保護接地導體選擇是電氣設計過程必不可少的環節,電流表在本文從PE導體截面積選擇的原則、PE導體截面積熱應力要求、固定連接PE導體截面積要求等七個方面完整介紹保護接地導體(PE導體)截面積選擇。
1、保護接地導體(PE導體)截面積選擇的原則
①PE導體截面積應能滿足配電系統故障(接地故障)防護關于自動切斷電源的條件,在昌暉儀表網其他文章已做了詳細論述。
②能承受保護電器切斷時間內的預期故障電流引起的機械應力和熱應力。熱應力將在第2條中提出具體規定,對于硬母線應校驗機械應力。
③應使PE導體在運行中不斷線:由于涉及故障時人身財產安全,且PE導體斷線不為使用者、維護者所知曉,為此限定其最小截而積值和連接可靠性是必要的。
2、PE導體的截面積按熱應力要求應符合以下條件之一。
①當切斷故障時間不超過5s時,PE導體截面積應符合公式的要求,公式中:SPE為PE導體的截面積,mm2;Id為通過保護電器的預期故障電流(交流方均根值),A;t為保護電器自動切斷故障電流的動作時間,s;K為由PE導體、相導體的材質和絕緣材料的初始及最終溫度決定的系數。
注意:公式和公式
在電線、電纜的熱穩定(熱應力)的機理是相同的,但參數有所差異:公式
是校驗相導體截面積S,而公式
是校驗 PE導體截面積SPE;公式
是適用于短路電流(I),但也用于接地故障;公式
的K值的初始溫度是按在工作狀態下的溫度(見表1),而公式則應根據PE導體是否在電纜內或在同一外護物內而定。
表1 導體的K值
當切斷故障時間t<0.1s時,應符合公式的要求,公式中:t為保護電器的允通能量值,A2s。
②PE導體截面積SPE可按相導體截面積S的一定比例確定,應符合表2的規定。
表2 按相導體截面積S的一定比例確定PE導體最小截面積SPE
注:當PE導體和相導體材質不同時,K1為相導數的系數,K2為PE導體的系數。
3、TT系統由于故障電流較小,PE導體截面積(SPE)不必超過:銅25mm2,鋁35mm2。
4、為了降低斷線的危險,PE導體不與相導體處于同一電纜內或同一外護物內時,其截面積SPE不應小于:
①有機械損傷防護(如在導管內、線槽內):銅2.5mm2,鋁16mm2;
②無機械損傷防護:銅4mm2,鋁16mm2。
5、固定連接的用電設備的PE導體,預期電流超過10mA時,其截面積應按下列條件之一確定:
①銅導體不小于10mm2,或鋁導體不小于16mm2;
②當小于上述第①項截面積時,應增設第二根相同截面積的PE導體,并連接到用電設備的單獨接地端子;
③銅質PE導體和銅質相導體在同一多芯電纜中,電纜中所有銅導體截面積的總和不小于10mm2;
④PE導體敷設在金屬導管內,并與金屬導管并接,PE導體采用銅材,截面積不小于2.5mm2。
注:應指出上述PE導體預期電流超過10mA,常常是過大的容性泄漏電流所致,也可采取措施降低這種電流;可采取具有分隔繞組的變壓器縮小供電范圍的措施,以限制流過PE導體的電流(非故障條件下)。
6、穿線的金屬導管、電纜的金屬護套層的連接線截面積。
①配電線路采用電纜,或敷設在金屬導管、線槽的絕緣線,設計有專用線芯作為PE導體,和相導體共處同一電纜內,或導管、線槽內,這是最合理、最常用的做法。
這種情況下,敷線的金屬導管、線槽,電纜的金屬護套層(包括屏蔽層、鎧裝層、同心導體等)都應該連接到PE端子或連接到等電位聯結端子或母排;通常按照等電位聯結導體和接地導體的截面積,選用6-16mm2的銅線,這樣的做法是不全面的。
②金屬導管、電纜金屬護套的兩端與該線路兩端的配電箱、開關箱的PE母排或端子相連接,實際上,金屬管或護套已經同專設的PE導體并聯,成為PE導體的組成部分;發生接地故障時,必將分流一部分甚至于大部分故障電流;顯然,金屬導管或金屬護套同PE母排或端子的連接線,應按該回路PE導體要求選擇截面積。
7、PE導體截面積選擇方法的合理性分析。
①在本文第2條PE導體截面積選擇的兩種方法,是國家標準和IEC標準規定的。顯然,按公式計算是科學的、合理的,符合規定時間內切斷故障電流的熱穩定要求;但是計算量大,費時費事,實際工程設計中都是按第二種方法,即查表1選擇。查表法十分簡單但不夠嚴謹,明顯不太合理,因為PE導體截面積和相導體截面積并不是這樣一種簡單固定的比例關系。
②我國電氣專家任元會經歷幾年研究,論證了按表1查得的PE導體截面積偏大,甚至太大,造成大量導體材料和電線、電纜的浪費;電氣研究了一套方法,按公式和式公式進行科學計算,編制出幾張表格,方便設計師使用,文章《電氣專家任元會談PE導體截面積選擇的創新》專題論證這種創新方法和結果。