關于 TN 系統中單極分斷能力問題的思考

這個問題源于 2010 年(nian)初(chu)有(you)人(ren)向法國電氣(qi)技(ji)術聯合會（UTE）提出(chu)的(de)(de)一個疑問，以及隨(sui)后被 NF C 15 – 100 標準（2013 年(nian) 5 月）修(xiu)訂案 4 引用的(de)(de)解釋性文件 15 – 100 F13 中的(de)(de)回復(fu)：在TN系統的(de)(de)電氣(qi)裝置(zhi)中，應(ying)如何選擇短路保(bao)護設備的(de)(de)分斷能(neng)力？

除了第 533.3.1 條(tiao)的(de)(de)要求外，保護裝(zhuang)置還必須能夠在相電(dian)壓與(yu)中性線之間的(de)(de)電(dian)壓下，單(dan)極(ji)切斷故障電(dian)流。

提出(chu)這(zhe)一要求的故(gu)障(zhang)(zhang)情況是指僅(jin)在(zai)(zai)一相與地之間的故(gu)障(zhang)(zhang)，無論電(dian)路(lu)是四線(xian)、三線(xian)、二(er)線(xian)還是單(dan)相。在(zai)(zai)所有這(zhe)些(xie)情況下，保(bao)護裝置僅(jin)在(zai)(zai)單(dan)極(ji)上承(cheng)受負荷，并(bing)且該極(ji)兩端的電(dian)壓(ya)為電(dian)路(lu)的相電(dian)壓(ya)。

因此(ci)，問(wen)題在(zai)于如何進行這種驗證。自 2015 年 7 月起，FD C 15 – 500 文件的(de)第 9.5 段提供了第一個關鍵要(yao)素，明確(que)了進行此(ci)項驗證時(shi)應考慮的(de)最大故障電流：

TN 系統中最大故障電流 Iefmax 的計算

計算該短路電流是為了確定所需的單極分斷能力。在相與PE導體或PEN導體之間發生短路的情況下，Iefmax 等于：

并且必須滿足：?Iefmax?< (在 Un/√3 電壓下的單極分斷能力) 如果等式左邊的值確定了，那么就只剩下確定等式右邊的值。但這正是問題的難點所在。 首先排除答案較為明確的情況：

  • S 是導體的橫截面積，單位為 mm2。
  • K 是一個系數，它考慮了導體材料的電阻率、溫度系數、耐熱性能，以及導體的初始溫度（對于有負載的導體或電纜內的保護接地導體 PE，初始溫度為長期運行時線芯的最高溫度；對于單獨的 PE，初始溫度為環境溫度）和最終溫度（短路時線芯的最高溫度 ）。

該標準(zhun)定(ding)義了一種用(yong)于確定(ding)相間(jian)電(dian)壓下單極分斷(duan)能力（IIT）的測試(shi)方法(fa)，這在 IT 系統的電(dian)氣裝置(zhi)中(zhong)很有用(yong)。當然，這個(ge)值可以在TN系統中(zhong)使(shi)用(yong)，但(dan)由于測試(shi)電(dian)壓較高，在大(da)多數(shu)情(qing)況下，這個(ge)值過低而(er)無(wu)法(fa)使(shi)用(yong)。

另一方面，NF EN 60947 – 2 標(biao)準沒有規定在相電壓下進(jin)行(xing)同樣類型(xing)的測試。因此，我(wo)們所需要(yao)的單(dan)極分斷能力值并(bing)非在制造商的技術資料(liao)中都能找到。

相關問題：如(ru)果有相電壓下的單(dan)極分斷能(neng)力(li)值(zhi)，那么當(dang)極限分斷能(neng)力(li)是通(tong)過(guo)派(pai)生得(de)到（這個問題(ti)在(zai)(zai) IIT 中(zhong)不存在(zai)(zai)，因為 IT 系統(tong)中(zhong)不允許派(pai)生），或(huo)者在(zai)(zai)與隔(ge)離(li)開關(guan)配合時，該如(ru)何處理呢(ni)？

當前情況

自從在標準(zhun)中加入 TN 系統相電壓下單極分斷能力的驗證要求以來，已(yi)經與制造商(shang)聯合(he)會、軟件開發商(shang)以及相關的國家標準(zhun)化(hua)機(ji)構進行了(le)多次(ci)討論。然而，到目前為止，在這個問題(ti)上(shang)還沒有確定的官方(fang)立場。

近年來，法(fa)國(guo)(guo)斷路器制(zhi)(zhi)造商應用戶和軟件開(kai)發商的要(yao)求，在(zai)大多數情況下(xia)會在(zai)其技(ji)術文檔中提供相關(guan)(guan)數據。但外國(guo)(guo)制(zhi)(zhi)造商提供相關(guan)(guan)數據的情況較少，這(zhe)可能是因為 TN 系統(tong)相電壓(ya)下(xia)單極分斷能力的驗證要(yao)求（其技(ji)術相關(guan)(guan)性已得到(dao)證實）僅在(zai)法(fa)國(guo)(guo)標準(zhun)中有明確規定，而在(zai)等效(xiao)的 IEC 或(huo) CENELEC 標準(zhun)中并未明確規定。

關于這個問題的一些思考

3P、4P 和無“縮小”相極的 3P + N 斷路器：從(cong)邏(luo)輯上(shang)講(jiang)，相(xiang)電壓下(xia)(xia)(xia)單(dan)極(ji)分斷(duan)(duan)能力(li)應(ying)等于相(xiang)間(jian)電壓下(xia)(xia)(xia)的(de)極(ji)限(xian)分斷(duan)(duan)能力(li)，就像 NF C 15 – 100 標(biao)準（533.3.1）中(zhong)對相(xiang)間(jian)電壓下(xia)(xia)(xia)單(dan)極(ji)分斷(duan)(duan)能力(li) IIT 的(de)注(zhu)釋所寫：“在(zai)沒有(you)更(geng)精確信息的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)(xia)(xia)，可(ke)(ke)以(yi)認(ren)為三極(ji)和四(si)極(ji)設備在(zai)相(xiang)間(jian)電壓下(xia)(xia)(xia)單(dan)極(ji)分斷(duan)(duan)能力(li)至少(shao)等于在(zai) √3? 倍相(xiang)關電路標(biao)稱電壓下(xia)(xia)(xia)的(de)三相(xiang)極(ji)限(xian)分斷(duan)(duan)能力(li)”。這樣的(de)提議可(ke)(ke)以(yi)解(jie)決(jue)許多實際問題(ti)。

有“縮小”相極的 3P + N、2P 和 1P + N 斷路器：只有制造商能夠提供相關數據。

派生或配合的使用：同(tong)樣，只有制造商能夠提供相關數據。

我們也(ye)希(xi)望 IEC 60947 – 2 標(biao)準的(de)下一次更新能夠納(na)入確定相電壓下單極分(fen)斷能力的(de)測試方(fang)法。

Trace Software 的立場

作為電氣設計(ji)軟件的(de)開發商，一(yi)旦用(yong)戶選擇(ze)了設備型號(hao)，對 TN 系統相電壓下單極分斷(duan)能力的(de)驗(yan)證(zheng)就必不可少。如果我們有制(zhi)造(zao)商提供(gong)的(de)相關數(shu)據，自然會進行驗(yan)證(zheng)。

在無(wu)法獲(huo)取這些數據的情況下(xia)，我們不應 “視而不見”，也不應建議用(yong)戶(hu)這么做。因此(ci)，軟件將會顯示(shi)一個錯(cuo)誤提(ti)示(shi)。如果(guo)用(yong)戶(hu)向制造商咨詢(xun)該情況并得到(dao)相關(guan)說明，那么用(yong)戶(hu)就可以對這個錯(cuo)誤提(ti)示(shi)作出合理(li)的解釋。

關于 elec calc?

elec?calc??電氣軟件是一款專家級的電力、源網荷儲、微電網及供配電系統設計仿真計算軟件，集系統設計(ji)(ji)、計(ji)(ji)算(suan)于一(yi)體，高(gao)效設計(ji)(ji)出完全符合(he)標準的(de)電(dian)力和(he)供配(pei)電(dian)系統；計(ji)(ji)算(suan)結果(guo)可(ke)直接用于實際工程、設備選型，整定值可(ke)指導現場的(de)安裝和(he)調試；也可(ke)用該軟件(jian)來(lai)校(xiao)核(he)和(he)優化(hua)現有的(de)配(pei)電(dian)系統；還(huan)可(ke)用其來(lai)研(yan)究配(pei)電(dian)系統的(de)短路電(dian)流、相關(guan)電(dian)氣參(can)數(shu)，對系統未來(lai)的(de)運行狀況測試和(he)仿真。

其特點有：智(zhi)能系統圖繪制，可實時計(ji)(ji)算：短路電流(liu)、潮流(liu)分析、三相平衡、無功補償、弧閃(shan)分析、電纜選型、電纜載(zai)流(liu)量(liang)，實現(xian)系統多運行方式仿真計(ji)(ji)算，自動生(sheng)成計(ji)(ji)算書，系統單(dan)(dan)線圖，設(she)(she)備清單(dan)(dan)等結果輸出(chu)，適用于(yu)工業，數據中心(xin)，基礎設(she)(she)施(shi)等行業的電氣設(she)(she)計(ji)(ji)與計(ji)(ji)算。