低压配电系统电气安全解决方案

日期：2023-06-21 来源：安科瑞电气股份有限公司 作者：陈燕清

2023

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16:25

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摘要：供配电系统电气安全解决方案主要包括绝缘监测、短路保护和漏电监测，以保护电气设备的安全可靠运行和人身安全为主。针对低压配电系统中IT、TT、TN等不同接地形式，提供直接或者间接触电保护，防止人身意外触电以及设备损坏事故，最大限度确保人身安全和设备连续安全可靠运行。中压供配电系统(35kV以下)中以保护设备为主。

1 低压配电系统电气安全解决方案

对于需要保证供电连续性和安全性使用IT系统的场所，装设绝缘监测仪，实时在线监测系统对地绝缘状况，当发生绝缘电阻下降，发出声光告警，提示工作人员排查故障，也可通过定位装置定位故障回路。

对于因线路短接，线路过载，绝缘层老化等原因导致的相与相短路，相与地短路故障，装设电气防火限流式保护器抑制短路火花的产生，避免火花溅射到易燃物引起电气火灾。

对于因绝缘老化破裂、温度过高热击穿、电弧烧灼、过分潮湿等原因导致的漏电电流产生，装设剩余电流动作继电器，及时报警并切断电源，避免出现人身触电伤亡事故。

根据国际电工委员会（IEC）标准规定：低压配电接地、接零系统分为IT、TT、TN三种基本形式。TN分为TN-C，TN-S，TN-C-S三种派生形式。

电源侧的接地称为系统接地，负载侧的接地称为保护接地，负载侧的接零

为保护接零。

第一个字母表示电源中性点与地的状态：

T-表示电源中性线工作直接接地；

I-表示电源中性线不接地或采用高阻抗接地。

第二个字母表示负载侧与地的状态：

T-表示负载侧保护接地；

N-表示负载侧保护接零；

第三个字母C-表示中性线（N线）与保护零线（PE线）共用，S-表示分开；

第四个字母S-表示中性线（N线）与保护零线（PE线）分开。

1.1 低压配电系统的几种基本形式：

1.2 发电-供配电系统的组成：

2 AIM-M系列医疗IT绝缘监测及故障定位

2.1 医疗电气安全的重要性：

现在西医的诊断和治疗，几乎离不开各种先进的医疗设备。与此同时，越是先进的诊疗手段，越需要安全的供电保障。

2.2 电流的大小对人体的伤害程度比较

在分析电流对人体的伤害时，需要注意“病患与普通人”差异。当人体意外接触带电金属或者导体，30mA左右电流会对人体造成永久性的伤害。

在重症病房、手术室、育婴房或者在诊疗室（例如：血透室，血液病房），当各类维生或者治疗设备的导管插入病患身体时，体感的门限值就降低到10微安。

2.3 TN系统的缺点与IT系统的优点

TN系统中，当发生火线接地故障时，零火线对地短路，断路器跳闸，影响供电的连续性。

任何用电设备由TN系统供电，都会产生一定的漏电，这对工作人员和操作人员构成威胁。

如果设备漏电流过大，超过漏电流保护断路器动作电流，则断路器跳闸，同样影响供电的连续性。

IT系统中，当发生任意一根火线接地故障时，绝缘监测仪报接地故障，但断路器不会跳闸，系统可以带故障继续运行。

由于系统不接地，人站在大地上，不小心碰触到任何一根火线，都不会触电。

国家标准要求，医疗场所的IT系统的输入输出端断路器，不允许带过载保护功能，过载不断电。

为提高医疗供电的安全性和可靠性，国家相关标准和规范都有明确的条文要求：医疗2类场所重要设备要用IT系统供电，IT系统配置绝缘监测装置。

2.4 医疗场所的划分 GB16895.24-2005附录

2.5 医疗II类场所隔离电源的供电范围

710.413.1.5 标准中指明的医用隔离电源的用途：

在2类医疗场所内，医疗IT系统应该用于维持生命的、外科手术的和其他位于“患者区域”内的医疗电气设备和系统的供电回路，不包括以下有标准 713.413.1.3 指明的设备，如：

手术台驱动机构的供电回路；

X光机的回路；

额定功率大于5kVA的大型设备的回路；

不重要的电气设备（不是用于维持生命的回路。

这些设备应采用额定剩余动作电流不超过30mA的剩余电流动作保护器。

2.6 医用隔离电源系统组成

医用隔离电源系统就是通过医用隔离变压器的隔离，将接地系统（TN-S系统）转接成不接地系统（IT系统）来为重要的医疗设备供电。所以，医用隔离变压器是关键器件，要满足国家标准。

2.7 II类医疗场隔离电源主要为哪些负载供电？

GB 16895.24-2005 《建筑物电气装置第7-710部分：特殊装置或场所的要求-医疗场所》。

1）当隔离变压器以额定电压和额定频率供电，空载时出线绕组没得的对地泄露电流和外护物的泄露电流均不应超过0.5mA。

2）用于移动和固定式设备的医疗IT系统应采用单相变压器，其额定输出容量不应小于0.5kVA，但不应超过10kVA。

3）如果也需要通过IT系统供电给三相负荷，则应采用单独的三相变压器供电，其输出线电压不应超过250V。

说明：1）限制隔离变压器的最大容量，减少系统分布电容引起的泄露电流。2）不允许直接用三相变压器给所有单相和三相医疗设备一起供电，如果给单相设备供电，势必要引出中性线，这在医疗IT中是不允许的；3）三相变压器线电压不能超过250V。

医疗IT智能绝缘监测仪

2.8 医疗IT测试信号发生器和绝缘故障定位仪

2.9 医疗IT智能报警与显示仪

2.10 医用剩余电流监测仪和智能插座箱

2.11 医疗隔离电源手术室解决方案

2.12 医疗隔离电源四件套

2.13 医疗隔离电源五件套

2.14 医疗隔离电源ICU重症监护室解决方案

2.15 医用隔离电源系统组成

2.16 医疗隔离电源带剩余电流监测方案

2.17 医疗隔离电源柜成套整柜

2.18 医疗隔离电源集中监控方案

2.19 医疗隔离电源集中监控方案

2.20 医疗隔离电源系统安装实例

2.21 医疗IT隔离电源典型项目案例

3 AIM-T系列工业IT绝缘监测及故障定位

3.1 工业重要生产场所采用IT配电系统

自第一次工业革命开始，人类社会进入工业时代。随着工业科技的发展，漏电流对工业生产安全构成了很大的威胁。为了提高供电的连续性、可靠性和安全性，许多重要生产场所也采用了IT配电系统（不接地供电系统）。

安科瑞工业绝缘监测及故障定位产品主要应用于工业领域，如矿井、矿山、玻璃厂、电炉和试验设备、船舶、海上平台、岸电、冶金厂、化工厂、爆炸危险场所、计算机中心以及应急电源等。通常装设绝缘监测仪用来实时监测系统对地的绝缘状况，当系统出现接地故障时，及时报警，提醒并排查故障。

3.2 工业IT绝缘监测及故障定位产品相关标准

GB 50058-2014中5.5爆炸性环境接地设计中提到：TN系统只允许使用TN-S系统，TT系统应设置剩余电流动作继电器，IT系统应设置绝缘监测装置。

GB 50070-2009中4.1.3井下低压配电系统接地型式应采用IT系统，配电系统不宜引出N线。

GB 51348-2019 民用建筑电气设计标准中4.9.1中第4条规定：交流操作电源为AC220V，应具有双电源切换装置，控制电源采用不接地系统，并设有绝缘检查装置。

3.3 工业IT绝缘监测产品

3.4 工业IT绝缘监测及故障定位产品

3.5 工业IT绝缘监测用耦合仪

3.6 工业IT绝缘监测系统设备Acrel-2000L/A

3.7 工业IT绝缘监测及故障定位产品具体构成

3.8 工业IT绝缘监测及故障定位拓扑结构图

3.9 工业IT绝缘监测仪接线方法

3.10 工业IT绝缘监测仪应用方案

3.11 工业IT绝缘监测及故障定位产品上图案例

3.12 工业IT绝缘监测及故障定位产品典型项目及应用

4 ASCP系列电气防火限流式保护器

4.1 国内电气火灾统计和分析

4.2 传统短路保护手段及解决方法

传统保护方式采用电磁脱扣式断路器，检测到短路时，脱扣器动作，分断时间在毫秒级，无法有效抑制短路电流。最好的方式是采用响应速度快的限流技术和器件。

4.3 ASCP200-20D电气防火限流式保护器

主要功能:

1) 短路限流：当线路发生短路故障时，能在150μs内实现快速限流保护，抑制因短路电流过大所引起的电气火灾事故。

2)过载限流：当被保护线路的电流超过额定电流，线路过载且过载持续时间超过设定时间（3-60秒）时，保护器进行限流保护。

3)超温限流：当保护器的内部元器件温度超过设定值时，产品启动超温限流保护功能，防止因温度过高造成产品损坏。

4) 通讯功能：一路RS485接口，Modbus-RTU协议。

4.4 ASCP200-40B/40D电气防火限流式保护器主要功能

主要功能:

1) 短路限流：当线路发生短路故障时，能在150μs内实现快速限流保护，抑制因短路电流过大所引起的电气火灾事故。

2)过载限流：当被保护线路的电流超过额定电流，线路过载且过载持续时间超过设定时间（3-60秒）时，保护器进行限流保护。

3)超温限流：当保护器的内部元器件温度超过设定值时，产品启动超温限流保护功能，防止因温度过高造成产品损坏。

4)过/欠压保护：当保护器检测到线路电压欠压或过压时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。

5)线缆温度监测：当被监测线缆温度超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。

6) 漏电流监测：当被监测的线路漏电超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。

7)通讯功能：具有1路RS485接口，1路无线通讯，2G/4G或者NB-IoT，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。监控后台可以是安科瑞Acrel-6000/B电气火灾监控主机，也可以是安科瑞Acrel-6000安全云平台，或第三方监控软件或平台。

4.5 ASCP200-63D、ASCP500主要功能简介

ASCP200-63D功能:

短路限流、过载限流，超温监测、线缆温度监测、漏电流监测，rs485通讯，无线通讯（NB-IoT/4G）。

ASCP500功能:

6个限流单元，短路限流、过载限流，超温监测、线缆温度监测、漏电流监测，RS485通讯，无线通讯（选配4G）。

4.6 ASCP200-40B-YSX实际演示效果

4.7 ASCP系列电气防火限流式保护器安装与接线

接线说明：

1）保护器后方可接多个负载，需要保证负载的额定电流小于保护器的额定电流。

2）ASCP200-20D为简易型。ASCP200-40B为功能型，标配温度监测和漏电流监测。

4.8 ASCP系列电气防火限流式保护器典型系统图

4.9 安全用电管理云平台电脑端网页显示

4.10 安全用电管理云平台手机端APP显示

4.11 相关标准和规范

4.12 补充说明：故障电弧探测器、保护器

4.13 补充说明：电瓶车，电动车充电桩

AEV系列产品功能

智能监测，

智能计量，

云平台，

防雷保护、过载保护、短路保护和漏电保护，

远程升级

适配所有符合GB/T 20234.2-2015国标的电动汽车

产品全部由中国平安保险承保。

ACX功能：

智能监测，智能计量，投币，

刷卡、扫码、远程升级、云平台管理。

4.14 ASCP系列电气防火限流式保护器上图示例

4.15 ASCP系列电气防火限流式保护器典型应用

4.16 ASCP系列电气防火限流式保护器使用实例

5 ASJ系列剩余电流动作继电器

5.1 剩余电流概念、剩余电流和零序电流的区别

零序电流

在三相线路中各装一个电流互感器（CT），或让三相线路一起穿过一个零序CT，也可在中性线N上安装一个零序CT，利用这些CT来检测三相电流的矢量和，即零序电流Io*，IA*+IB*+IC*=Io*，当线路上所接的三相负荷完全平衡时（无接地故障，且不考虑线路、电器设备的泄漏电流），Io*=0；当线路上所接的三相负荷不平衡，则零序电流为不平衡电流。

剩余电流（漏电流）

具体做法是在被测的三相线路上与N线上各装一个CT，或让三相导线与N线一起穿过一个剩余电流CT，得到三相导线与中性线N的电流矢量和IA*+IB*+IC*+IN*，当没有发生单相接地故障时，无论三相负荷平衡与否，则此矢量和为零；当发生某一相接地故障时，故障电流中会通过保护PE及与地相关连的金属构件回到电源，即IA*+IB*+IC*+IN*，此时数值为接地故障电流Id。

5.2 为什么需要剩余电流继电器？

一、对直接接触电击事故的防护

对直接接触电击事故的防护中，剩余电流继电器（RCD）只作为直接接触电击事故基本防护措施的补充保护措施（不包括对相与相、相与N线间形成的直接接触电击事故的保护）。

用于直接接触电击事故防护时，应选用无延时的RCD，额定动作电流不超过30mA。

二、对间接接触电击事故的防护

间接接触电击事故防护的主要措施是采用自动切断电源的保护方式，以防止由于电气设备绝缘损坏发生接地故障时，电气设备的外露可接近导体持续带有危险电压而产生有害影响或者电气设备损坏事故，当电路发生绝缘损坏造成接地故障，接地故障电流值小于过电流保护装置的动作电流值时，应安装RCD。

总结：能够大大减少用电事故，保障人民的生命及财产安全。

直接接触电击：直接接触电击是触及设备和线路正常运行时的带电体发生的电击(如误触接线端子发生的电击)，也称为正常状态下的电击。

间接接触电击：间接接触电击是触及正常状态下不带电，而当设备或线路故障时意外带电的导体发生的电击(如触及漏电设备的外壳发生的电击)，也称为故障状态下的电击。人体承受小于正常的工作电压，如人体电压＜相压220V，接触带电的外壳等。其危险性也较大。

5.3 间接接触电击和直接接触电击

5.4 应安装剩余电流继电器的设备和场所

一、末端保护

下列设备和场所应安装末端保护剩余电流继电器：

1）术语I类的移动式电气设备及手持式电动工具；

2）工业生产用的电气设备；

3）施工工地的电气机械设备；

4）安装在户外的电气设备；

5）临时用电的电气设备；

6）机关、学校、宾馆、饭店、企事业单位和住宅等除壁挂式空调电源插座外的其他电源插座或插座回路；

7）游泳池、喷水池、浴室、浴池的电气设备；

8）安装在水中的供电线路和设备；

9）医院中可能直接接触人体的医用电气设备；

10）农业生产用的电气设备；

11）水产品加工用电；

12）其他需要安装RCD的场所。

二、线路保护

低压配电线路根据具体情况采用二级或者三级保护时，在电源端、负荷群首端或线路末端（农业生产设备的电源配电箱）安装RCD。

5.5 剩余电流继电器的相关规范标准

5.6 ASJ系列剩余电流动作继电器产品选型

说明：AC型剩余电流继电器: 对突然施加或缓慢上升的剩余正弦交流电流能确保脱扣的剩余电流继电器（正弦交流）

A型剩余电流继电器：对突然施加的或缓慢上升的剩余正弦交流电流和剩余脉动直流电流能确保脱扣的剩余电流继电器（正弦交流&脉冲直流）

5.7 ASJ系列剩余电流动作继电器配套互感器选型

说明：

剩余电流互感器选型时不仅要注意型号，还要注意互感器的孔径和额定电流，以防出现回路无法穿入互感器，额定电流不满足的情况。

5.8 ASJ系列剩余电流动作继电器安装方法

5.9 电气防火限流式保护器新产品及规划

5.10 ASJ系列剩余电流动作继电器应用方案

说明：

1）应用于交流400V及以下配电出线回路；

2）配合带有分励脱扣功能的断路器使用，实现接地故障保护功能；

3）可以实现分级保护，上级漏电流动作值大于下一级，上一级动作时间长时下一级；

4）额定剩余动作电流应该充分考虑系统正常泄漏电流值。根据经验：

单相回路：I△n ≥In /2000(照明）

三相回路：I△n ≥In /1000(动力或动力照明混合）。

5.11 ASJ系列剩余电流动作继电器上图方案

5.12 ASJ系列剩余电流动作继电器常见问题

采集企业电、水、燃气等能源消耗，进行分类分项能耗统计，计算单位面积或单位产品的能耗数据以及趋势，对标主要用能设备能效进行能效诊断，计算企业碳排放，为企业制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持1、漏电互感器里面穿几根线？能不能穿一根火线？能不能只穿A B C三根火线？

答：三相四线的系统中，应该穿4根线。不能只穿一根火线，A,B,C,N都穿过漏电流互感器。所以选型时应该根据现场的线径、额定电流选择合适孔径的互感器。

2、现场三相四线电缆很粗，能否在每相上套一个测量互感器，然后四个互感器二次侧再穿过小孔径的漏电互感器后接入剩余电流继电器？

答：不推荐。这种方案下，大功率的高频设备在启动瞬间，三相四线上测量互感器输出的电流矢量和并不为零（直接实测为0），容易导致误动作跳闸。

3 、改造项目可否采用开口式漏电互感器？

答：对于改造项目，如果线路的线径不太大，可以采用开口互漏电互感器，但是开孔式互感器测量精度较差，另外ASJ剩余电流继电器硬件采样电阻也需要调整。目前漏电开口互感器最大孔径为L100，大于这个孔径要求的不再建议使用开口互感器。

5.13 ASJ系列剩余电流动作继电器典型项目

5.14 ASJ系列剩余电流动作继电器典型案例

5.15 扩展 ASJ系列多回路剩余电流监测仪

ASJ60-LD16A剩余电流监测仪适用于交流额定电压为400V及以下的配电线路中使用，用于监测线路中的剩余电流，作为剩余电流式火灾监控装置。可与低压断路器和低压交流接触器组成组合式剩余电流保护装置，用来对电气线路进行接地故障保护，防止接地故障电流引起的设备损坏和电气火灾事故，或用来对人身触电危险提供间接接触保护。

该产品可应用于石油化工、工业厂房、大型公建、幼儿园、敬老院等场所的配电箱内，也可应用于路灯、庭院灯、景观灯的配电箱内，进行漏电或接地故障监测。

5.16 ASJ系列多回路剩余电流监测仪功能说明

剩余电流监测。可以实时监测TN-S、TT系统配电回路的剩余电流，每只剩余电流监测仪最多可监测16个回路，监测范围是1mA~30A。

DI输入功能：两路DI输入，可以接入水浸或者其他开关状态监测。

预警功能。监测仪配置1路预警继电器，当任意回路剩余电流超过设定值时预警继电器报警动作，一般接报警灯或者蜂鸣器。

报警功能。监测仪配置16路报警继电器，当某个回路剩余电流超过设定值时报警继电器报警动作，一般接断路器脱扣线圈

声光报警：监测仪监测到报警信息后，可以发出声光报警，提醒工作人员线路故障，应排查故障。

自检、复位、消音功能。监测仪具备一键自检、复位、消音功能，按下自检按键可以查看监测仪硬件是否正常，发生故障时可以按下消音，故障解除后可以按下复位。

事件记录。装置存储50条事件记录，可供用户查询。

通讯功能。装置配置RS485通讯接口，Modbus-RTU协议，可以远程读取相关数据。可选配无线通讯模块，无线方式将数据发送到云平台。