1 前言
短路故障是引发电气火灾的主要原因之一。据２０１１年《中国消防年鉴》统计，２０１０年我国共发生电气火灾４０４８１起，其中因短路引发的电气火灾占电气火灾总数３９．４％[１].我国建筑配电系统主要采用ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统，该系统在发生单相接地短路故障时，因故障电流大而引发火灾。而ＩＴ系统发生单相接地短路故障时，由于故障电流较小，不会破坏电源电压的平衡，所以比ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统相对安全。由于ＩＴ系统在安全方面优于ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统，因此发达国家的居民建筑基本上都采用ＩＴ系统。我国的一些高端小区也开始使用此系统。
目前，国内对ＩＴ系统短路故障的研究大多停留在理论分析阶段，还未进行仿真验证。理论研究表明，ＩＴ系统发生单相接地故障时，故障相相电压为变为０，故障相接地点的对地故障电流则为正常运行时的３倍，两相接地故障电流和两相相间短路电流均约为三相短路电流的倍，而三相短路电流与系统的阻抗和有关[２]。
本文利用Ｍａｔｌａｂ软件中的ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块，建立仿真模型，研究了ＩＴ系统输电线路的四种短路故障：单相接地、两相接地、两相相间短路和三相短路。并与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统进行了对比。结果发现：从电流和电压的变化量来讲，ＩＴ系统比ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统更具优势。
2 ＩＴ系统及特点
ＩＴ系统俗称三相三线制系统，主要由降压变电所、低压配电线路和用电设备组成，其原理图如图１所示。
ＩＴ系统的电源中性点不接地或经约１０００Ω阻抗接地，其中所有设备的外露可导电部分也都各自经ＰＥ线单独接地。此系统中各设备之间也不会发生多次干扰，且ＩＴ系统在发生接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通路，其故障电流仅为非故障相的对地电容电流，其值甚小，因此对地故障电压很低，不致引发事故。
3 仿真模型的建立
以Matlab/Simulink软件为分析工具，根据图1建立如图2所示的仿真图。仿真元件如表1所示。
由于单相异步电机是刚性系统，所以系统选用ｏｄｅ２３ｔｂ算法，相对误差为ｌｅ－３[３－５]。
4 仿真结果分析
本文以图１中的①点为故障点，设置故障时间为０．０４ｓ~０．１ｓ.
4．１ 单相直接接地故障
以Ａ相接地为例，故障点前的电压电流仿真结果如图３中的（ａ）和（ｂ）所示。发生故障后，故障相相电压下降为０，非故障相相电压上升为线电压。故障相相电流约为故障前的３倍，三相用电设备及接线电压的单相设备仍能正常运行。设置Ａ相相角初值为６０°和１３０°时，故障点前的电压波形与初相角为０时相似，相电流仿真结果如图３中的（ｃ）和（ｄ）所示。由此可知，发生单相直接接地故障时，故障电流与故障相相角无关。
而ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统发生单相接地故障后，故障相相电流大小由系统自身的阻抗决定，最高可达到三相短路电流值。与ＩＴ系统相比较，ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统单相接地更能引发电气火灾。
4．２ 两相接地故障
图４为Ａ、Ｂ两相发生两相接地故障时故障点前的电压与电流波形，两故障相相电压趋于０，非故障相相电压上升，约为故障前的１．５倍。两故障相相电流迅速增加，约为故障前的５５０倍。此时，
低压断路器ＱＦ２能动作，各用电设备不会烧毁。此类故障与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统发生两相接地故障相似。
4．３ 两相相间短路故障
ＩＴ系统和ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统Ａ、Ｂ两相发生两相相间短路时，电压与电流变化相同，故障点前的电压与电流波形如图５所示。两故障相电压减小到故障前的一半，故障电流上升，约为故障前的５５０倍。非故障相电压与电流无变化。此时，故障相用电设备处于欠电压和欠电流状态下运行，若不及时排除故障，用电设备发热严重，最终被绝缘击穿，引发火灾。非故障相单相用电设备还能正常工作。
4．４ 三相短路故障
ＩＴ系统与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统发生三相短路故障时，电压电流变化情况相同，故障点前的电压与电流波形如图６所示。故障相相电压迅速下降趋于０，故障相相电流增大近６５０倍，由于三相短路，故障点后的电压电流均下降为０，各用电设备停止工作。
通过对ＩＴ系统与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统发生短路故障的仿真研究，得到了故障点前的电压和电流变化特征，其结果与理论分析值一致，其结果如表２所示。
5 结论
通过对上述仿真结果的分析，得到了以下结论：两种系统单相接地故障时，ＩＴ系统的故障电流为故障前的３倍，与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统相比较，ＩＴ系统发生单相接地故障时的故障电流明显小于ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统。由于电气火灾绝大多数是由单相接地故障引起的，因此与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统相比较，ＩＴ系统更适合作为建筑配电系统。
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只看楼主 我来说两句-
qq_1479266612278
沙发
好东西 感谢分享
2017-05-21 21:57:21
赞同0
-
a396673967
板凳
谢谢楼主分享！
2017-02-12 14:17:12
赞同0
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