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摘要：本文以南昌县文化中心建设项目工程为例，针对其中档案馆的特点及功能要求，分析低压配电方案及电压损失、接地故障保护等问题，并提出了保护装置拒动时的三种解决方式，以使设计更优化、更合理。
关键字：综合接地、档案馆、负荷等级、电压损失、接地故障保护
一、工程概况
南昌县文化中心建设项目基地总用地面积143305.26㎡（约214.96亩）。位于东祥路（原抚生路）以东、抚河故道以西、汇仁大道以南、小蓝大道以北地块。地块内主要设置文化活动中心、档案馆、图书广电中心、艺术展览馆中心、剧院、两栋独栋配套、两栋值班室及地下停车库。以场地中央的月牙池为核心，五栋建筑由北到南依次延展开来。
档案馆按照使用需求布置各功能用房，总建筑面积7347.33㎡,为地上四层建筑。入口大厅中轴对称，由两侧走廊和垂直交通可进入到各层档案阅览室、库房及技术用房。在平面布局中将外来人群使用频率比较大的展厅、阅览室等用房布置在首层西侧主入口大厅附近；内部人员使用率较高的档案处理技术用房，布置于首层东侧，临近档案入口。二层、三层均布置档案库房及资料室；四层布置内部使用的技术用房。
二、负荷等级及供电电源
1.档案馆的负荷等级
本档案馆为县级档案馆，未定义几类，但甲方希望藏档案100万卷以上。依据《档案馆建设标准》中第三十八条“档案馆供电应满足设备和照明的需要，省级和市级档案馆应实行双路供电，如不能双路供电，可自备发电机组。” 同时由于甲方希望藏档案100万卷以上，所以本档案馆负荷等级定义参照了图书馆，依据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008附录A，图书馆其他用电，二级。
档案馆内二级负荷：消防用电；安防系统用电；固定通信、移动通信、有线电视等弱电机房用电；扶梯用电、普通客梯等设备的用电。
档案馆内三级负荷：除上述以外的其余负荷；
2.供电电源
从上级变配电站为本工程引来两路10kV电源，两路电源分别能承担本工程一、二级用电负荷，同时工作，互为备用，两路电源不应同时受到损坏。本工程设置3个变配电所。档案馆电源从1#变配电所引来低压电源至首层总配电室，由配电室供电至单体内负荷。
三、配电用房的设置
1.1#变电所负责档案馆电源
本工程设置3个变配电所，1#变配电所负责档案馆电源，位于图书广电中心地下室。档案馆电源引自1#变电所3#4#变压器。
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图1 变电所主接线图
2.档案馆配电室
从1#变配电所引来低压电源至首层总配电室，由配电室供电至单体内负荷。
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图2 400V电气外线平面图
四、低压配电系统
1、负荷特征
档案馆共地上四层，每层为一个防火分区，各防火分区均有消防风机、普通风机、空调、普通照明、应急照明等用电负荷。其中二级负荷容量为131KW；三级负荷为493KW；消防负荷总计104KW。
2.低压配电方案
档案馆的低压配电系统采用交流220/380V系统，系统接地型式为TN-S制，并使三相负荷平衡。
在首层配电室设置7面低压配电柜。照明、制冷、动力等各项分类负荷以及消防负荷自成配电系统，由变配电间低压柜按负荷类别分别供电。非消防电源的切除通过各级断路器的分励脱扣器实现。
配电系统采用~220/380V放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式供电；对于照明及一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式。
各级负荷的供电方式：
二级负荷：采用双电源供电，在末端互投（或在适当位置互投）；或由变电间低压母线引出可靠的专用单回路供电。
三级负荷：采用单电源供电。
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图3 干线系统图1
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图4 干线系统图2
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图5 干线系统图3
第一级配电为变电所，第二级配电为档案馆配电室，第三级配电为末端配电箱。变电所到档案馆配电室线路记做L1a和L1b，长度均为120m；
档案馆配电室到最远的防火分区末端配电箱线路记做L2，其中配电系统的末端防火分区照明配电箱回路记做L2a，长度90m；屋顶排风机配电箱回路记做L2b，长度135m；
配电箱到末端设备线路记做L3，配电系统最末端的灯具回路记做L3a，长度47m；屋顶风机设备回路记做L3b，长度2.5m。
五、电压损失校验
根据《供配电系统设计规范》GB50052-2009第5.04条正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值宜符合下列要求：1电动机为土5％额定电压。2 照明：在一般工作场所为±5％额定电压；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为+5％，-10％额定电压；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5％，-10％额定电压。3 其他用电设备当无特殊规定时为±5％额定电压。
选取系统最末端的灯具及风机设备作为最不利点进行校验。
根据文献［1］P542 页表9－63
△u%=Σ(△ua%IL)
其中△u%-线路电压损失百分数
△ua%-三相线路每1A.Km的电压损失百分数，%/A.Km
I- 负荷计算电流，A
L-线路长度，Km
由文献［2］3-13页表3.21查得三相380V交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆电压损失（%/A.Km）；由文献［2］3-16页表3.24查得单相220V聚乙烯绝缘铜芯电线电压损失（%/A.Km）；将计算数据列入下表中
表1.A回路电压损失计算表
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小结：经计算△u%=-4.36%，满足规范中对于在一般工作场所为±5％额定电压要求；
表2.B回路电压损失计算表
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小结：经计算△u%=-2.05%，满足规范中对于电动机为土5％额定电压要求。
六、接地故障保护校验
本档案馆低压电气系统接地型式为TN-S。末端线路保护多利用低压配电箱各馈线回路的过电流保护断路器兼作接地故障保护。但由于： ① 单一供电线路为多台同类设备供电，其首端断路器的长延时过电流脱扣器整定按整条线路的计算电流确定。当线路负载为电动机负载时，相应瞬时过电流脱扣器整定值需按躲过多台电动机同时启动的尖峰电流设定。②由于配电室低压柜出线开关偏大且变电所到档案馆配电室末端防火分区配电箱的配电线路距离较长，可能存在线路的单相接地故障电流过小，保护装置不能及时跳开的情况。③ 保护装置拒动， 短路故障电流长期存在，或将导致电缆过热，引起电气火灾，从而危及重要用户的电力线路，造成巨大经济损失，更可能危及巡检人员的人身安全。故需要复核断路器的保护灵敏度，必要时设置专用的带接地故障保护的断路器。
根据文献［3］ 要求，用过流保护断路器的瞬时或短延时过电流脱扣器兼作接地故障保护，需符合下式要求：Id≥1. 3 Iset3（短延时脱扣电流）或Id≥1. 3 Iset2（短延时脱扣电流）。
选取最末端的两种用电设备作为最不利点进行校验，其配电干线图如图2-图5，各短路点三相及单相接地故障电流已列入表3、表4中。根据文献［1］P154 页表4 － 21 查得系统( 高压侧系统短路容量200MVA) 及根据文献［1］P155 页表4 － 22 查得变压器［SC( B) 9 系列10( 6) /0. 4kV 变压器( D，yn11) ］( 因文献［1］无SC( B) 13 系列变压器的技术参数，故参照SC( B) 9 系列变压器)、根据文献［1］P157 页表4 － 24 查得母线阻抗，根据文献［1］P158 页表4 － 25 查得线路的相保阻抗。
小结：从变电所至档案馆配电室配电线路距离为120m，从配电室至末端防火分区照明与动力配电箱分别为90m与135m，配电线路合计210m与255m，距离较长。故接地故障电流偏小，动作灵敏度不满足要求，因此应调整接地故障保护方式。
TN系统接地故障保护方式的选择分为三种，1，当灵敏度符合要求时，采用短路保护兼作接地故障保护。2.采用零序电流保护；3.采用剩余电流保护。针对本工程分析提高TN系统接地故障保护灵敏性的措施有如下几种：
方式一，提高接地故障电流Id值。可将现有A回路K3a点对应首端断路器脱扣器整定电流改为63A，并将此段线缆截面改4x50+1x25规格的电缆，经计算K3a点的接地故障电流Id-K3b=1090A，Iset3 = 10In =10x63=630A，Id-K3a / Iset3=1090/630=1.73＞1.3, 动作灵敏度满足要求，且施工难度不大。
将现有B回路K2b点对应首端断路器脱扣器整定电流改为40A, Iset3 = 10In =10x40=400A，Id-K3b / Iset3=550/400=1.38＞1.3,动作灵敏度满足要求；线缆截面改为5x10规格的电缆，并校验电压损失△u%=4.01，满足规范中对于电动机为土5％额定电压要求。
方式二，可采用带短延时过电流脱扣器的断路器作接地故障保护。对于同一断路器，由于短延时过电流脱扣器整定电流值Iset2通常只有瞬时过电流脱扣器整定电流值Iset3的1/5~1/3左右，所以更容易满足要求。
方式三，可采用带接地故障保护的断路器，其中剩余电流保护比零序电流保护的动作灵敏度更高。以A回路为例，根据文献［1］P637页表11-43及11-45得出L2a、L3a段电缆及设备泄漏电流为67mA，取300mA·s作为电击保护装置的动作特性。经计算短路点阻抗最高可到733.3Ω，可很容易满足。可见使用RCD后，TN系统保护动作的灵敏性得到了很大的提高，此还可以及时发现因绝缘损坏等造成的火灾隐患。
综上三种方式分析可见，方式一最优。
七、总结
由以上工程案例可见，在建筑电气设计中，供电距离较长的项目选择合理的低压系统方案，并进行电压损失校验及接地故障保护校验很有必要，其为满足供电质量及用电安全提供有力保障。
参考文献
[1]中国航空工业规划设计研究院等． 工业和民用配电设计手册( 第三版) ． 中国电力出版社， 2005( 10) ．
[2]19DX101-1,建筑电气常用数据.
[3]GB50054-2011，低压配电设计规范
[4]GB13955-2017,剩余电流动作保护装置安装和运行
作者简介：陈康?（1986.12）男，汉族，江苏人，本科学历，中级职称，从事建筑电气方面工作。