配电系统设计和防护方案.docx
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2020年入春之际，一场突如其来的疫情肆虐来袭，在这场没有硝烟的战役 中，火神山、雷神山医院无疑成为最大的英雄，“十天建成火神山医院”也成为 史无前例的建设奇迹！在这背后鲜为人知的是，作为维持医院高速不间断运行的 幕后功臣一一电力供应：为了保障电力供应的安全畅通，三天三夜为雷神山医院 通电，五天五夜为火神山医院通电，37小时为武汉最大方舱医院通电，高峰时 段投入15万余名保电人员、1000余辆应急发电车……电力供应的重要性可见一 斑试想一下，可谓在与时间赛跑的医疗场所中，一旦由于电力供应出现故障， 导致医疗设备瘫痪，带来的后果往往就是直接威胁患者的生命安全当今社会，电力供应已经融入到我们工作生活的方方面面，重要到我们已经习 以为常，一旦电力供应出现故障，往往就会带来巨大的经济损失以互联网时 代不可或缺的数据中心为例，根据波洛蒙研究所2017年发布的“数据中心成本 中断”报告中显示，2010年以来，平均每起电力故障停机事件成本为740357美 元，相当于每分钟损失成本近9000美元电力供应出现故障，导致断电等事故发生，进而影响电力可用性的原因众多， 一般包括配电系统设计存在缺陷，短路、过载、接地等引起线路故障……我们对 症下药，便能够找到提高电力可用性，保证电力供应安全通畅的措施。
基于EcoStruxure架构与平台，施耐德电气倡导覆盖上层主干路，下层分电 路及终端配电的完整产品，融合更多数字化应用，形成完整的解决方案，从配电 系统及架构设计出发，以高度信息化的资产管理方式，帮助用户时刻清晰掌握系 统及设备状态，预知风险，实现预防式维护，通过设备强大的数字化功能，快速 定位、分析故障，并恢复供电，满足设计院、盘厂、总包商及最终用户的不同需 求，进一步提高电力可用性，保障系统运行、各类生产或服务的高效可持续，从 而助力各行业企业免受电力中断带来的损失及风险那么，今天，我们就从配电系统及架构设计出发聊一聊电力可用性那些事儿一、完善的系统设计电力可用性的基础众所周知，完善的系统设计，为电力可用性提供基础按照负荷重要程度确 定供电方案，从源头确保供电连续；按照负荷数量及大小合理选择配电方式，分 配设备及线缆确保供电可靠同时，可靠的系统防护，为电力可用性增强保障 从单个回路来讲，提供可靠的过载、短路和绝缘故障保护，保障线路及设备安全； 从整个系统来讲，选择性及级联技术可把故障影响消除在最小范围内，而不对其 他回路造成影响配电系统的设计，可以从电源供应及配电方式上确保供电的连 续可靠。
1】按照负荷重要程度确定供电方案，从源头确保供电连续依据规范要求，负荷等级按照重要程度可分为一级负荷、二级负荷、三级负 荷对于一级负荷，应由两路市电进线供电，其中特别重要的负荷还必须增设应 急电源；对于二级负荷，应由两回路供电，供电变压器应有两台此外，在一、 二级负荷中，为了确保连续性，往往会使用自动转换开关缩短恢复供电时间普用发电顾耳|白南电.*凹携矗统I计旬机暮）通过对用电设备重要性进行划分，提供多回路及备用电源供电，这对于提高 供电连续性至关重要例如，在对于医疗服务连续性要求很高的医院工程中，通 过划分各类场所，分别提供相应的电源保障，避免因供电的不连续故障而对患者 生命安全构成威胁，医院电力主要是采用多回路供电：市政电网，备用发电机系 统，带电池的UPS，发电机或UPS的N+1原则提升了连续性，增强了电力可用性町昨蹈的值 的t同菁I 七蝎生垒 IT K咛貌段:特 ftft 1整也祜Iftftfl根据负荷重要性划分等级，使得重要场所的电力供应更加持续稳定，避免了 事故损失2】按照负荷数量及大小合理选择配电方式，分配设备及线缆确保供电可靠确定终端用电设备类型、数量及功率，选择合适的配电方式，进行负荷计算， 并在此基础上选择控制设备及线缆。
配电方式应实现供电可靠、操作方便灵活， 层级不宜超过三级我们常用的低压配电系统多为树干式与放射式相结合，通过合理分配分支线 路，采用适当的接地系统，使配电系统连续稳定工作二、可靠的系统防护电力可用性的保障在配电系统防护中，有一个元器件最为至关重要：配备在各级配电系统中的 断路器1】首先，从单个回路来讲，断路器可提供可靠的过载、短路和绝缘故障保护， 保障线路及设备安全断路器保护功能的核心在于脱扣器，我们以热磁断路器为例，最重要的两个 脱扣器：热脱扣器和电磁脱扣器，解决了电路的三大故障：过载、短路和绝缘故 障如图所示，断路器主触点通过手动或电动合闸后，被锁扣锁在闭合位置，电LI L2 L3代触点|'1曲ttt扣帆构①热脱招器②包磁脱扣器③失压脱拒器@分境聪扣器路正常工作当电路出现过载故障时，持续的过高电流使得热脱扣器的金属片受热向上弯 曲，一定时间后便能推动自由脱扣机构实现脱扣，这就是：过载长延时保护当电路出现短路或接地故障时，瞬间的高电流会使得电磁脱扣器因电磁吸力 将衔铁迅速吸合，同时顶开自由脱扣机构实现脱扣，这就是：瞬时动作保护上面我们看到，热磁式断路器实现了①过载长延时保护和②瞬时动作保护。
反应在I-t图上如下所示，即为：两段式也可称为非选择性两段式，一般用在 配电系统末端还有一种形式的断路器，在①过载长延时保护和②瞬时动作保护的基础上， 具有短时耐受功能，可实现③短路短延时保护反应在I-t图上如下所示，即为： 三段式也可称为选择性三段式，一般用在配电系统首端以上我们看到，断路器通过内置的脱扣器在各种故障下的动作，实现了对单个回 路的过载、短路和绝缘故障保护2】其次，从整个系统来讲，断路器间的选择性及级联技术可把故障影响消除 在最小范围内，而不对其他回路造成影响对于当前复杂的配电系统，很多上下级回路一起工作，如何保证故障保护只 使最小范围的回路断开，而不影响其他回路，从而最大程度保证供电的连续性 呢？这便是配电系统中断路器的选择性，艮即在故障发生时，只能由最靠近故障 点的上级断路器脱扣，非故障回路保持闭合持续供电选择性是如何实现的呢？第一，电流选择性上下级断路器的过载电流保护整定值不同，上级高于下 级，存在极差，容易实现过载保护的选择性I mA!r 3 Ir A Isc B电流差第二，时间选择性当电路出现短路或绝缘故障，瞬时大电流容易使得上下 级断路器同时瞬动，在这种情况下，在满足上下级电流极差的基础下，上级断路 器就要采用三段式保护断路器，设定短路短延时时间，大电流之下可以延时断开， 使得下级断路器优先断开。
如果上级断路器具有很强的短时承受能力，在下级断路器分断能力以下，延 时可以保证总是下级断路器先脱扣，我们称之为完全选择性反之，在上面示意 图中，只能在一定的过电流值以下能够保证下级先于上级脱扣的，我们称之为部 分选择性第三，逻辑选择性在上下级断路器满足电流及时间选择性的基础上，上下 级之间连接二次信号线，下级B检测到故障的同时能够发送信号至上级A，上级 A接收信号后可保持延时，等待下级B瞬动脱扣，如果上级A没有接收到信号， 则可瞬动脱扣逻辑选择性显著增强了上下级断路器可靠性，避免了越级跳闸第四，能量选择性当上下级断路器都为塑壳断路器或微型断路器，大电流 下瞬时动作，时间极差小在这样的情况下，只要上下级具有足够的电流极差， 则可采用能量的极差（Q=ft）实现选择性我们以最常用的施耐德电气产品解决方案为例，来看一看选择性在工程实例 中是如何应用的？在下面这个简化的三级配电示意图中，主配电柜采用三段式保护的框架式断 路器MTZ25H1+MIC5.0A，出线柜采用三段式保护的塑壳式断路器 NSX250N+MIC5.2A250，配电箱采用两段式保护的微型断路器iC65NC50MTZ25H1+ MIC5.0A断路器A <断路器日NSX250N MIC52A 250断路器C J 1C65N C50如何判断我们选配的断路器上下级选择性如何呢？施耐德电气产品配套了 完整的选择性表，可供我们快速查到断路器产品之间的选择性配合。
查下表可得，第一级框架式与第二级塑壳式的选择性配合为T（Total）， 可实现完全选择性，说明在第二级回路中若出现三大故障，都可以保证只是第二 级脱扣，保证第一级正常工作：Ug 或触"M .■Mitoi vuinMW~Gi 二. ■i3WTZl.■ngJ JhrH«；N*|1 wSDKIkdQMiijETEKL*1 / ■ , q. I. i. . w* j| ■.「切 ■I — gM -1i.wIl wMTawrr— ifSO12X dilXC K * lj« i~J :JU J^J项¥七 妈二nSAMG1*；?*»»0f7 1 ntwX t€ «
