第八章　低压配电线路保护与电击防护

第八章　低压配电线路保护与电击防护 第一节　低压配电线路的保护第二节低压电气装置的电击防护第三节低压保护电器的选择与整定第四节各级保护电器之间的选择性配合本章小结

第一节　低压配电线路的保护 一、过电流保护依据GB50054－2011《低压配电设计规范》，低压配电线路应装设短路保护、过负荷保护，保护电器应能在故障造成危害之前切断供电电源或发出报警信号。（一）短路保护 1.对短路保护电器动作特性的要求短路保护电器一般采用断路器或熔断器。 • 短路保护电器的动作应及时可靠，以保证绝缘导体、电缆、母线的短路热稳定满足要求。 • 短路保护电器应能分断其安装处的预期最大短路电流。 • 短路保护电器应有足够的灵敏性，应能在规定时间内可靠切断被保护线路末端的最小短路电流。

2.短路保护电器的装设 • 短路保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因截面、材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。 • 短路保护电器应装设在低压配电线路不接地的各相上。 3.并联导体的短路保护对于多根并联导体组成的线路，其中任一根导体在最不利的位置处发生短路故障时，短路保护电器应能及时切断短路故障。若在线路首端采用一台保护电器，则应尽量避免在并联区段内发生短路的可能性。 4.可不设短路保护的线路如由主干线路保护电器保护的短距离分支线路。

（二）过负荷保护 过负荷保护的目的在于防止长时间的过负荷对线路绝缘造成的不良影响。 1.对过负荷保护电器动作特性的要求过负荷保护电器应采用反时限特性的保护电器，如g类熔断器、断路器的长延时动作脱扣器等。其动作特性应同时满足以下两式的要求：额定电流 Ic≤ Ir ≤Ial 约定动作电流I2≤1.45Ial 对熔断器，一般 I2=1.6Ir 对断路器，一般 I2=1.3Ir

干线 <3m 支线突然断电比过负荷而造成的损失更大的线路（如消防水泵、消防电梯等线路），其过负荷保护应作用于信号而不应作用于切断电路。配电线路宜采用同一保护电器作短路保护与过负荷保护。 2.过负荷保护电器的装设过负荷保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因截面、材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。 3. 并联导体的过负荷保护大电流线路尽量采用多芯电缆并联。做到各并联导体允许持续载流量相等，导体阻抗相等以使电流分配均衡，可采用一台保护电器保护所有导体。

4.中性导体的过负荷保护 对于TT系统和TN系统，当电气装置中存在大量谐波电流时，会引起相导体及中性导体的过负荷，而中性导体的过负荷是最常见的。此时，中性导体应根据其载流量检测过电流，当检测到过电流时可动作于切断相导体，但不必切断中性导体。

二、接地故障电气火灾防护 接地故障——指带电导体和大地之间意外出现导电通路。包括相导体与大地、PE导体、PEN导体、电气装置的外露可导电部分、装置外可导电部分等之间意外出现的导电通路。导电路径可能通过有瑕疵的绝缘，通过结构物或通过植物，并具有显著的阻抗。 • 接地故障的危害： • 故障电流要比单相对地短路电流小，但也需要及时切断电路以保证线路过电流时的热稳定。 • 当发生接地故障的持续时间内，与它有关联系的电气设备和管道的外露可导电部分对地和装置外的可导电部分间存在故障电压。此电压可使人身遭受电击，也可因对地的电弧或火花引起火灾或爆炸，造成严重生命财产损失。

接地故障电弧引起的火灾属于短路性火灾的一种，其发生几率远高于带电导体间的短路火灾，是导致火灾的最大隐患。 研究表明，接地电弧能量只要达到300mA以上就能引起火灾，显然过电流保护电器是不能满足接地故障电气火灾防护灵敏性要求的，而应采用高灵敏性的剩余电流保护。剩余电流——指同一时刻在电气装置中的电气回路给定点处的所有带电导体电流（瞬时值）的代数和。对三相四线制电路对三相三线制电路对单相两线制电路

剩余电流（动作）保护器（RCD）是一种在规定条件下当剩余电流达到或超过整定值时能自动分断电路的机械开关电器或组合电器。剩余电流保护电器也可以由用来检测和判别剩余电流以及接通和分断电流的各种独立元件组成。剩余电流（动作）保护器（RCD）是一种在规定条件下当剩余电流达到或超过整定值时能自动分断电路的机械开关电器或组合电器。剩余电流保护电器也可以由用来检测和判别剩余电流以及接通和分断电流的各种独立元件组成。常用的剩余电流保护器按其功能分有剩余电流断路器、剩余电流动作保护继电器等。

剩余电流保护器（RCD）按其故障脱扣原理分有电磁式和电子式两种。剩余电流保护器（RCD）按其故障脱扣原理分有电磁式和电子式两种。 a）电磁式 b）电子式剩余电流保护器（RCD）的故障脱扣原理图 1－剩余电流互感器 2－脱扣器 3－试验按钮 4－电磁元件 5－电子元件电磁式RCD靠剩余电流自身能量使RCD动作，动作功能与电源电压无关；电子式RCD则借RCD所在回路处的故障残压提供的能量来使RCD动作，动作功能与电源电压有关。

为了防止线路绝缘损坏引起接地电弧火灾，至少应在建筑物电源进线处设置剩余电流保护，保护电器动作于信号或切断电源。设置在火灾危险场所（加工、生产、储存可燃物质以及多粉尘的场所）的剩余电流保护电器其动作电流不应大于500mA，一般场所可不受此值限制。 JGJ16－2008《民用建筑电气设计规范》规定了需要安装剩余电流动作报警器的场所。 GB50045－1995《高层民用建筑设计防火规范》（2005年版）和GB50016－2006《建筑设计防火规范》规定了需要安装剩余电流动作电气火灾监控系统的场所。

第二节低压电气装置的电击防护 电击——电流通过人体躯体而引起的生理效应。人与故障情况下带电的外露可导电部分的电接触称为间接接触。人与带电部分的电接触称为直接接触。电击防护——减小电击危险的防护措施，包括：直接接触防护、间接接触防护和直接接触及间接接触两者兼有的防护。

一、电流通过人体的效应 （一）人体对电流的生理反应 GB/T13870.1－2008 电流通过人体和家畜的效应第一部分：常用部分 • 感知电流阈值——人体能感知的流过其身体的最小电流值，通用值为0.5mA，此值与电流通过的时间长短无关； • 摆脱电流阈值——人体能自主摆脱的通过人体的最大电流值，此值因人而异，平均值为10mA； • 心室纤维性颤动电流阈值——引起心室纤维性颤动的最小电流值，而心室纤维性颤动是电击引起死亡的主要原因。此电流阈值与通电时间长短有关，也与人体条件、心脏功能状况、电流在人体内通过的路径有关。

只要通过人体的电流小于30mA，人体就不致因发生心室纤维性颤动而电击致死。

（二）特低电压限值 人体遭受电击时流过人体的接触电流因施加于人体阻抗上的接触电压而产生。在设计电气装置时计算接触电流很困难，而计算预期接触电压比较方便。人体阻抗由皮肤阻抗和体内阻抗构成，其总阻抗呈容性。 90％的人体总阻抗：1000～2125欧。人体总阻抗由电流通路、接触电压、通电时间、频率、皮肤湿度、接触面积、施加压力和温度等因素共同确定。因此，人体接触电压阈值不能简单由图8-2曲线L按欧姆定律推算求得，而应通过测试确定。

特低电压（ELV）——指在预期环境下，最高电压不足以使人体流过的电流造成不良生理反应，不可能造成危害的临界等级以下的电压。特低电压（ELV）——指在预期环境下，最高电压不足以使人体流过的电流造成不良生理反应，不可能造成危害的临界等级以下的电压。我国国家标准GB/T3805－2008《特低电压（ELV）限值》规定： • 当接触面积大于1cm2、接触时间超过1s时，干燥环境中工频交流电压有效值的限值为33V（正常状态）和55V（单故障时）；潮湿环境中工频交流电压有效值的限值为16V（正常状态）和33V（单故障时）； • 当接触面积小于1cm2、不可握紧部分，干燥环境中工频交流电压有效值的限值提高为66V（正常状态）和80V（单故障时）。我国目前使用的特低电压（ELV）系统的工频交流标称电压值（有效值）不超过50V 。

二、直接接触防护和间接接触防护 （一）直接接触防护（基本防护）直接接触防护是基本防护即无故障条件下的电击防护。（1）将带电部分绝缘绝缘介质：气体、液体、固体及其组合。电气性能包括：导电性能、介电性能和电气强度（2）设置遮拦或外护物防护等级：IP2X 或 IP4X 遮拦或外护物应牢固地加以固定，并能长期持续地保证有效，它只能在使用钥匙或工具或切断电源时才能移开。

（3）设置阻挡物进行保护 阻挡物（指栏杆、网状屏障等）应能防止人体无意识地接近裸带电体；也应能防止正常运行时在设备操作过程中人体无意识地触及裸带电体。（4）放置在伸臂范围以外的保护（5）用剩余电流保护器的附加保护安装额定动作电流不超过30mA的剩余电流保护器。

（二）间接接触防护（故障防护） 间接接触防护是故障防护即单一故障条件下的电击防护。（1）采取自动切断电源适用于防电击类别为Ⅰ类的电气设备、人身电击安全电压限值为50V的一般场所。 Ⅰ类电气设备除基本绝缘，并具有连接PE线的接地端子。（2）采用双重绝缘或加强绝缘的电气设备（防电击类别为Ⅱ类设备）无需连接PE线的接地端子

（3）采取电气分隔措施 回路采用分隔电源供电（如隔离变压器），将危险带电部分与其他所有电气回路和电气部件绝缘以及局部绝缘，并防止一切接触。（4）采用特低电压供电如III类设备以低于特低电压（ELV）限值的电压(干燥场所为48V或36V，潮湿场所为24V，水下为12V及6V)供电，在发生接地故障时即使不切断电源也不致引发电击事故。

（5）将电气设备安装在非导电环境内 在非导电环境内可使用0类设备。（6）设置不接地的等电位联结

保护接地的作用 三、间接接触防护中自动切断电源的防护（一）保护接地与等电位联结保护接地——为了电气安全，将系统、装置或设备的一点或多点接地。为间接接触防护（故障防护）而将电气装置的外露可导电部分按其接地系统型式的具体要求与保护导体相连接，又称防电击保护接地。

等电位联结——指为达到等电位，多个可导电部分间的电连接。为安全目的进行的等电位联结又称为保护等电位联结，包括总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。等电位联结——指为达到等电位，多个可导电部分间的电连接。为安全目的进行的等电位联结又称为保护等电位联结，包括总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。 1.总等电位联结在保护等电位联结中，将以下可导电部分连接到一起： ——总保护导体； ——总接地导体或总接地端子； ——建筑物内的供应服务管道，如煤气管、水管； ——可利用的建筑物金属结构部分、集中供热和空调系统。建筑物作了总等电位联结后，其电气装置的PE导体和外露可导电部分、电气装置外部导电部分和接地系统都互相连通，从而在建筑物内形成一各导电部分电位相等或接近的区域。

总等电位联结的平面布置

总等电位联结的作用对不同的接地系统是不尽相同的，对于常用的TN系统，其作用如下：总等电位联结的作用对不同的接地系统是不尽相同的，对于常用的TN系统，其作用如下：（1）当建筑物内发生接地故障时，可降低由此引起的接触电压。未作等电位联结时，预期接触电压为作等电位联结后，预期接触电压为

（2）当建筑物外部电源线路发生接地故障时，可消除通过PEN导体（或PE导体）导入的对地电压在建筑物内部形成的电位差。 危险电位通过PEN线蔓延。等电位联结对TN系统特别重要。

（3）有效消除其他危险电压电位差 消除通过金属管道传导的危险电位产生的电位差、雷电流通过接闪器产生的高电位反击。

2.局部等电位联结和辅助等电位联结

（二）TN系统内自动切断电源的间接接触防护 1. 对保护电器动作特性的要求 TN系统发生接地故障时，故障电流大小与故障点及其通路有关。 • 相线对设备外露可导电部分或PE(PEN)线故障 • 故障通路阻抗相对较小，故障电流较大。 • 相线对大地故障 • 故障通路经过大地，阻抗大，故障电流相对较小。但引起电源中性点电位升高，故障电压蔓延。专门措施防范。 Ut＝ZPENId

对保护电器动作特性的要求： 当发生接地故障时，保护电器应能在规定时间内切断电源。即动作特性应符合下式要求： Zs Ia≤U0 Ia——保证保护电器切断故障回路的动作电流（A）。对于相导体对地标称电压为220V的TN系统配电线路，其间接接触保护电器切断故障回路的时间应符合下列规定： 1）在TN系统内配电回路和超过32 A的终端回路，不允许超过5s； 2）对于不超过32 A的终端回路，其最长的切断电源的时间见下表规定。表 TN系统的最长切断时间

2.保护电器的选用 1）一般情况下TN系统接地故障多为金属性短路，故障电流较大，可利用过电流保护电器（熔断器、低压断路器短延时或瞬时过电流脱扣器）兼做间接接触保护电器，但需校验其灵敏度。

2）在某些情况下，如线路长、导线截面小的情况，过电流保护电器常不能满足自动切断电源的时间要求，则应采用剩余电流保护电器。 3）电击危险性较大的某些设备的配电线路，如手持式及移动式用电设备、室外工作场所的用电设备、环境特别恶劣或潮湿场所的电气设备、家用电器回路或插座回路、临时用电的电气设备等应设置剩余电流保护电器。

3. 无总等电位联结作用区内的电击防护 在建筑物外没有总等电位联结作用的场所，可采用局部TT系统、或采用电气分隔、或使用Ⅱ类电气设备。

（三）TT系统内自动切断电源的间接接触防护 1.对保护电器动作特性的要求 TT系统发生接地故障时，故障电流流经两个接地电阻，故障电流相对较小。通常采用RCD保护。 Ut＝RAId

当发生接地故障时，保护电器(RCD)应能在预期接触电压超过50V时及时切断电源。即动作特性应符合下式要求：当发生接地故障时，保护电器(RCD)应能在预期接触电压超过50V时及时切断电源。即动作特性应符合下式要求： RAIa≤50V Ia——保证保护电器切断故障回路的动作电流（A）。在TT系统内配电回路和超过32 A的终端回路，不允许超过1s；对于不超过32 A的终端回路，其最长的切断电源的时间见下表。表 TT系统的最长切断时间在TT系统内，采用过电流保护电器作间接接触防护时，其动作特性及最长切断时间要求同TN系统。

2.保护电器的选用 1）在TT系统中通常应采用剩余电流保护电器。为保证选择性，末端采用普通型（G型）剩余电流保护电器，动作时间不大于0.04s；上一级采用选择性（S型）剩余电流保护电器，动作时间不大于0.15s；总进线箱处的剩余电流保护电器动作时间允许不大于1s。 2）当故障回路的阻抗ZS值足够小，且确保其值可靠又能保持稳定，也可选用过电流保护电器用于接地故障保护。 3.接地极的设置在TT系统内，原则上各保护电器所保护的电气设备外露可导电部分应分别接至各自的接地极上，以免故障电压的互窜。但在同一建筑物内实际上难以实现，此时可采用共同接地极。

图（四）IT系统内自动切断电源的间接接触防护 1.第一次接地故障时对保护电器动作特性的要求第一次接地故障时，故障电流为系统电容电流要求产生的故障电压RAId ≤50V 可中断供电，但应由绝缘监视电器发出音响或灯光信号。

2. 第二次接地故障时对保护电器动作特性的要求 • 当IT系统的外露可导电部分单独地或成组地用各自的接地极接地时，如发生第二次接地故障，故障电流流经两个接地极电阻，其防电击要求和TT系统相同。

U0 ZcIa ≤ U0 ZdIa ≤ • 当IT系统的外露可导电部分用共同的接地极接地时，如发生第二次接地故障，故障电流流经PE线形成金属短路，其防电击要求和TN系统相同。不引出N线时：引出N线时：

3.保护电器的选用 • 绝缘监测器：它装设在回路相线与地之间，用以监测第一次接地故障，当电气装置的绝缘水平降至整定值以下时它即动作于发出信号。 • 过电流保护电器：用以发生第二次接地故障时按TN系统切断电源。 • 剩余电流动作保护电器：用以发生第二次接地故障时按TT或TN系统切断电源。

4.中性导体的配出 三相IT系统不宜配出中性导体，否则，中性导体一旦接地因绝缘监测器不能监测而持续存在，此IT系统将变成TT或TN系统，从而失去其供电可靠性高的优点。因此，IT系统中的相电压可通过0.38/0.23kV变压器获得。

四、兼有直接接触和间接接触防护的措施 包括：安全特低电压（SELV ）系统电压不能超过特低电压的电气系统： ——在正常条件下，和 ——在单一故障条件下，包括其他电气回路的接地故障。 SELV系统在正常条件下带电导体不接地。保护特低电压（PELV ）系统电压不能超过特低电压的电气系统： ——在正常条件下，和 ——在单一故障条件下，不包括其他电气回路的接地故障。 PELV系统在正常条件下因种种原因带电导体不得不接地。

工程应用时通常采用SELV系统 为策安全，在SELV系统中，回路导体不接地，所供设备金属外壳可与地接触，但不得连接PE导体接地。

符合下列要求之一的设备，可作为SELV系统的电源：符合下列要求之一的设备，可作为SELV系统的电源： • 一次绕组和二次绕组之间采用加强绝缘层或接地屏蔽层隔离开的安全隔离变压器。 • 安全等级相当于安全隔离变压器的电源（例如有等效绝缘绕组的电动发电机组）。 • 电化学电源（例如电池组）或与电压较高回路无关的其他电源（例如柴油发电机）。 • 符合相应标准的某些电子设备。这些电子设备已经采取了措施，可以保障即使发生内部故障，引出端子的电压也不超过交流50V；或允许引出端子上出现大于交流50V的规定电压，但能保证在直接接触或间接接触情况下，引出端子上的电压立即降至不大于交流50V。

SELV回路布置应满足下列要求： • SELV回路的带电部分相互之间和其他回路之间，应进行电气分隔。 • 每个SELV系统的回路导体应与其他回路导体在布置上分开。 • SELV系统的插头和插座应符合要求。应用： SELV系统宜应用在潮湿场所（如喷水池、游泳池）内的照明设备、狭窄的可导电场所、正常环境条件使用的移动式手持局部照明、电缆隧道内照明等。

第三节低压保护电器的选择与整定 一、低压断路器的选择先按一般要求初步选择类别、极数、额定电流、分断能力及附件（见第四章），然后根据保护特性要求确定断路器过电流脱扣器的额定电流并整定其动作电流。（一）断路器过流脱扣器额定电流In的确定断路器的壳级额定电流（二）过电流脱扣器动作电流整定 1.长延时过电流脱扣器整定电流Ir1 对照明线路保护断路器对配电保护断路器对单台电动机保护断路器

2.短延时过电流脱扣器整定电流Ir2及时间 Ir2≥1.2[Ist.M+Ic(n-1)] 除这台电动机以外的线路计算电流线路上最大一台电动机的起动电流周期分量有效值 Ir2还应满足与下级线路保护电器的选择性配合要求。短延时过电流脱扣器的整定时间通常有0.1s～0.5s不等，根据选择性要求确定。线路上最大一台电动机的全起动电流 3.瞬时过电流脱扣器整定电流Ir3 对配电保护断路器对单台电动机保护断路器对照明线路保护断路器

（三）保护灵敏度的检验 断路器保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流（四）与被保护线路的配合 1.过负荷保护配合原始条件等效条件 2.短路保护配合当短路持续时间大于0.1s但不大于5s时：当短路持续时间小于0.1s时： K2S2≥I2t 低压断路器的允通容量

第八章 低压配电线路保护 与电击防护