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摘要：低压配电系统设计是电气设计的核心内容之一。许多市政电气在设计上常常忽略掉一些细节问题，让广大人民带来电气上的不安全和使用上的不方便。本文结合笔者多年电气设计实践，就电气设计中需要注意的若干问题进行讨论，并提出一些见解。
关键词：电气设计；低压配电；线路保护灵敏度；用电设备；电动机；RCD
随着国民经济快速发展，现代高科技自动化的电气化设备可以使建(构)筑物更加具有人性化，但是在设计施工中也会出现不同程度的问题，有些问题引发的后果也是无法预料的。所以只有在设计环节上进行严格要求，才是杜绝一切问题发生的根本所在。笔者在设计实践中发现市政工程电气设计中一些问题常因对现行规范和标准的掌握和理解不够充分、全面，或因规范本身的某些不足，而造成一些不当做法合错误，现分述如下：
疏于对低压配电线路保护灵敏度的校验
这个问题在一些市政工程的电气设计中出现几率最高也最为突出。例如卫生垃圾填埋场工程、道路和隧道工程等，因其负荷分布的特点，低压配电线路都比较长，动辄几百米甚至上千米设计师通常都较重视线路压降的计算，而忽略线路保护电器灵敏度的校验。根据理论分析，当采用一级配电时(如道路照明)，只要保护灵敏度校验符合要求，则线路电压降一定能满足要求，反之则不尽然对于二级以上的多级配电线路，则应同时对保护灵敏度和线路压降进行校验。还有的是只对接地故障保护灵敏度予以关注(这对电击防护十分必要)，以为只要装设了剩余电流保护就可以不再做灵敏度校验了，孰不知还应对线路相一相和相一N间短路保护作出校验，因为检测剩余电流的RCD对短路保护是不起作用的这两个方面都涉及到违反强制性条文GB 50054—95《低压配电设计规范》(以下简称《低规》)第4.2.1和第4.4.7条的规定。当采用非选择型低压断路器时，由于其瞬动动作电流倍数大。往往难以满足灵敏度要求在不改变线路结构等条件下，一个较好的解决办法是采用选择型低压断路器，利用短路短延时保护兼作接地故障保护。
这里有一点要说明，当采用非选择型断路器作为保护电器时，其瞬动过电流脱扣器的整定电流应躲过配电线路的尖峰电流，例如有电动机负荷的配电线路，其尖峰电流中包含其中最大一台电动机的全启动电流(周期分量和非周期分量)。即电动机启动电流的2—2.5倍(GB50055—93《通用用电设备配电设计规范》第2．4．4条三款)，无疑这将增加瞬动过电流保护同时满足线路短路保护和接地故障保护灵敏度要求的难度。但若采用选择型断路器，其短路短延时过电流脱扣器整定电流应躲过的线路尖峰电流，只包括其中最大一台电动机的启动电流(即周期分量)。因其具有至少0．1S的延时，完全可以躲过电动机启动时发生在第一个周波(0．02S)内的启动冲击电流．总之无论是照明配电线路还是电力配电线路．低压断路器的短路短延时保护更容易满足线路短路和接地故障保护对灵敏度的要求。
现举例说明：
有一配电线路连接2台11kW电动机负荷，其额定电流和启动电流分别为20A和140A，YJV22—0．6／lkV一1(4x35mm2)电缆线路全长450m，线路保护之低压断路器的瞬动过电流脱扣器额定电流为50A．如图1所示，现校验该断路器保护灵敏度。
由于采用等截面电缆，线路末端短路和接地故障电流相等，近似为Id=325A，断路器为非选择型，瞬动过电流脱扣器电流整定倍数为10倍，即500A，电动机全启动电流取为电动机启动电流的2．2倍。保护可靠系数取为1．2瞬动过电流脱扣器整定电流Isetl=500A，>1.2(2.2×140+20)，即>394A，可以躲过短时尖峰电流。
K=Id/Isetl=325/500=0.65<1．3，不满足要求。
改用选择型断路器．利用短路短延时脱扣器作为线路保护。同样需躲过线路尖峰电流，但此处电动机的尖峰电流并非全启动电流,故其整定值因该斷路器的脱扣器电流可调，取为，即200A，保护灵敏度：K=325/200=1.6〉1.3，满足要求。
二、对重要用电设备采用链式配电
某一城市隧道工程，设计将隧道照明划分为二级负荷，并采用链式供电，每一链路链接4个照明配电箱。每链路的照明负荷容量为24～50kW。如图2所示：
显然此做法与GB 50052—2009《供配电系统设计规范》7．0．4条要求不符，该条规定“当部分用电设备距供电点较远。而彼此相距很近、容量很小的次要用电设备，可采用链式配电。但每一回路环链设备不宜超过5台，其总容量不宜超过10kW”由此可见，对于容量较大且又较重要的负荷不适宜采用链式配电，以免扩大事故情况下的影响范围。
当向设计人指出这一问题时，设计人竞回复说图2采用的是树干式配电，而非链式配电看来对什么是树干式配电，什么是链式配电，二者有何不同，个别设计人员在认识上有模糊之处，有必要哕嗦几句。
对链式配电，规范和标准并未给出严格的定义。其特征与树干式相似，故易混淆。笔者认为，链式与树干式的不同之处为：
a．链式配电。其线路根据所接用电设备的数量和敷设要求将其分为若干段，前后段电缆在配电箱总开关的上桩头或设备进线端子处进行连接(也即链接点)，依次至最后一个配电箱或设备，任一链接点发生故障，其所有负荷均受影响，可靠性差。因此，链式配电仅适用于距配电屏较远、负荷容量较小且彼此相距很近、负荷性质较为次要的场所，且所链接的用电设备的数量须受到限制。
b.树干式配电。其干线为一整体(虽然有的也有接头)．分支线与干线的连接采用T接，如目前普遍采用的插接式母线和预分支电缆等．供电可靠性较高适用于用电设备布置比较均匀、负荷为中小容量，又无特殊要求的场所。而对于容量较大的集中负荷，或负荷性质重要的用电设备，则应采用放射式配电。如市政给排水泵站中对水泵电动机的配电，即应由低压配电屏放射式配电。笔者也曾见过某污水泵站泵房内采用树干式配电的，违反CJJ120—2008《城镇排水系统电气与自动化技术规程》第3．3．3条的规定。
三、远方控制的电动机不设就地控制和解除远方控制的措施
GB 50055—93《通用用电设备配电设计规范》(以下简称《通规》)第2．6．4条规定：“远方控制的电动机，应有就地控制和解除远方控制的措施”。并认为这是保证人身和设备安全的最基本规定就地控制(也称现场控制或机旁控制)应是在设备(如水泵、风机等)安装位置附近实施手动控制，并为之设有就地控制箱。我国水处理厂、站的自动化水平自改革开放以后有了很大提高，普遍形成了PLC+PC组成的监控一体化的自控系统，系统结构一般分为信息层、控制层和设备层就地控制主要是用于日常的维修和调试，为了保证维修人员和设备的安全。就地控制具有最高的优先控制级。厂、站设备控制优先级的关系如图3所示。
图中配电柜控制(在低压配电室或MCC)有时可以取消较高优先级的控制可屏蔽较低优先级的控制，每一级控制设置选择开关(转换开关)，以确定是否允许较低级别的控制就地控制箱上的选择开关的重要性在于工人维修时只要将其置于“就地”位置，即可解除远方的控制指令，而只能在就地控制。从而保证了现场维修时人身和设备的安全现在有些设计中存在的问题是未在电动机附近设置就地控制箱，或虽设有就地控制箱。但控制箱上未设解除远方控制的选择开关，往往将选择开关设置在配电间或MCC的配电柜上，使得就地控制失去了安全保障还有的就是解除远方控制的措施不当。如图4所示，即在就地控制按钮处增加开关SF，该开关插入启动控制回路内。
此措施不当之处在于虽然能在就地控制按钮处解除远方控制。但同时也解除了就地控制，这并非是《通规》第2．6．4条规定所要达到的目的。
四、城镇排水泵站潜水泵电路采用RCD，额定动作电流取为30mA
潜水泵作为城镇排水工程中的主要用电设备，应用十分普遍。功率从数kW到数百kW。单台潜水泵电路一般都采用过电流保护兼接地故障保护，简单可靠。已为实践所证明。而且水泵内部还装有特殊保护，如实时检测水泵内部泄漏、绝缘降低、温度升高等，并作用于信号报警或跳闸。笔者近来接触到一些城市排水工程的图纸。其中在泵房低压配电设计中，单台潜水泵回路低压断路器均带有RCD，且不论电机功率大小，RCD的额定动作电流均取为30mA。经了解，之所以如此，是因为施工图设计不这样做，将被认为违反强制性条文而难以通过某些审图机构的审查。有的还因此而面临设计单位内部的经济处罚审图机构的依据是GB13955—2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》(以下简称《标准》)，认为潜水泵属于《标准》“4．5必须安装剩余电流保护装置的设备和场所”的适用对象．也即“4．5．1末端保护”中的“b)生产用的电气设备：”和“h)安装在水中的供电线路和设备；”所以必须安装RCD。对此，笔者则有以下不同意见：
a.《低规》第4．4．10条，对于TN系统的接地故障保护，当能满足《低规》第4．4．7条要求时，宜采用过电流保护兼作接地故障保护。并明确说明，用一般的过电流保护(熔断器、低压断路器)兼作接地故障保护最为经济简单．应优先采用只有当过电流保护不能满足切断故障回路的时间要求时，才应采用剩余电流动作保护。毫无疑问，对于一般环境条件下的配电线路和用电设备都适用于此条准则。
b. 排水泵站(房)，从电击防护角度应属一般环境潜水泵虽系水下设备但其固定安装在泵房下层集水井内，系由专业人员管理。正常情况下，人不可能与水体接触．更不可能涉人其中．完全不同于公共场所中的游泳池、喷水池和喷泉等这类电击危险度高的特殊场所。此外，泵房內设有等电位联结。也不同于户外无等电位联结场所的用电设备。
c.根据《标准》，作为单台用电设备末端保护，RCD额定剩余动作电流的取值应为, (系被保护电气线路或设备正常运行时的泄漏电流)。但如何确定是困难的，目前缺少可靠的数据资料。对电动机而言，其类型不同、容量不同，启动电流及安装环境的差异，对都有较大影响若取值不当，将可能造成频繁误动，甚至带来严重后果。我国GB50014—2006《室外排水设计规范》5．1．9规定：“排水泵站供电应按二级负荷设计。特别重要地区的泵站，应按一级负荷设计，当不能满足上述要求时，应设置备用动力设施”(强制性条文)。因此。作为排水泵站中重要负荷的单台潜水泵，不宜为接地故障保护装设RCD。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：电气设计；低压配电；线路保护灵敏度；用电设备；电动机；RCD
随着国民经济快速发展，现代高科技自动化的电气化设备可以使建(构)筑物更加具有人性化，但是在设计施工中也会出现不同程度的问题，有些问题引发的后果也是无法预料的。所以只有在设计环节上进行严格要求，才是杜绝一切问题发生的根本所在。笔者在设计实践中发现市政工程电气设计中一些问题常因对现行规范和标准的掌握和理解不够充分、全面，或因规范本身的某些不足，而造成一些不当做法合错误，现分述如下：
疏于对低压配电线路保护灵敏度的校验
这个问题在一些市政工程的电气设计中出现几率最高也最为突出。例如卫生垃圾填埋场工程、道路和隧道工程等，因其负荷分布的特点，低压配电线路都比较长，动辄几百米甚至上千米设计师通常都较重视线路压降的计算，而忽略线路保护电器灵敏度的校验。根据理论分析，当采用一级配电时(如道路照明)，只要保护灵敏度校验符合要求，则线路电压降一定能满足要求，反之则不尽然对于二级以上的多级配电线路，则应同时对保护灵敏度和线路压降进行校验。还有的是只对接地故障保护灵敏度予以关注(这对电击防护十分必要)，以为只要装设了剩余电流保护就可以不再做灵敏度校验了，孰不知还应对线路相一相和相一N间短路保护作出校验，因为检测剩余电流的RCD对短路保护是不起作用的这两个方面都涉及到违反强制性条文GB 50054—95《低压配电设计规范》(以下简称《低规》)第4.2.1和第4.4.7条的规定。当采用非选择型低压断路器时，由于其瞬动动作电流倍数大。往往难以满足灵敏度要求在不改变线路结构等条件下，一个较好的解决办法是采用选择型低压断路器，利用短路短延时保护兼作接地故障保护。
这里有一点要说明，当采用非选择型断路器作为保护电器时，其瞬动过电流脱扣器的整定电流应躲过配电线路的尖峰电流，例如有电动机负荷的配电线路，其尖峰电流中包含其中最大一台电动机的全启动电流(周期分量和非周期分量)。即电动机启动电流的2—2.5倍(GB50055—93《通用用电设备配电设计规范》第2．4．4条三款)，无疑这将增加瞬动过电流保护同时满足线路短路保护和接地故障保护灵敏度要求的难度。但若采用选择型断路器，其短路短延时过电流脱扣器整定电流应躲过的线路尖峰电流，只包括其中最大一台电动机的启动电流(即周期分量)。因其具有至少0．1S的延时，完全可以躲过电动机启动时发生在第一个周波(0．02S)内的启动冲击电流．总之无论是照明配电线路还是电力配电线路．低压断路器的短路短延时保护更容易满足线路短路和接地故障保护对灵敏度的要求。
现举例说明：
有一配电线路连接2台11kW电动机负荷，其额定电流和启动电流分别为20A和140A，YJV22—0．6／lkV一1(4x35mm2)电缆线路全长450m，线路保护之低压断路器的瞬动过电流脱扣器额定电流为50A．如图1所示，现校验该断路器保护灵敏度。
由于采用等截面电缆，线路末端短路和接地故障电流相等，近似为Id=325A，断路器为非选择型，瞬动过电流脱扣器电流整定倍数为10倍，即500A，电动机全启动电流取为电动机启动电流的2．2倍。保护可靠系数取为1．2瞬动过电流脱扣器整定电流Isetl=500A，>1.2(2.2×140+20)，即>394A，可以躲过短时尖峰电流。
K=Id/Isetl=325/500=0.65<1．3，不满足要求。
改用选择型断路器．利用短路短延时脱扣器作为线路保护。同样需躲过线路尖峰电流，但此处电动机的尖峰电流并非全启动电流,故其整定值因该斷路器的脱扣器电流可调，取为，即200A，保护灵敏度：K=325/200=1.6〉1.3，满足要求。
二、对重要用电设备采用链式配电
某一城市隧道工程，设计将隧道照明划分为二级负荷，并采用链式供电，每一链路链接4个照明配电箱。每链路的照明负荷容量为24～50kW。如图2所示：
显然此做法与GB 50052—2009《供配电系统设计规范》7．0．4条要求不符，该条规定“当部分用电设备距供电点较远。而彼此相距很近、容量很小的次要用电设备，可采用链式配电。但每一回路环链设备不宜超过5台，其总容量不宜超过10kW”由此可见，对于容量较大且又较重要的负荷不适宜采用链式配电，以免扩大事故情况下的影响范围。
当向设计人指出这一问题时，设计人竞回复说图2采用的是树干式配电，而非链式配电看来对什么是树干式配电，什么是链式配电，二者有何不同，个别设计人员在认识上有模糊之处，有必要哕嗦几句。
对链式配电，规范和标准并未给出严格的定义。其特征与树干式相似，故易混淆。笔者认为，链式与树干式的不同之处为：
a．链式配电。其线路根据所接用电设备的数量和敷设要求将其分为若干段，前后段电缆在配电箱总开关的上桩头或设备进线端子处进行连接(也即链接点)，依次至最后一个配电箱或设备，任一链接点发生故障，其所有负荷均受影响，可靠性差。因此，链式配电仅适用于距配电屏较远、负荷容量较小且彼此相距很近、负荷性质较为次要的场所，且所链接的用电设备的数量须受到限制。
b.树干式配电。其干线为一整体(虽然有的也有接头)．分支线与干线的连接采用T接，如目前普遍采用的插接式母线和预分支电缆等．供电可靠性较高适用于用电设备布置比较均匀、负荷为中小容量，又无特殊要求的场所。而对于容量较大的集中负荷，或负荷性质重要的用电设备，则应采用放射式配电。如市政给排水泵站中对水泵电动机的配电，即应由低压配电屏放射式配电。笔者也曾见过某污水泵站泵房内采用树干式配电的，违反CJJ120—2008《城镇排水系统电气与自动化技术规程》第3．3．3条的规定。
三、远方控制的电动机不设就地控制和解除远方控制的措施
GB 50055—93《通用用电设备配电设计规范》(以下简称《通规》)第2．6．4条规定：“远方控制的电动机，应有就地控制和解除远方控制的措施”。并认为这是保证人身和设备安全的最基本规定就地控制(也称现场控制或机旁控制)应是在设备(如水泵、风机等)安装位置附近实施手动控制，并为之设有就地控制箱。我国水处理厂、站的自动化水平自改革开放以后有了很大提高，普遍形成了PLC+PC组成的监控一体化的自控系统，系统结构一般分为信息层、控制层和设备层就地控制主要是用于日常的维修和调试，为了保证维修人员和设备的安全。就地控制具有最高的优先控制级。厂、站设备控制优先级的关系如图3所示。
图中配电柜控制(在低压配电室或MCC)有时可以取消较高优先级的控制可屏蔽较低优先级的控制，每一级控制设置选择开关(转换开关)，以确定是否允许较低级别的控制就地控制箱上的选择开关的重要性在于工人维修时只要将其置于“就地”位置，即可解除远方的控制指令，而只能在就地控制。从而保证了现场维修时人身和设备的安全现在有些设计中存在的问题是未在电动机附近设置就地控制箱，或虽设有就地控制箱。但控制箱上未设解除远方控制的选择开关，往往将选择开关设置在配电间或MCC的配电柜上，使得就地控制失去了安全保障还有的就是解除远方控制的措施不当。如图4所示，即在就地控制按钮处增加开关SF，该开关插入启动控制回路内。
此措施不当之处在于虽然能在就地控制按钮处解除远方控制。但同时也解除了就地控制，这并非是《通规》第2．6．4条规定所要达到的目的。
四、城镇排水泵站潜水泵电路采用RCD，额定动作电流取为30mA
潜水泵作为城镇排水工程中的主要用电设备，应用十分普遍。功率从数kW到数百kW。单台潜水泵电路一般都采用过电流保护兼接地故障保护，简单可靠。已为实践所证明。而且水泵内部还装有特殊保护，如实时检测水泵内部泄漏、绝缘降低、温度升高等，并作用于信号报警或跳闸。笔者近来接触到一些城市排水工程的图纸。其中在泵房低压配电设计中，单台潜水泵回路低压断路器均带有RCD，且不论电机功率大小，RCD的额定动作电流均取为30mA。经了解，之所以如此，是因为施工图设计不这样做，将被认为违反强制性条文而难以通过某些审图机构的审查。有的还因此而面临设计单位内部的经济处罚审图机构的依据是GB13955—2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》(以下简称《标准》)，认为潜水泵属于《标准》“4．5必须安装剩余电流保护装置的设备和场所”的适用对象．也即“4．5．1末端保护”中的“b)生产用的电气设备：”和“h)安装在水中的供电线路和设备；”所以必须安装RCD。对此，笔者则有以下不同意见：
a.《低规》第4．4．10条，对于TN系统的接地故障保护，当能满足《低规》第4．4．7条要求时，宜采用过电流保护兼作接地故障保护。并明确说明，用一般的过电流保护(熔断器、低压断路器)兼作接地故障保护最为经济简单．应优先采用只有当过电流保护不能满足切断故障回路的时间要求时，才应采用剩余电流动作保护。毫无疑问，对于一般环境条件下的配电线路和用电设备都适用于此条准则。
b. 排水泵站(房)，从电击防护角度应属一般环境潜水泵虽系水下设备但其固定安装在泵房下层集水井内，系由专业人员管理。正常情况下，人不可能与水体接触．更不可能涉人其中．完全不同于公共场所中的游泳池、喷水池和喷泉等这类电击危险度高的特殊场所。此外，泵房內设有等电位联结。也不同于户外无等电位联结场所的用电设备。
c.根据《标准》，作为单台用电设备末端保护，RCD额定剩余动作电流的取值应为, (系被保护电气线路或设备正常运行时的泄漏电流)。但如何确定是困难的，目前缺少可靠的数据资料。对电动机而言，其类型不同、容量不同，启动电流及安装环境的差异，对都有较大影响若取值不当，将可能造成频繁误动，甚至带来严重后果。我国GB50014—2006《室外排水设计规范》5．1．9规定：“排水泵站供电应按二级负荷设计。特别重要地区的泵站，应按一级负荷设计，当不能满足上述要求时，应设置备用动力设施”(强制性条文)。因此。作为排水泵站中重要负荷的单台潜水泵，不宜为接地故障保护装设RCD。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。