【產(chǎn)品知識】智能剩余電流繼電器在鋼鐵廠供電系統(tǒng)改造中的應用與選型

瀏覽次數(shù)：497更新時間：2024-01-04

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

0引言

某鋼鐵廠的電網(wǎng)供電系統(tǒng)始建于２０世紀６０年代，經(jīng)歷了不同年代的建設改造。由于鋼鐵廠存在各種不同用電場合的供電需求，目前有不同年代建設的電網(wǎng)供電系統(tǒng)在運行。受當時不同年代經(jīng)濟條件和電器設備技術發(fā)展的制約，在電網(wǎng)供電系統(tǒng)中部分沒有設計安裝剩余電流動作斷路器（ＣＢＲ），即使后續(xù)在部分電網(wǎng)供電系統(tǒng)中改造安裝了剩余電流動作斷路器，但由于ＣＢＲ類型和電網(wǎng)供電系統(tǒng)不匹配，ＣＢＲ的設計安裝接線不合理，導致ＣＢＲ拒動和誤動作情況時有發(fā)生。電網(wǎng)供電系統(tǒng)沒有安裝ＣＢＲ時，若設備電線絕緣老化，會引起電氣火災事故，人為誤接線操作也經(jīng)常會導致漏／觸電傷人，嚴重影響生命安全。因此，該鋼鐵廠提出了*面對老舊電網(wǎng)供電系統(tǒng)進行改造、安裝漏電保護裝置的需求，線路重新布局，線路中增加剩余電流動作斷路器。根據(jù)鋼鐵廠的改進技術要求，本文針對鋼鐵廠的不同供電系統(tǒng)，提出了設計改造安裝ＣＢＲ的解決方案，并對存在錯誤設計的接線圖進行分析說明。歷經(jīng)６個月的設計改造，解決了該鋼鐵廠老舊電網(wǎng)系統(tǒng)中線路和設備的漏電保護安全問題。改造加裝的ＣＢＲ經(jīng)過１年多的運行，現(xiàn)場漏電事故事件明顯減少，有效地防止了漏／觸電事故的發(fā)生，預防了漏電引起的電氣火災，保障了線路和設備的用電安全，確保了人身安全。

1ＣＢＲ在電網(wǎng)供電線路中的作用

剩余電流動作斷路器俗稱漏電斷路器，其不但對用電設備和線路進行過電流故障保護，同時可對用電設備和線路中出現(xiàn)的漏電流故障進行保護，在低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中起到非常重要的保護作用。線路中安裝ＣＢＲ后，可確保人身安全，避免漏／觸電造成的致命事故。當線路中存在漏電電流時，可能會引起線路電氣火災，ＣＢＲ也可預防因漏電引起的火災事故。可見ＣＢＲ可以消*電網(wǎng)供電系統(tǒng)線路中的各種不安全因素，成為提高電網(wǎng)供電系統(tǒng)線路中安全用電的有效預防措施的保護元器件。

在低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中，按照漏／觸電保護線路級別可分為三級漏電保護。配電負載側作為配電系統(tǒng)中的一*總保護，安裝在低壓配電總電源側，一般漏電保護值為５００ｍＡ以上，并設置一定的延時動作時間，以防三級或二級線路發(fā)生漏／觸電故障時，造成一*線路停電。主干分支線路側為二級保護，實現(xiàn)分支線路到終端側之間線路的漏／觸電保護，同時作為終端漏／觸電保護的后備保護，一般漏電保護值為１００～５００ｍＡ，總漏電電流小于一*漏電保護值，大于三級終端側漏電保護值，既可保護漏／觸電故障，又可防止漏電火災的發(fā)生。用戶終端側為三級保護，終端三級漏／觸電保護系統(tǒng)中，人觸電事故絕大部分都發(fā)生在該終端的用電設備和線路上，對一些存在危險的設備需加ＣＢＲ，如移動式用電設備、焊接設備等，作為用電系統(tǒng)線路的末端保護，靈敏度高，響應快速，漏電動作值不能大于３０ｍＡ，且無動作延時時間，如在水池、浴池等潮濕易漏電的場合，則漏電電流保護值為１５ｍＡ以下。三級保護*大的好處是縮小停電范圍，防止發(fā)生大面積停電。以上三級保護線路中任何一*發(fā)生漏／觸電故障時，都會給人們的生命財產(chǎn)造成嚴重的損失，所以電網(wǎng)供電系統(tǒng)線路中安裝ＣＢＲ的重要性是不言而喻的。

2 ＣＢＲ的保護工作原理

觸電方式有直接觸電和間接觸電兩種。直接觸電為人體直接接觸帶電的裸露導電部位，漏電電流從接觸處經(jīng)過人體心臟、再經(jīng)腳底流入大地，當漏電電流超過人體所能承受的一定值時，對人體造成傷害，嚴重時會造成人觸電死亡。間接觸電為人體接觸到因設備內部的絕緣損壞而產(chǎn)生漏電的設備金屬外殼造成的觸電。例如電機設備的金屬外殼與接地線連接，當電機內部繞組的絕緣損壞產(chǎn)生漏電時，漏電流會經(jīng)過設備金屬外殼接地線流入大地，流回電源中性點。當人體觸摸到電機金屬外殼時，漏電流會經(jīng)人體流回電源中性點，對人體造成傷害。ＣＢＲ的基本保護工作原理如圖１所示。圖１線路中在設備和人員無漏／觸電的情況下，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ相電流的矢量和為零，即ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩΔ＝０，這時在零序電流互感器ＴＡ的鐵芯中所感應的磁通的矢量和Φ為零，即Φ＝ΦＡ＋ΦＢ＋ΦＣ＋ΦＮ＝０，磁通的矢量和在零序電流互感器ＴＡ的二次繞組感應的電動勢Ｅ２為零。當有漏／觸電發(fā)生時，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ相電流的矢量和不為零，即ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩΔ≠０，這時在零序電流互感器ＴＡ的鐵芯中所感應的磁通的矢量和Φ不為零，即Φ＝ΦＡ＋ΦＢ＋ΦＣ＋ΦＮ≠０，磁通的矢量和在零序電流互感器ＴＡ二次繞組感應的電動勢Ｅ２不為零，電動勢Ｅ２經(jīng)過控制單元Ａ的運算控制，當漏電流ＩΔ達到一定的值后，控制單元Ａ驅動脫扣器ＴＲ動作，脫扣器ＴＲ驅動斷路器ＱＦ跳閘快速切斷電源，實現(xiàn)漏／觸電保護的功能。

3改造前的電網(wǎng)供電系統(tǒng)設備運行狀態(tài)分析

為了解決該鋼鐵廠供電系統(tǒng)中存在的各種漏／觸電不安全因素，供電系統(tǒng)設計安裝ＣＢＲ已成為*有效的保護措施。當發(fā)生漏／觸電接地故障時，ＣＢＲ能夠快速切斷電源，保護設備和人身安全。該鋼鐵廠生產(chǎn)設備較多，站用電源變壓器多，電源變壓器建設年代不同，有不同的低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)，既有ＩＴ電網(wǎng)供電系統(tǒng)，又有ＴＴ電網(wǎng)供電系統(tǒng)和ＴＮ電網(wǎng)供電系統(tǒng)。

ＩＴ電網(wǎng)供電系統(tǒng)主要應用在該鋼鐵廠的礦井等場合，該供電系統(tǒng)為電源變壓器二次側中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地，電氣設備的金屬外殼接地。該系統(tǒng)中電源變壓器中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地是其保護性能的核心，其保護機制為盡量加大漏／觸電回路的阻抗，避免漏／觸電電流達到危害值。ＩＴ供電系統(tǒng)一般采用設備外殼接地保護法，用特殊的檢漏繼電器進行漏電保護。因為ＩＴ供系統(tǒng)電源變壓器中性點不接地，所以當設備發(fā)生漏／觸電故障事故時，漏電流和電源變壓器二次側無法構成回路電流，其漏電流僅為非故障相對地構成的電容電流的相量和，流經(jīng)人體的漏電流很小，相對是安全的。人體單相觸電時，所處環(huán)境容抗大，流向大地的泄漏電流很小，電源變壓器二次側電壓平衡基本不會破壞，泄漏電流不會影響電氣設備的正常運行。由于漏阻抗較大，人體單相觸電時流經(jīng)人體的電流很小，漏電流小于１ｍＡ，因此不會造成人體傷害。因此，ＩＴ供電系統(tǒng)相對來說是一種比較安全的供電方式，其可靠性高，安全性好。但其缺點是該供電系統(tǒng)線路不宜過長，只能應用在一些特殊用電的小范圍的場合，使用范圍受到一定的限制。常規(guī)型的ＣＢＲ為電流動作式，需要故障點與電源變壓器二次側接地中性點構成漏電流回路，工作原理如圖１所示。在ＩＴ電網(wǎng)供電系統(tǒng)中電源變壓器二次側沒有中性點接地，因此該系統(tǒng)不能適應電流型的剩余電流動作斷路器。對于該鋼鐵廠早些年代建造的ＴＴ供電系統(tǒng)和ＴＮ供電系統(tǒng)，由于受當時經(jīng)濟條件和電器

設備技術發(fā)展的制約，低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中部分設備仍然采用單一的接地接零保護方式，這種單一的接地接零保護方式已不能滿足安全保護要求。在電網(wǎng)系統(tǒng)中大部分沒有設計安裝ＣＢＲ，即使后續(xù)在一些電網(wǎng)系統(tǒng)改造中增加了ＣＢＲ，但由于ＣＢＲ類型和電網(wǎng)系統(tǒng)不匹配、ＣＢＲ的接線不合理、上級和下級漏電的保護參數(shù)設置不合理，導致剩余電流動作斷路器拒動和誤動作情況時有發(fā)生，沒有達到漏電保護的功能，反而造成了線路跳閘停電停工現(xiàn)象，給用電安全帶來一隱患。因此以下針對ＴＴ和ＴＮ供電系統(tǒng)中ＣＢＲ的正確設計、接線方案進行分析說明。

4 安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹

安科瑞ASJ系列剩余電流動作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護裝置，主要適用于交流50Hz，額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路，用來對電氣線路進行接地故障保護，防止接地故障電流引起的設備損壞和電氣火災事故，也可用來對人身觸電危險提供間接接觸保護。