許士驊

(中國建筑設(shè)計研究院有限公司，北京100044)

0 引言

在一些工程的電氣設(shè)計中，筆者發(fā)現(xiàn)設(shè)計人員有時候容易忽視間接接觸防護靈敏度的校驗。雖然有一些設(shè)計方法可以讓靈敏度滿足規(guī)范要求，但是在考慮配電方案時，還是應當提前規(guī)劃，以達到配電方案合理的目的。

在設(shè)計中，電氣設(shè)計人員在考慮間接接觸防護靈敏度的電纜長度時，經(jīng)常查閱以下兩種資料，一是《施耐德電氣裝置應用(設(shè)計)指南》中的圖表F41(以下簡稱“圖表F41”)，另一個是《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》第四版下冊第966頁的表11.2-4(以下簡稱“表11.2-4”)。

1 《施耐德電氣裝置應用(設(shè)計)指南》中的圖表F41

在表11.2-4發(fā)布以前，圖表F41把稍微復雜的靈敏度計算變成了相對簡單的查表，一直是設(shè)計人員的一個很方便的設(shè)計工具，見圖1。

在這個圖表41之前，也給出了相應的計算公式，TN系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)回路最大長度由式(1)確定。

式中，Lmax為回路最大長度，m；U0為相電壓，230V(對230/400V系統(tǒng)而言)；ρ為在正常工作溫度條件下的電阻率，Ω·mm2/m(銅為 22.5×10-3，鋁為 36×10-3)；Ia為斷路器瞬時動作的跳閘電流整定值或保證熔斷器在規(guī)定時間內(nèi)熔斷的電流。

式中，Sph為回路相線的截面，mm2；SPE為回路PE線的截面，mm2。

然而筆者在驗算過圖表F41中的數(shù)字時，發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果有一些偏差。根據(jù)公式計算出來的結(jié)果見表1中相對靠下的一行。經(jīng)過進一步計算，筆者發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果與原表中數(shù)據(jù)的比值基本都有1.225倍左右的偏差。至于偏差原因，在式(1)和下面的注釋中并未找到相關(guān)內(nèi)容。由于此公式并未考慮GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》中第6.2.4條:當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍。6.2.4條的條文說明中，敘述了斷路器制造誤差為±20%，再加上計算誤差、電壓偏差等因素，故選定了1.3倍的可靠系數(shù)。這里的1.225倍是否就是考慮了類似的情況也未可知。

另外，同是電阻率，圖表F41中采用的數(shù)據(jù)是0.0225 Ω·mm2/m，表 11.2-4中采用的數(shù)據(jù)是0.0172Ω·mm2/m，同樣是銅的電阻率，筆者認為兩者不應有如此大的偏差。這兩者比值約是1.3倍，但是前者未考慮溫度系數(shù)1.5，那么取值1.3倍是否也考慮了類似修正也未可知。

圖1 《施耐德電氣裝置應用(設(shè)計)指南》中的圖表F41

圖表F41中數(shù)據(jù)與計算結(jié)果表1

2 《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》第四版下冊第966頁的表11.2-4

與圖表F41相比，《配電手冊》第四版中對間接接觸防護的計算公式11.2-7進行了修正，在第995～966頁中如式(2)所示。

式中，0.8～1.0為電源側(cè)阻抗系數(shù)，是考慮接地故障回路省略變壓器阻抗和高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗導致的誤差進行的修正，當故障點遠離配電變壓器、線路截面積較小、變壓器容量較大時，取高值(如0.95～1.00)，反之，取較低值；1.5為由于短路引起發(fā)熱，電纜電阻的增大系數(shù)；U0為相對地標稱電壓，V；S為相導體截面積，mm2；k1為電纜電抗校正系數(shù)，當S≤95 mm2時，取1.0，當S為120 mm2和 150 mm2時，取 0.96，當 S≥185 mm2時，取0.92；k2為多根相導體并聯(lián)使用的校正系數(shù)；n為每相并聯(lián)的導體根數(shù)；ρ為20℃時的導體電阻率，Ω·mm2/m；L為電纜長度，m；m為材料相同的每相導體總截面積(Sn)與PE導體截面積(SPE)之比。

電纜長度的最大允許值:采用斷路器保護時，最小接地故障電流Ik必須大于斷路器的瞬時過電流脫扣器整定電流Iset3，為可靠動作，按式(2)計算最大允許長度L時，還應除以krel、kop兩個系數(shù)。krel為斷路器瞬時脫扣器誤差系數(shù)，電磁脫扣器為1.2，電子脫扣器為1.1；kop為斷路器動作系數(shù)(多極斷路器單極過電流對脫扣特性的影響)，三極和四極斷路器為1.2倍約定脫扣電流；二極斷路器為1.1倍約定脫扣電流。

把式11.2-7即式(2)下方說明中的相關(guān)系數(shù)一并整理到式(2)中，最終得到式(3)。

而計算結(jié)果也直接在《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》第四版下冊第966頁的表11.2-4中給出了相關(guān)數(shù)據(jù)(表2)。

用斷路器作間接接觸防護時銅芯電纜最大允許長度/m 表2

從公式本身來看，式(3)和施耐德的公式都表示是出自IEC的相關(guān)標準，但是為什么同一出處會出現(xiàn)兩個有偏差的公式?原因不得而知。

筆者認為，式(3)更科學一些，不僅考慮了1.5倍的溫度系數(shù)，也考慮了斷路器的相關(guān)修正，同時表2中由于已經(jīng)計算了不同相截面與PE截面的關(guān)系，在查找25mm2及以上規(guī)格電纜的數(shù)據(jù)時，不用再重新計算0.67倍的系數(shù)，無疑也比圖表F41更方便一些。但是經(jīng)過簡單的計算，筆者發(fā)現(xiàn)式(3)的計算結(jié)果仍然與表2不完全對應，見表3中相對靠下的一行所有黑體字。

經(jīng)過反復的計算，筆者認為1.5mm2和2.5 mm2這兩行的偏差原因是kop取1.1，同時計算結(jié)果向右偏移了一列導致的；自25 mm2這一行開始，向下所有數(shù)據(jù)有偏差的，均是m值的取值不同導致的，筆者的黑體字計算結(jié)果是嚴格按照說明計算得出的，而原表中數(shù)據(jù)是按照m＝2計算得出的。

3 綜合圖表F41和表11.2-4后的結(jié)果

經(jīng)過上述分析筆者認為，設(shè)計師無論采用圖表F41還是表11.2-4在數(shù)值上均有一定欠缺，所以還是決定調(diào)整一版數(shù)據(jù)，在總體架構(gòu)上采用表11.2-4的結(jié)構(gòu)和計算公式，在電流取值上采用圖表F41的數(shù)值。經(jīng)過綜合后的數(shù)據(jù)見表4和表5。

用斷路器作間接接觸防護時銅芯電纜最大允許長度(驗算值)/m 表3

續(xù)表3

用斷路器作間接接觸防護時銅芯電纜最大允許長度(綜合圖表F41和表11.2-4后) 表4

綜合圖表F41和表11.2-4后的結(jié)果(續(xù)表) 表5

4 結(jié)束語

通過一些簡單的驗算，筆者對圖表F41和表11.2-4均有一些疑惑之處，所以重新計算了表格數(shù)據(jù)。希望這個表格能在設(shè)計工作中給各位設(shè)計師帶來一些方便，這也是筆者的初衷。