低压配电系统电气故障分析

低压配电系统电气故障分析

摘要：很多年以前，建筑电气行业中一个普遍的问题就是对低压配电系统的电气故障进行讨论，采取措施对其进行保护。现如今，这个问题仍然没有得到应有的重视，这在工程设计中有一定的现实意义，因为这可能会引起电气火灾或者人身电击的事故。本文主要对低压配电系统的电气故障进行了分析，希望能够引起电气设计工作者的告诉重视，避免事故的发生。

关键词：低压配电；系统；电气故障 引言

在工业和民用建筑的工程中，低压配电系统是普遍存在的，并且由于低压配电系统的电气故障人身遭受的电击和电气火灾也是不在少数。低压配电接地系统是配电系统中很重要的组成部分，它能否正确的选用直接影响到整个系统的安全性和可靠性。由于目前建筑电气设计和施工中存在的接地形式混乱、接地做法欠合理、剩余电流保护器(RCD)接线错误等问题，电气事故时有发生。

低压配电系统概述

低压配电系统存在一个接地故障的问题，即相线对地或与地相关联的导电体之间由于短路所引发的电气故障。当低压配电系统及用电设备某处发生接地故障时，在故障存续的时间内与发生故障相关联的电气设备外露可导电部分都会出现故障电压。此电压可能会使人遭受电击，也可能因接地点所形成的电弧、电火花引燃附近的可燃物质从而引发火灾事故，甚至可能会引爆可燃气体引发爆炸事故。存在于低压配电系统中的接地故障问题是从事电气设计工作者需要解决的实际问题，即接地故障的保护问题。其实接地故障保护并不是新出现的问题，只是随着社会生产的发展人们对技术及安全的要求提高。

接地故障就是相线与地之间所发生的短路性故障。其形式可分为金属性短路和电弧性短路两种。前者故障点是以熔焊形式出现、特点是故障电流大。后者因故障点接触不良阻抗大，以电弧、电火花的形式出现，特点是故障电流小不易检测、同时也不易防范。

对于电弧性接地短路来说、因其故障点阻抗大故障电流小不易检测的特点，同时它还可能以时断时续的电弧方式出现不易被发现。故障电流小不易检测，以往的过电流兼接地保护装置保护动作灵敏度难以保证其动作。因故障存续的时间较长虽然故障电流小，但长时间的时断时续的电弧所产生的高温也能引燃可燃物质引发火灾事故。

低压配电系统的接地形式

（一）IT系统

电源端带电部分不接地或经高电阻、电抗或阻抗接地，而用电设备外露导电部分直接接地。IT系统供电的可靠性高、安全性好，适用对不间断供电要求高的某些场所，如重要的连续生产装置，尤其适合于矿井井下。近几年逐步应用于大医院手术室等重要场所的动力和照明系统。

（二）TT系统

电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分接至与电源中性点接地无电气联系的接地极上。该系统中性线N和PE线没有电的联系，在正常运行时，N线带电情况下，PE线不会带电。

TT系统可适用于用电设备容量小且很分散的农村居住区。个别城市由公用低压线路供电的用户按供电部门的规定采用TT系统。

（三）TN系统

电源有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保护线与电力系统接地点连接。按中性线与保护线组合情况，又可分为以下3种形式。

（1）TN－C系统 整个系统的中性线与保护线是合一的。如果三相负载不平衡，N线上有不平衡电流，在线路上产生一定的电位差，与保护线所连接的电气设备金属外壳对大地有一定的电压。TN－C系统只适用于三相负荷基本平衡、有专职电工负责维护的工业厂房。

（2）TN－S系统 整个系统的中性线(N)与保护线(PE)是分开的。系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是中性线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接地保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。通常建筑物内设有变配电所时采用该系统。

（3）TN－C－S系统 系统中有一部分保护线与中性线是合一的，当PE线与N线从某点（一般为进户处）分开后就不能再合并，且N线绝缘水平应与相线L相同。该系统一般用在建筑物电源由区域变电所引来的场所。

低压配电系统电气故障的分析

低压配电系统从电网中获得电能质量满足各项技术要求的强大电力，供给电力用户使用。从而给生产、科研、办公、教育、经营和生活等各方面带来了许多便利条件而造福于人民。但是，有些时候对低压配电线路和电气设备来说，某些设计不尽合理、电气产品的质量和性能比较差、施工安装工艺质量达不到要求或者运行中操作使用和维护不当等各方面的原因，致使低压配电线路和电气设备将发生各种不同的电气故障，从而引发人体遭受电击伤害、电气设备损坏、电气火灾以及停电停产等事故相继发生，甚至同时还会造成人员伤亡和财产的巨大损失。国际通用的IEC标准对低压配电系统接地故障保护主要采用两点基础理论：

（1）等电位联结理论。即将所保护范围内的所有设备、装置及金属管道、构架等外露可导电部分通过电气连接方式建立一个相对一致的电位即等电位,从而消除由于电位差造成电击伤害的相对安全的场所或范围。等电位联结是以提高并均衡局部电位降低接触电压的电压差,而构成一个相对封闭安全的环境。

（2）剩余电流理论。即在任何电气网络所构成的任意节点中依据克希霍夫定律,在任意时间内流进和流出节点的电流矢量和均为零这一原理,如果不为零，这个电流就被认为是剩余电流,即正常电流以外的漏电电流。基于上述两点理论对于等电位联结来说,它解决了以往设备虽然接地但由于接地点与故障点并不在同一位置,各自接触的阻抗并不相同而有可能出现危险电压电击伤人的问题,同时还可以解决危险电压沿保护接地线串入的问题。对于剩余电流来说,它解决了不易检测混杂在正常电流中的漏电电流这一难题,所以它的保护灵敏度能得到本质上的提高。

四、过载故障造成的危害

绝缘导线过载将会带来一些危害，其主要表现如下：

1在低压配电线路上的低压断路器将会因线路过载而动作切断电源起到过载保护作用；但同时却影响本不该停电的电力用户的正常用电。

2绝缘导线连接部分因为过载发热量增大产生异常高温，加速连接部分周围绝缘导线老化并且引起火灾。

3绝缘导线长时间过载将会加速绝缘老化进程，使绝缘性能降低甚至绝缘完全失效。因此，过载故障进一步发展，有可能演变成各种短路故障。

4过载故障的防护措施

为了防止绝缘导线过载所带来的各种危害应采取相应的防护措施，其主要防护措施如下：(1)在低压配电线路的主干线上和电气设备的电源线上装设过载保护装置，如热继电器、低压断路器等。(2)电气照明回路或其他小容量用电设备回路也可以装设熔断器。

五、正常工作状态和故障工作状态

低压配电线路和电气设备的工作状态，基本上可分为两种，即正常工作状态和故障工作状态。并且这两种工作状态必然有自己的一些基本特征表现出来。因此不同的基本特征属性反映了它们处于不同的工作状态。一般应包括以下几项：

1电压及其偏差；

2．正弦波非线性畸变：总畸变率和各次谐波含量；

3．频率及其偏差；

4电压的不对称性；

5电流限值；

6温度限值；

7绝缘电阻限值或泄漏电流限值。

以上各项技术指标满足技术标准的规定，是正常工作状态的基本特征。因此在这种情况下，低压配电线路和电气设备才能安全、可靠和稳定的工作。随着认识的深入、理论的更新、技术及设备提高,余下的问题应该是如何正确并且完整应用的问题。依据低压配电设计规范所规定的配电线路保护内容,接地故障保护是三大保护内容之一,是配电线路中必需配置的保护,而问题的关键是正确应用。