3.1工程实例的单相接地故障电流
单相接地故障电流要按照相-保回路进行计算。当线路最末端发生单相接地故障(即图1中f1)时,该相-保回路中,共有高压系统、变压器、低压母线、低压电缆、灯头引接线等五种阻抗元件,单相接地故障电流:
Id=220/√(Rφp2+ Xφp2) ⑴
式中,Rφp——回路各元件相保电阻之和,即Rφp= Rφp.s+ Rφp.t +Rφp.m+ Rφp.l+ Rφp.x;Xφp——回路各元件相保电抗之和,即Xφp= Xφp.s+ Xφp.t +Xφp.m+ Xφp.l +Xφp.x。其中的Rφp.s、 Rφp.t、Rφp.m、 Rφp.l、Rφp.x,分别为前述的高压系统、变压器、低压母线、低压电缆、灯具引接线之相保电阻(Xφp含义类此,不重述)。
依照参考文献的表4-28~表4-34,就本工程实例而言:①高压系统Rφp.s=0.05mΩ,Xφp.s=0.53mΩ。②变压器Rφp.t=(33.68×3)/3=33.68mΩ,Xφp.t=(63.64×3)/3=63.64mΩ。③低压母线Rφp.m=0.372mΩ, Xφp.m=0.451mΩ。④低压电缆Rφp.l=2.699×990=2672.01mΩ, Xφp.l=0.192×990=190.08mΩ。⑤灯具引接线Rφp.x=20.64×10=206.4mΩ, 相保电抗Xφp.x=0.29×10=2.9mΩ。
因此,回路总相保电阻Rφp= 0.05+33.68+0.372+2672.01+206.4=2912.5(mΩ),总相保电抗Xφp=0.53+63.64+0.451+190.08+2.9=257.6 (mΩ)。于是,
Id=220V/√(2912.52+257.62)mΩ=220V/2923.9mΩ=0.075kA=75A,此即本工程实例中,线路尽头灯具处的单相接地故障电流值。
3.2不同电缆截面时的单相接地故障电流
为便于比较,把上述工程实例中的电缆,分别换用VV-5×25、VV-4×35+1×16、VV-5×35等不同截面的电缆,可求得不同情况下的单相接地故障电流(增减百分比均以原VV-4×25+1×16为比较基准),见表1。
表1 不同电缆截面时的灯具处单相接地故障电流
电缆截面 VV-5×16 VV-4×25+1×16 VV-5×25 VV-4×35+1×16 VV-5×35
回路相保阻抗(Ω) 3.51 2.92 2.34 2.63 1.74
接地故障电流(A) 63 75 94 84 126
故障电流增减 -16.0% 0% 25.3% 12.2% 68.0%
从计算过程及表1看出:①当路灯线路很长时,因回路阻抗较大,故其末端单相短路电流的数值较小(甚至不足100A),这样就不利于线路前端的短路保护电器(即图1中的“干线开关”)之动作。这也是路灯配电设计中值得关注的首要问题。②加大导线的截面(尤其是PE线的截面),可以显著增大单相接地故障短路电流。可谓“花钱不多,效果显著”,因此,它理应成为提高路灯短路灵敏度(稍后讲述)的首选措施。
3.3 L-N短路电流
对于发生概率很小的L-N短路,由于与单相接地故障同属单相短路,计算方法和公式也就基本相同,但其区别也是明显的:接地故障跟PE线重复接地电阻值大小有关,可由RCD来担当保护;而L-N短路则与接地电阻大小无关,也无法利用RCD的漏电保护功能来实施保护。
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