发布于：2022-12-01 10:24:01
来自：电气工程 / 风力发电技术
[复制转发]
GB 51348 - 2019《民用建筑电气设计标准》实施后，不少地方根据第7.4.5条第2款对三相基本平衡的大截面积电动机主干回路提出中性导体与相导体截面积相等或在中性导体设置过电流保护。将电缆从3 + 2改为4 + 1或为3 + 2电缆增设中性线过电流保护都会不同程度地增加项目造价，部分业主及设计表示不理解及不太接受因此带来的造价增加。笔者将对比不同标准对中性导体过电流保护的要求，从短路保护及过负荷保护的角度分别进行分析。
GB 51348 - 2019第7.4.5条第2款要求：对TT或TN系统，在中性导体截面积小于相导体截面积的地方，中性导体上应装设过电流保护，该保护应使相导体断电但不必断开中性导体。除此条文外，GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》、GB / T 16895.5 - 2012《低压电气装置 第4 - 43部分：安全防护 过电流保护》及GB / T 16895.6 - 2014《低压电气装置 第5 - 52部分：电气设备的选择和安装 布线系统》均对该问题有相似的要求。各条文的对比和差异见表1。
GB / T 16895系列标准是IEC 60364系列标准的国内版本，也是国内规范标准编制时主要参考的对象。表1中几个标准相同的地方非常多，但细节上也有一定差异，例如对中性导体截面积的要求和中性导体“过电流”的描述：“过电流”（广义“过电流”）包括“短路”和“过负荷”（狭义“过电流”），GB 50054 - 2011第6.1.4条、GB / T 16895.5 - 2012第431.2.1条中的“过电流”与“短路”在同一条文正文同时出现，实际指的是“过负荷”；GB 50054第3.2.8条、GB / T 16895.6 - 2014第524.2.3条中没有单独出现“短路”，其“过电流”应理解为广义“过电流”；虽然GB 51348 - 2019第7.4.5条标准正文没有“短路”，但这条估计源自GB / T 16895.5 - 2012第431.2.1条，把其中一部分内容写在了条文正文，把剩下内容（其中一段含有“短路”）写成注，较难判断标准正文“过电流”的含义。下文将中性导体过电流保护分为短路保护及过负荷保护两部分进行分析。
短路是一种发生在导体之间的故障，GB 51348 - 2019、GB 50054 - 2011、GB / T 16895系列标准允许特殊情况下导体不设置短路保护，例如（部分）测量回路及发电机、变压器、整流器、蓄电池与配电控制屏之间的连接线、旋转电机励磁回路、超重电磁铁的供电回路、电流互感器的二次回路以及短路保护电器至回路导体载流量减小处长度不超过3 m的一段线路，前提是采取将该段线路的短路危险降至最小的措施，并且该段线路不应靠近可燃物。除特殊情况外，短路保护一般设置在首端，可见不考虑短路保护的导体范围、长度均受到限制，不具有普遍性，并需要采取一定措施。虽然GB 50217 - 2018《电力工程电缆设计标准》第3.6.8条提出对无电缆中间接头的单电源回路计算短路点宜取在电缆末端，但此要求与上述几个标准的思路不一致，大大增加了不考虑短路保护的导体长度，当短路发生在计算短路点前时短路保护热稳定要求无法保证，且该段线路也并没有要求采取一定措施减少短路危险，在民用建筑中应用存在安全隐患。除特殊情况并采取措施减少短路危险外，低压短路保护应考虑电缆任意一点位置发生的短路，特别是比三相短路出现概率更大的单相短路。
中性导体的最大短路电流发生点在电缆首端，国标图集19DX101 - 1《建筑电气常用数据》第16 - 18页的表格中1 000 kVA变压器配长10 m的1 600 A母线时母线末端最大单相短路电流为20.05 kA（三相短路电流为22.20 kA，差别不大）；当短路持续时间为0.2 s时（GB / T 14048.2 - 2020《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》要求断路器瞬时脱扣器在0.2 s内动作），国标图集19DX101 - 1表15.9在此条件下YJY电缆的中性导体截面积须在70 mm 2 及以上，这和绝大部分工程中的电缆选型是不一致的。
在低压配电柜处，特别是中性导体截面积较小时，需选用有厂家提供允许通过能量（I 2 t）值的塑壳断路器。
文献《低压配电设计解析》提
供了多个厂家产品利用断路器I 2 t参数进行电缆热稳定校验的数据和案例，结论是在60 kA短路电流情况下塑壳断路器（非选择型断路器）63 A时YJY电缆10 mm 2 满足热稳定，63 A以上常规设计电缆热稳定满足，但在工程实施时建议根据实际选型复核。除最大短路电流外，中性导体还需要考虑较小短路电流时的热稳定。图1中断路器曲线与电缆耐受能量曲线在小短路电流区域有交点，为满足电缆的热稳定，短路电流必须在两曲线交点的右侧。由于小电流区域的电缆耐受能量曲线较难获取，瞬动长延时转换处与电缆耐受能量曲线较接近也有可能相交，文献
《低压配电电气设计安装手册》
提出通过验证断路器在最小短路时瞬时脱扣来简化，设计时只要满足短路灵敏度及最大短路时热稳定即可。
当采用框架断路器时，短路短延时设置对电缆热稳定有很大影响。短延时的情况分为2种：一种是既有短延时又有瞬动，一种是只有短延时没有瞬动。图2改自文献
《工业与民用配电设计指南》图
C11.10，既有短延时又有瞬动的断路器限制能量曲线局部高于70 mm 2 导体耐受能量曲线，当短路短延时整定值减小至蓝线时70 mm 2 导体满足热稳定，当短路瞬动整定值减少至红线时70 mm 2 导体满足热稳定；只有短延时没有瞬动的断路器限制能量曲线（绿线）在36 kA时高于150 mm 2 导体耐受能量曲线，当短路短延时时间整定值减小到蓝线时150 mm 2 导体满足热稳定要求。
由于电缆中性导体截面积小于相导体截面积时其耐受能量曲线也明显降低，而变压器低压配电柜处单相短路电流与三相短路电流差别不大、绝对数值较大，建议采用有允通能量数据的塑壳断路器。当框架断路器因为选择性等原因取消短路瞬动保护仅有短延时保护时，电缆中性导体短路热稳定较难通过，需要特别注意。
过负荷不是导体故障，属于一种由负荷引起的运行异常情况。在GB / T 16895.5 - 2012中相导体及中性导体的过负荷保护条文均在431节“按照回路特征的要求”，属于一般情况；而433.3“过负荷保护电器的省略”中的内容是允许不设过负荷保护的特殊情况，对相导体及中性导体均有效。从规范条文执行的逻辑看，特殊情况的条文在判定时比一般情况的条文应具有更高的优先级，否则特殊情况的条文是没有意义的。
GB / T 16895.5 - 2012第433.3条允许灭火装置、安全设施（防盗警报器、瓦斯警报器等）的供电回路不装设过负荷保护；GB 51348 - 2019第7.6.3条及条文说明要求消防动力设备如消防水泵、防排烟风机、消防电梯不应设置过负荷保护。由于消防电动机配电回路不应设过负荷保护属于“特殊情况”，其配电回路包括相导体和中性导体，所以消防电动机配电回路中性导体与相导体一样，无论导体截面积如何均不应设过负荷保护。
无论中性导体是否设置过负荷保护，根据GB 51348 - 2019第7.4.2条、7.4.3条、7.4.4条以及GB 50054 - 2011第3.2.2条，导体（包括相导体和中性导体）的载流量按敷设方式、环境条件、谐波电流情况修正后不应小于预期负荷的最大计算电流，中性导体也应满足。GB 51348 - 2019第7.6.7条第5款提到的“谐波含量致使在中性导体中的电流预期超过导体载流量时”的情况，在满足上述要求的前提下这个“预期”是不存在的。从供电连续可靠角度，如果有预期电流大于导体载流量时需要依靠过负荷保护切断，那该回路在出现上述预期电流时就会断电，即使三级负荷也是难以接受的。过负荷保护是出现实际电流大于“预期”电流这种运行异常情况下的一种补救措施。用电设备谐波、安装功率及同时使用情况等因素会影响电流计算，设计时根据提资、手册、经验进行取值，但上述因素变化在整个配电系统的生命周期内是很难避免的，取值和计算也难免会出现偏差导致出现实际超出“预期”的情况，这个情况在导体不设置过负荷保护时会更容易出现问题。
GB 50054 - 2011及GB / T 16895系列标准提到已有短路保护的不（太）可能过负荷的导体可不装设过负荷保护，这也是一种“特殊情况”。“不（太）可能过负荷”是一个比较模糊的概念：GB 50054 - 2011第6.3.5条的条文说明为“指不论负荷多大，由于受电源本身阻抗限制不可能使线路过负荷”；GB 51348 - 2019规避了这个概念；GB / T 16895系列标准没有展开解释；而BS 7671 - 2018《Requirements for Electrical Installations — IET Wiring Regulations》（Eighteenth Edition）第433.3.1条在IEC 60364系列标准基础上修改为“因负荷及电源特性不太可能过负荷”。部分实际场景中单相负荷运行电流小（例如仅有电机控制二次回路、小设备房照明回路等），回路中设备变化是受控的，即使单相负荷为2.2 kW、需用系数取1，而进线回路中性导体截面积小于相导体时至少为16 mm 2 ，中性导体电流也不到载流量的20 %，没有过负荷的可能。因过负荷是由用电设备引起的，GB 51348 - 2019、GB 50054 - 2011及GB / T 16895系列标准均允许在满足短路保护前提下过负荷保护电器可沿着该布线的路线任意处装设，单相回路的相导体和中性导体过负荷保护是在回路始端同时实现的，也可认为中性导体过负荷保护从进线始端移至单相回路始端。GB 50054 - 20XX报批稿第5.3.5条第3点明确：当中性导体的截面积小于相导体截面积时，如果通过中性导体的最大工作电流明显小于其载流量，且相导体的短路保护装置能保护中性导体，则中性导体不必装设过电流检测装置。上述条文对非消防电动机配电回路是比较适用的，“最大工作电流明显小于其载流量”，即载流量余量很大，也是“不（太）可能过负荷”的一个原因，只是何谓“明显”没有一个明确的量化指标。
中性导体的载流量应能满足最大工作电流，消防电动机配电回路中性导体不应设过负荷保护。非消防电动机配电回路的中性导体截面积小于相导体截面积且不设置过负荷保护时需要有一定的载流量余量，但规范层面暂无量化指标。中性导体在满足短路保护时，其过负荷保护不一定在首端设置，可适当后移。
中性导体的过电流保护分为短路保护及过负荷保护。民用建筑配电回路的中性导体短路保护一般情况均应设置，特殊情况不设置时需要采取措施减少短路危险。变压器低压配电柜处建议采用有允通能量数据的塑壳断路器并满足相中灵敏度，当框架断路器取消短路瞬动保护仅有短延时保护时需特别注意。中性导体的载流量应能满足最大工作电流，含照明插座回路即使中性导体与相导体等截面积但谐波电流“预期”不足时不设置过负荷保护问题是很严重的，可见只谈截面积而不考虑“预期”偏差的余量是没有意义的，两者须综合考虑。消防电动机配电回路中性导体即使截面积小于相导体时也不应设过负荷保护；非消防电动机回路中性导体的不平衡电流和3次及3的奇数倍次谐波是有限的，如认为计算电流为1 / 3载流量是“明显小于”、“预期”余量足够，则相导体不大于3 % 谐波电流及不平衡电流不大于10 % 时可认为“不（太）可能过负荷”而不设置过负荷保护。中性导体在满足短路保护时，其过负荷保护不一定在首端设置，可适当后移。从合资品牌的主流断路器产品及工程计算和应用看，50 % 中性导体过电流保护功能对需要进行过负荷保护的小截面积中性导体有实际意义，但并不能单独对小截面积的中性导体及保护导体短路保护带来实际帮助，需要与单独的接地故障保护配合才有意义。以电动机为主的配电回路采用常规断路器及减少截面积的中性导体（3 + 2电缆）已有多年的实践经验，满足之前包括GB 50054 - 2011及GB / T 16895系列标准所有规范的要求。中性导体的过负荷保护其实更适用于谐波及不平衡电流不好“预期”、“预期”余量不好评估、而放大中性导体截面积又不经济的以照明插座回路为主的回路。
遇到了一点小问题
内容不能包含下列词语
返回修改
回帖成功
经验值 +10
全部回复（0 ）
只看楼主 我来说两句抢沙发