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IT系統(tǒng)接地故障防護

文檔作者：焦建雷許琪文檔來源：北京達瑞化工工程設(shè)計有限責任公司九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年07月28日
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IT系統(tǒng)接地故障防護
焦建雷(北京達瑞化工工程設(shè)計有限責任公司，北京市 100101)
許琪(九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西省九江市332007)
IT System Protection against Earth Fault
JIAO Jianlei(Beijing Darui Chemical Engineering Design Co．，Ltd．，Beijing 100101，China)
XU Qi(Jiujiang Vocational and Technical College，Jiujiang 332007，Jiangxi Province，China)
Abstract：The circuit parameters during normal
operation of IT system， the earth fault current in
case of single fault and double faults， the prospective
touch voltage and choice of protective devices are
introduced； and corresponding conclusion is made：in
the first fault，IT system may keep normal operation；
but the insulation monitoring device must alarm to
avoid power failure caused by the second fault．
Key words： IT system ； single fault； double
faults； earth fault； fault current； single-phase earth
fault； fault circuit resistance； prospective touch
voltage
摘 要：介紹IT系統(tǒng)正常運行時的線路參數(shù)，
一次故障、二次故障時的接地故障電流、預(yù)期接觸
電壓及保護電器的選擇。并得出相應(yīng)的結(jié)論．即IT
系統(tǒng)發(fā)生一次接地故障時還可正常運行，但絕緣監(jiān)
測裝置須報警，以免發(fā)生第二次接地故障引發(fā)斷電。
關(guān)鍵詞：IT系統(tǒng)；一次故障；二次故障：接地
故障； 故障電流：單相接地故障；故障回路電阻：
預(yù)期接觸電壓
中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A
doi：10．3969／i．issn．1003—8493．2015．04．004
IT電源系統(tǒng)所有帶電部分應(yīng)與地隔離或某一點
經(jīng)高阻抗接地。配電變壓器低壓側(cè)繞組星接時，公
共結(jié)點不接地或經(jīng)高阻抗接地。配電變壓器繞組低
壓側(cè)為三角形接法時，三相均不接地或某相經(jīng)高阻
抗接地。
1 正常運行電路參數(shù)
1．1 電路分析
IT系統(tǒng)等值電路如圖1所示。
I1
： ： ：
圖1 IT系統(tǒng)等值電路
Fig．1 IT system equivalent circuit
各相對地電容電流：
，a。=Ua j∞C = ( + )j C
／b。=Ub j ccJ Cb=( + )J Cb
=Uc j C。=(Uc+ )j∞C。
其中 為中性點對地電壓，V； 、c，b、 為各
相電壓，V； 、 、 為各相對地電壓。
三相對地電容電流之和為0．即：
，a +，h +Io =0
令 =U‘ph， b= ph， =0 ph，n=e j ∞。，
由節(jié)點電壓法得：
作者信息
焦建雷，男，北京達瑞化工工程設(shè)計有限責任公司，工程師，電氣總工程師。
許琪，女， 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師。
30
● ! ． ～ ～4
234 http：／／www．jzdq．net．cn
，，一一j ±j ±
?！?
J C +j Cb+j C。
=一 一 n P
其中Uph為相電壓，V；P為電網(wǎng)不平衡度：
D ： ± ±
。
C +Cb+C。
＼／業(yè) 等等一
可見中性點對地電壓取決于三相對地電容，
三相對稱， 即C =Cb=C 時， =0 V。通?？扇?
lpl=0．035。在220／380V系統(tǒng)中：
Un：0．035 h=0．035×220=7．7 V
此時中性點對地電壓可忽略不計。
1。2 特征
IT系統(tǒng)正常運行時．各相泄漏電流為對地電容
電流．取決于線路標稱電壓和每相線路及接人電氣設(shè)
備的對地電容。中性點電壓可看作0V。
2 單相接地故障
2．1 電路分析
IT系統(tǒng)單相接地故障時故障電流如圖2所示。
圖2 IT系統(tǒng)單相接地故障時故障電流回路
Fig．2 Fault current circuit in case of single—phase
earth fault of IT system
C相接地故障時對地電壓：
f= + =0
中性點對地電壓：fin =一f7c
非故障相對地電壓：
= + =Ua—t)c=X／3-Uc e J卯。
= + = 一 =、／丁Uc e J 。
睜 翻
設(shè)C =Cb=C，則各相對地電容電流：
- jx = = c 。
一
。
一
。
。
一～ ～
nJ乙
Ibc- = J = CUee 2oo
— j e-i9。。
。
： f=一( 。+ 。)=3oJCuphe j m。
。= =3wCVoh=3／c0
其中，co= C h， 為正常運行時一相對地電容電
流，A。
2．2 IT系統(tǒng)單相接地故障時特征
a． 故障電流為正常時每相對地電容電流的3倍。
故障相對地電壓為0V，線電壓與正常時相同?？纱_
保設(shè)備正常運行，此時絕緣監(jiān)測裝置應(yīng)發(fā)出報警信
號， 電擊防護應(yīng)滿足GB 50054—2011《低壓配電設(shè)
計規(guī)范》式5．2．19要求。
絕緣監(jiān)測裝置報警閾值一般不大于100 n／V
(詳見參考文獻[10])，爆炸危險區(qū)域不大于50n／V
(詳見GB 3836．3—2010《爆炸性環(huán)境第3部分：
由增安型?e’保護的設(shè)備》附錄D)，且不小于正常
運行時對地絕緣故障。根據(jù)具體情況，輪船IT系統(tǒng)
通常取20 kll(經(jīng)驗值)，局部醫(yī)療IT系統(tǒng)則設(shè)為
50 klq(詳見GB 16895：24—2005《建筑物電氣裝置
第7—710部分：特殊裝置或場所的要求醫(yī)療場所》
710．413．1．5)。絕緣監(jiān)測裝置要求見IEC 61557—8：
2007(Electrical safety in low voltage distribution systems
up to 1 000 V a．c and 1 500 d．C．一Equipment fortesting．
measuring or monitoring of protective measures——Part 8：
Insulation monitoring devices for IT systems)，絕緣故障
定位要求見IEC 61557—9：2009(Electrical safety in
low voltage distribution systems up to 1 000 V a．c and
1 500 d． C． 一Equipment for testing， measuring or
monitoring of protective measures—— Part 9： Equipment
for insulation fauh location in IT systems)o
b． 非故障相對地電壓升高為線電壓．中性點對
地電壓升高為相電壓。由此可見，IT系統(tǒng)對配電裝置
及設(shè)備耐壓要求較TN、TT系統(tǒng)要高。選用電纜時．
帶電導(dǎo)體對地電壓不低于線電壓．在220／380 V系
統(tǒng)中，電纜絕緣水平0．6／1 kV即滿足要求。
31
墮芝～ 一 !l
http：／／WWW．jzdq．net．vii 235
建筑電乞。
— —-—I_—__——_-■ BUILDlNG
2口1 5 年第4 期I LECtRIClTY
3 設(shè)備共用接地時二次接地故障
3．1 電路分析
IT系統(tǒng)二次接地故障時的等值電路如圖3所示。
A B
圖3 IT系統(tǒng)二次接地故障時等值電路
Fig．3 Equivalent circuit in case of secondary
earch faulty of IT system
圖3為IT系統(tǒng)中設(shè)備A、B共同接地。圖中：
— — 變壓器或發(fā)電機單相繞組阻抗，Q； — — 設(shè)
備A線路相導(dǎo)體阻抗，Q；m A—— 設(shè)備A PE導(dǎo)
體阻抗，n；zLB— — 設(shè)備B線路相導(dǎo)體阻抗，n；
B— — 設(shè)備B PE導(dǎo)體阻抗，Q。
設(shè)C為線路參數(shù)：
。： ( ± ( ± 2 <1
． 通常取0．8。
2zo+ZLA(1+，na)+ZLB(1+mb)
由歐姆定律可知接地故障電流：
—
2go+—ZLA(—1 4- ma)+Z—
LB(1+mb)
T U
： r1)
zI．A(1+m )+ZLB(1+mb)
式中： —— 故障回路電壓，V。
3．2 接地故障電流分析
3．2．1 若為TN系統(tǒng)時，故障處金屬性接地故障電
流計算
m
；
zLA(1+ ) ZLB (1 + mb )
式中： 、，hf— — 接地故障電流，A。
設(shè)備導(dǎo)體阻抗比 ： > 時：
1+m
一
／af
一 △( ± 2
，af ZLA(1+ma)+ZLB(1+mb)
32
●—■■■一 ! ?vo 一墼一
236 http： I1 ww w． Izdq． net． cn
： — —
1+ ( )
1+m
即，df>吉，afo
> 吉
z： < ± 時：
ZlIJB 1+m
／df 一 (1+m )
，bf。 A(1+m )+ZLB(1+mb)
1 > 1
l+蘭( ± 2 z
1+mb
即／df> 1 Ibf。
3．2．2 保護電器動作特性推導(dǎo)
設(shè)：c=1；ma=mb，z ≥l，則：
f： — — — — ≥ — —
： ： 旦
2 ZI．+ZpE 2
式中：zL— — 相應(yīng)于參照點的供電點下游所考慮線路
帶電導(dǎo)體的阻抗，n；
— — 參照點下游保護導(dǎo)體的阻抗，n。
由此可知二次故障回路小截面線路保護電器可靠
動作，則可切斷故障回路，該IT系統(tǒng)的防護條件就
得到了滿足。
，a≤ 1 u1≤ ，df，，a ≤吉 = (2)
式中：厶— — 接地故障保護電器在規(guī)定時間內(nèi)切斷
故障回路的動作電流，A；
— — 相電壓，V；
— — 線電壓，Ul=x／3 Uo，V。
此式即GB 50054—2011式5．2．24—1。
引出中性線時：
，a≤ 1 uo≤ ，df
，
，a ≤ 1 Uo (3)
此式即GB 50054—2011式5．2．24—2。
注意引出中性線時滿足式(3)， 自然滿足式(2)，
保護靈敏度系數(shù)按照最小故障短路電流考慮。靈敏度
提高的同時供電可靠性降低了，所以IEC強烈建議
IT系統(tǒng)不引出中性線。設(shè)計實踐中可設(shè)380，220 V
變壓器來解決220 V設(shè)備用電，詳見參考文獻[10]。
3．2．3 解析法局限性
盡管可從理論上推導(dǎo)出二次接地故障電流。但是
在多回路IT系統(tǒng)中，導(dǎo)體截面積多樣，故障點位置
隨機．加之考慮非金屬性故障，配電裝置過電流保護
整定十分困難。
3．3 預(yù)期接觸電壓分析
UtA=ma r
一 8蘭!
(1+ma)+(1+mb)
UtB=mb r
一 !
z(1+，n )+(1+mb)
式中： A— — 設(shè)備A預(yù)期接觸電壓，V；
B— — 設(shè)備B預(yù)期接觸電壓，V。
： ： a
B m b m b B
設(shè)ma=mb=m， =1，則：
吉cu
自動切斷故障時間應(yīng)滿足GB 16895．21—2011《低
壓電氣裝置第4—4l部分：安全防護電擊防護》
411．3．2或圖4要求。
4 設(shè)備分別接地時二次接地故障
類似TT系統(tǒng)，保護動作特性應(yīng)滿足GB 50054
— 2011式5．2．15。自動切斷故障時間應(yīng)滿足GB
16895．21—2011第411．3．2條的要求。
暑
厘
苗
腳
咧
、
l I
l ＼ ＼
＼ 。＼
NL2 ＼L1
、 ＼
、
{
預(yù)期接觸電壓Ut／V
圖4 干燥和潮濕條件下預(yù)期接觸電壓和
允許最大持續(xù)通電時間的關(guān)系
Fig．4 Relationship between prospective touch voltage
and maximum allowable power—on duration
under dry and damp conditions
5 結(jié)語
綜上所述，IT系統(tǒng)發(fā)生一次接地故障時可正常運
行，但絕緣監(jiān)測裝置必須報警，對故障線路定位，及
時排除故障，以免發(fā)生第二次接地故障引發(fā)斷電。
[1] 中機中電設(shè)計研究院有限公司． GB 50054
— 2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范[S]． 北京： 中國計劃出版社，
2012．
[2] 中機中電設(shè)計研究院有限公司． GB 16895．21
— 2011 低壓電氣裝置第4—41部分安全防護電擊
防護[S]． 北京：中國標準出版社，2012．
[3] 南陽防爆電氣研究所， 等． GB 3836．3—2010
爆炸性環(huán)境 第3部分： 由增安型?e’保護的設(shè)備『S]．
北京：中國標準出版社．2011．
[4] International Electrotechnical Commission． IEC
61200—413： 1996 Electrical installation guide——Part 413：
Protection against indirect contact—Automatic disconnection of
supply[S]，1996．
f 5] International Electrotechnical Commission． IEC
61557—8：2007 Electrical safety in low voltage distribution
systems up to 1000V a．C and 1500d．C．一Equipment for testing．
measuring or monitoring of protective measures —— Part 8：
Insulation monitoring devices for IT systems[S]，2007．
[6] International Electrotechnieal Commission． IEC
61557—9： 2009 Electrical safety in low voltage distribution
systems up to 1 000 V a．c and 1 500 d．C．一Equipment for
testing，measuring or monitoring of protective measures——Part 9：
Equipment for insulation fault location in IT systems[S]，2009．
[7] 王厚余． 建筑物電氣裝置600問[M]． 北京：
中國電力出版社．2013．
[8] 李興林． 注冊電氣工程師考試輔導(dǎo)教材及復(fù)習(xí)題
解供配電技能部分[M]． 第2版． 北京：中國建筑工業(yè)
出版社．2007．
[9] 王厚余． 論IT系統(tǒng)的應(yīng)用[J]． 建筑電氣．
2008，27 (11)：3—7．
[10] 王厚余． 再論IT系統(tǒng)的應(yīng)用[J]． 建筑電氣．
2013，32 (7)：3—6．
[11] 中機中電設(shè)計研究有限公司． GB 16895．24
— 2005 建筑物電氣裝置第7—710部分：特殊裝置或場
所的要求醫(yī)療場所[S]． 北京： 中國標準出版社，2006．
2014—09—22來稿
2015—03—26修回

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