临电系统三级配电二级漏电保护设计

1 对临电规范要求的三级配电、二级漏电保护的理解

1.1 临电规范规定的三级配电与二级漏电保护

　　临电规范规定配电系统应设置配电柜或总配电箱、分配电箱、开关箱，实行三级配电。就是配电柜或总配电箱为第一级配电，分配电箱为第二级配电，开关箱为特殊的第三级配电。临电规范规定的临电系统短路及过载保护有五级，分别是总配电箱内总回路和分回路二级、分配电箱内进线回路和出线回路二级、开关箱内一级。保护电器在一般是采用低压熔断器和低压断路器两类。漏电保护有二级，分别是总配电箱内总回路或分回路一级、开关箱内一级，保护电器一般是带漏电保护的断路器。

　　从上述可知，临电规范规定的临电系统有三级配电、五级短路及过载保护、二级漏电保护，通称为三级配电二级漏电保护。三级配电包括了五级短路及过载保护。

1.2 临电规范采用三级配电二级漏电保护的原因

　　（1）配电级数需要与用电规模、用电特点相适应，三级配电是临电系统较为合适的配电模式。

　　工业配电系统一般采用配电室一级配电，民用建筑则一般采取三级配电，规模特别大的也有四级。

　　工业配电系统负荷较多、功率较大，区域集中，变配电所能深入负荷中心，在配电室内有汇流母线为各个配电柜配电，相当于分成了一个个独立的总配电箱，对于这些负荷采用一级配电就可以了，而对于远离配电室的多个集中负荷，需要采用至少两级配电。民用建筑中负荷较多、功率较小，区域分散，变配电所虽然也能深入负荷中心，但因负荷相对分散，只能是以小区、住宅楼和楼层、住户分层配电。

　　对于施工现场来说，负荷较多、容量有时相差较大、供电区域也相对分散，至少也要采用两级配电方式，而开关箱这一级，由于临电规范规定临电系统末端采用一机一箱供电方式，这一级实际上实现的不是对电能进行再分配，而是临电规范为了确保末端设备的安全采取的一种特殊安全保护措施，临电规范规定开关箱距末级用电设备不大于3m，就是对于用电安全的一种强制性措施。由于施工现场用电人员与末级设备接触频繁，用电设备的特殊环境和用电状况的恶劣，使得末级保护在确保安全用电的位置上十分重要的必要的，是必须配置的一级保护。

　　（2）临电规范要求总配电箱应设在靠近电源的区域，分配电箱应设在用电设备或负荷相对集中的区域，这样至少也需要包括开关箱在内的三级配电才能满足要求。

　　（3）一般配电规范和设计都没有对配电级数作强制性规定，而临电规范2005 对临电系统强制采用三级配电，主要是针对施工现场的特殊性、用电安全的重要性，从技术上对临电设计作了强制性的规定。只有从技术、设计、方案实施上确保临电的安全，才能从根本上通过临电管理等手段实现施工现场的用电安全。

　　（4）临电规范对三级配电做了详细的规定，设置了五级短路和过载保护，主要原因有：

　　①施工现场临时用电系统作为一个独立的供配电系统，具有相当的特殊性，总配电箱内必须安装进线总断路器。

　　②由于施工现场的特殊性，临电规范要求架空线路、室内线路、电缆线路必须有短路保护和过载保护，总配电箱和分配电箱的出线侧需要各安装一级短路和过载保护。

　　③由于分配电箱回路可能采用树干式供电，总配电箱内的分路断路器或熔断器不能为分配电箱每个出线回路提供可靠的短路和过载保护，从安全角度考虑，分配电箱进线处也需要安装一级短路和过载保护，为分配电箱每个出线回路提供后备保护。

　　④开关箱内的这一级短路和过载保护是末端设备和线路的主保护，是比一般供电系统多增加的一级特殊保护措施，是也是临电规范提高施工现场用电安全等级的一个安全措施。

　　⑤对于临电的三级配电，五级短路和过载保护可以形成较为完整的保护系统，从末级短路和过载保护保护开始，上一级保护可以做为下一级的后备保护，对提高临电系统短路和过载保护的可靠性十分必要。

　　（5）临电规范规定施工现场必须采用TN-S 系统，漏电保护是与TN-S 系统匹配的保护模式，是临电系统必不可少的接地保护系统，对施工现场用电安全至关重要。

　　在工业项目上短路的过载保护虽可以兼作回路的接地保护，但在临电系统中过载保护提供的接地保护不能满足施工现场用电的要求，漏电保护系统是比过载保护、零序保护灵敏度都高的多的接地保护系统，对施工人员的用电安全能提供可靠的保护，而两级漏电保护能提供更为可靠、有效的漏电保护。

　　（6）临电设计人员是一般是电气专业工程师及其专业水平不高的人员，有很多电气工程师没有经过专门电气设计培训，他们一般接触最多的是施工规范，对设计规范并不熟悉，需要在规范中确定临电的供电模式和相应细节，临电规范的提供的确定性供电模式确实为临电设计提供了方便，使电气专业水平不高的人员也能设计出符合规定的临电方案。

　　（7）施工现场所具有的特殊性，用电和管理人员专业性不强或是非专业人员，甚至部分人员根本就没有相应的用电知识。施工现场情况千差万别，为了提高临电系统的安全及管理水平，临电规范的各项规定就比较严格，强制部分相对多，更多的是从安全的角度进行规定，就高不就低。这样临电规范在对具体内容作了严格规定的同时，也使临电设计和实施少了些灵活性。

2 二级漏电保护设计存在的问题

2.1 临电规范强制性规定

　　临电系统规定必须采用二级漏电保护系统，但对二级漏电保护对应的临电规模没有做详细的规定，也就是说不论临电规模多大，都可能采用的是二级漏电保护系统，如果设计过程中不考虑实际项目的临电规模，盲目按临电规范规定的二级漏电保护模式进行设计，常常导致漏电保护方案与实际的临电规模不匹配设计的临电系统总漏电保护器保护范围明显过大，就是因为忽略了不同的规模应有不同的分级保护的原理，不论临电规模有多大，都简单照搬临电规范的二级漏电保护系统，导致总漏电保护器动作后影响范围大，施工现场的特殊性又造成总漏电保护器频繁跳闸，这两种情况极大地影响了施工现场的正常施工和用电安全。

2.2 设计过程中没有考虑施工现场的特殊性

　　施工现场环境较差，施工设备具有相当大的周转性、移动性和共用性，配电设备、配电线路、用电设备等易受不良环境的侵害，施工用电人员素质较低，管理上常常不到位，末级漏电保护器不能可靠动作或不起作用。这些特殊性造成了线路和设备漏电机率较高，而末级漏电保护的动作率却不高或就没有末级漏电保护器，这就造成了总漏电保护器的动作机率大增，频繁的跳闸严重影响了正常施工，用电安全状况不容乐观。

2.3 在设计方案中不重视形成分级、有效、可靠的漏电保护系统

　　我们知道开关箱内的漏电保护器额定漏电动作电流是15~30mA，而较为中型或大型的临电系统总漏电保护器额定漏电动作电流是300~500mA，而且还有0.3～0.5s 的时延，总配电箱分路的漏电保护器额定漏电动作电流是200mA 左右，首末两端漏电保护器额定漏电动作电流相差较大，在临电系统大多数设备运行时，由于通电线路和设备较多，系统漏电流也较大，首末两端漏电保护器额定漏电动作电流实际相差不大，总漏电保护能为末级漏电保护提供较为可靠的后备保护，但在用电设备数量较少时，首末两端漏电保护器额定漏电动作电流实际相差会较大，远远超出了15~30mA 的漏电电流，如果总漏电保护器不能提供可靠的漏电后备保护，无疑对施工现场用电人员是较为严重的安全隐患。

3 三级配电设计存在的问题

3.1 相对于二级漏电保护，短路和过载保护在临电设计和方案实施中不受重视

　　由于漏电保护器接地保护的灵敏度大大高于过载保护兼接地保护的灵敏度，在临电系统运行过程中，发生的主要是漏电故障，一旦发生漏电故障，漏电保护器首先动作，而短路和过载保护基本上不动作，给人的感觉是短路和过载保护是一个摆设，只要有了漏电保护，短路和过载保护就可有可无了。

　　这样在临电设计和方案实施中对短路和过载保护很不重视。

　　在实际的临电设置中，短路和过载保护常常不按临电设计方案配置，而是沿用上一次临电设计配置的短路和过载保护，常常造成容量较大的断路器控制较小容量的用电设备，实际上存在较大的故障隐患。

　　在临电系统中只重视漏电保护是人们的一个误区，漏电保护只能解决部分接地故障和短路并发接地的故障问题，而过载保护、不并发接地故障的相间或相对零故障则不能得到保护，更重要的是漏电保护器并不是完全可靠的，它可能会因各种各样的原因拒动，短路和过载保护实际上也是漏电保护的后备保护。二级漏电保护器失效的可能性较小，但一级漏电保护器可能拒动的概率就相对大一些，实际上临电系统开关箱以上的很大的范围内只有一级漏电保护，有一部分开关箱后的设备和线路是没有末级漏电保护的，这些设备也只有一级漏电保护。

　　如果不重视临电系统的短路和过载保护，临电系统就会存在较大的故障隐患，如果发生短路故障而不能及时切断故障，不仅损毁设备，而且对人也是有较大伤害的。

3.2 临电方案中不注重短路电流、选择性等计算

　　临电方案在选用低压断路器、熔断器时存在不少问题，其中突出的问题是没有进行短路电流计算。

　　配电线路短路保护电器的分断能力应大于安装处的预期短路电流。选择断路器应先计算其出口端的短路电流，但一般的临电方案都没有进行短路电流计算，再加上负荷变动较大，所选的短路器的极限短路分断能力可能不够，不能安全的切断短路故障电流，是安全的隐患。

　　短路和过载保护的短路电流、分级选择性计算对于施工单位的工程师来说是比较难的，只是选择性计算就包括选择型断路器和选择型断路器的级间配合、选择型断路器和非选择型断路器的级间配合、非选择型断路器与熔断器的级间配合、熔断器和熔断器的级间配合、熔断器和非选择型断路器的级间配合等，当然这一过程可以用软件实现，但至少目前得到普及的较少。目前的大多数临电方案还是比较简单的，相关的计算很少涉及。漏电保护变成了临电系统的主保护，短路和过载保护则不受重视，实际上临电系统没有实现短路和过载保护的安全设计、配置和分级保护。

3.3 总配电箱设置在靠近电源的区域的方案不一定是最优方案

　　临电规范规定总配电箱应设在靠近电源的区域，有两个目的：对进入施工现场的临电电源线路提供短路、过载、漏电保护；按规范要求形成必须采用的TN-S 系统，确保总配电箱PE 线、N 线分开处的地电位。

　　在实际临电配置中我们认为：不论是施工现场设置变压器，还是从其他电源引入，总配电箱和变压器都应靠近用电设备或负荷相对集中的区域更为合理一些。

　　电源靠近负荷中心设置，这种方案无疑是较经济的，特别是电源中心和负荷中心相对较远的情况下，再加上临电设备的需用系数和同时系数较小，采用这种方案的投入会相对较小。

　　在技术上和方案实施上能确保总配电箱设置在靠近电源的区域的临电系统安全。

　　总配电箱处PEN 线电位升高有两种：一种是外部引入，另一种是临电系统自身引起。外部引入的PEN 线电位升高原因：高压侧接地故障电流流经变压器侧接地极部分引起，一般这种引入一般只是瞬时存在，时间在5s 左右；临电系统以外的同一低压TN 或TT 系统内的接地故障，这种故障持续时间可能较长，主要取决于回路的接地保护动作时间。对这种外部引入的PEN 线电位升高的情况，通过总配电箱处的重复接地措施就可以降低至安全电位，比PEN 线直接接入变压器接地极时情况好的多。