, 把PE线或者零线多次和大地进行连接, 重复接地可以保护PE线或者零线。电气设备运用保护接零还是保护接地取决于配电系统电网性质、中性点是否接地。

2电涌保护器种类

电涌保护器是整个天然气配电工程的重要组成部分, 具要举足轻重的作用。天然气工程常用的电涌保护器有电压开关型、电压限压型、电压限压开关组合型等三种类型。开关型保护器—也就是我们常说的SPD, 它在电涌尚未产生时, 会表现出高阻抗值。限压型电涌保护器在电涌未产生时, 也常呈现高电阻抗值, 如通过此类保护器的电压和电流不断增大, 它会凭借其低阻抗状态而导通, 在配电系统的过压保护系统中, 这种电涌保护器会持续不断的彻底无残留的释放雷电。电压限压开关组合型是结合以上两种电涌保护器的特点而组成的, 这种保护器经常会安装在配电工程入口处, 起到有效释放雷电的作用。

3保护系统设计及电涌保护器的设计安装

电涌保护器系统在设计和安装时应主要考虑两方面问题即:电网系统连接方式及电涌保护器连接位置。天然气工程建筑分项中, 电涌保护器安装位置设定应参照工程整体结构和工程内部情况。电涌保护系统设计过程中, 必须参照相关规范, 确定工程电涌的防护等级, 各防护等级都应根据工程实际, 通过计算确定以下指标:a、工程等效受雷面积, b、防的雷等级, c、年平均雷暴日, d、年预计总雷击数。国家相关低压配电设计规范中规定电涌保护等级一般分为三级, 例如:天然气场站配电间等防护等级为三级, 高低压变配电工程的防护等级为二级, 而最高防护等级是一级。电涌保护等级确定完毕后, 还要选择保护器的安装位置和保护模式。在天然气工程入口位置, 电压开关是最常见的电涌保护器, 全保护膜是最常见的界限模式。保护器位置必须按电涌防护等级 (2.5KV以内) 确定, 配电中心母线进线位置必须与SPD等级相匹配。如果在直列系统与控制系统的电源侧布置SPD, 电源保护值宜定为1.5KV。工程其它位置均选择限制型电涌保护器, 每条支路必须安装熔断器来保护电路。设计安装电涌保护器时, 一定要先考虑保护器连接方式及外装置, 电容保护器经常安装在配电系统总进线位置, 如果用3P方式接线, 通常将其装在PE线和L线中间;如果用4P方式接线, 通常将其装在PE线和N线、PE线和L线中间, 即RCO的负荷侧;如果用3+NPE方式接线, 常常把保护器连接在PE线和N线、L线和N线中间, 即RCO的电源侧。对工程建筑来说, 电涌保护器和防雷设备间的协调配合体系要在工程防雷电位连接处, 把电涌保护器装在低压配电系统可以有效减弱雷电对工程的危害及保护工程内部电涌。工程入口处装设开关型的电涌保护器能够大大减弱雷电危害, 工程内部电路装设限压型保护器, 能够保护入口处保护器, 以及防止后级电路受到损坏。电涌保护器保护作用是凭借其自身安全性和可靠性, 对设备及电器实行保护。与此同时, 如果电涌保护器遇到危险或故障, 它会自动断开线路连接, 保护工程线路及电气设备。

4低压配电系统节能设计

低压配电系统的节能设计是在满足用户电力需求前提下, 最大限度降低电能的消耗, 电节能不仅包括有形的节能, 还包括无形的节能, 而不是我们日常所见的用电表计量的电能消耗数值, 有形节能方法通常是在施工维护阶段合理节约电力设施配件、电缆等相关物资消耗, 机械设备更新换代、加强系统维护保养、减少人力消耗、提升系统运行效率、降低资金不合理占用。无形节能方法主要是在可行性研究、方案及设计阶段对系统进行逐级优化, 降低配电系统自身能耗及机械、自控等系统能耗, 尤其是工艺系统所配套的电力、自控、动力、润滑系统设计方案优化效果更加明显。在天然气开采、储运、及加工等环节的可研、设计、施工和运行过程中, 无论是在有形节能还是在无形节能方面, 都应积极采取措施, 努力把能源消耗降至最低。为实现低压配电系统的节能, 必须在整个项目周期内统筹考虑。

5 结语

工程防雷设备和低压配电系统设计离不开电涌保护器, 它不仅保护工程项目的稳定运行, 而且对供配电系统安全具有重要作用。近二十年来, 随着工程智能化程度的不断发展, 计算机及网络技术在智能工程管理与控制中广泛应用, 同时雷电对计算机网络技术极具威胁, 在系统中安装电涌保护器是有效保护工程稳定和安全的关键所在。

参考文献

[1]尹强.地铁低压配电系统设计优化探讨[J].科技资讯, 2014 (23) .

[2]周帅.低压配电系统电气故障分析与研究[J].电子制作, 2014 (12) .