矿井维修电工技师4

矿井维修电工技师培训班大家好！第四章供电安全保护•第一节中性点接地方式•第二节漏电保护•第三节接地与接零•一、中性点接地方式分析•1、中性点接地方式分类•供电系统的中性点接地方式是指电力变压器中性点采用什么方式接地。一般分为以下几种：•（1）不接地方式，又称中性点绝缘系统；•（2）直接接地方式，中性点直接与接地装置连接；•（3）电阻接地方式，中性点经过不同数值的电阻与接地装置连接，接入电阻在数十欧姆时，称为低电阻接地方式；在数百欧姆以上时，称为高电阻接地方式；•（4）消弧线圈接地方式，中性点经电抗线圈与接地装置连接。电抗线圈有分接头，可用来调节电抗值，以便系统单相接地时，电抗电流能补偿输电线的对地分布电容电流，使接地点的电流减少，电弧易于熄灭，故称消弧线圈。•2、中性点接地方式分析•变压器中性点接地方式与电网的安全运行有密切关系，系统正常运行时，中性点对地电压为零，接地方式对系统没有影响。当发生一相接地或人身触电事故时，各种接地方式的差别就出现了。低电阻接地和直接接地方式相似，可作一类考虑；高电阻接地和不接地方式可合为一类；消弧线圈接地单独讨论。各种接地方式都有各自的优缺点，对不同电压等级的电网亦有各自的适用范围。•（1）不接地方式•我国3-60kV电网，一般采用中性点不接地方式。这是因为在这类电网中，单相接地故障占比重很大之故。中性点不接地电网，单相接地电流由电网对地电容决定，对于短距离、电压较低的输电线，电容较小，故障电流很小，瞬时性故障往往能自动消除。因接地电流小，对通讯电路的干扰也小。不接地方式的缺点是当一相接地时，另外两相电压升高倍，易使绝缘薄弱处击穿，造成两相接地短路。•对高电压、长距离输电线一相接地的电容电流一般很大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现所谓间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。为避免发生间歇电弧，要求3-10kV电网单相接地电流小于30A，35kV以上电网小于10A。因此，中性点不接地方式对高电压、长距离输电线不适宜。•（2）消弧线圈接地方式•当地面供电系统的单相接地电流超过上述要求时，可采用消弧线圈接地方式，如图4-1所示。利用电抗器的感性电流补偿电网的容性电流，可使接地电流大为减少。•设A相d点发生接地，流过d点的电网电容电流为：•消弧线圈的电感为L，流过的电流为：•相位差180度，如果选择消弧线圈使大小相等，则可达到完全补偿。其条件为故•L=CBdIII)ACABUUjωC(=j3ωCILUjALC231dLII与dLII与图4-1消弧线圈接地方式图4-2消弧线圈补偿相量图•（3）直接接地方式•中性点直接接地方式的优点是一相接地时，其它两相电压不升高，不存在间歇电弧造成的过电压危险。因此，可选择额定电压低的避雷器作为系统大气过电压的保护，可降低系统的绝缘水平。这对于110KV及以上的高压电网降低造价尤为重要，因此110KV以上电网普遍采用直接地方式。此种系统一相接地时，短路电流很大，可使保护继电器迅速准确地动作，提高保护的可靠性。但由于短路电流很大，需要选择容量较大的开关及电气设备，并有造成系统不稳定和对通讯线路的强烈于扰等缺点。•（4）煤矿井下低压配电网的中性点接地方式•对为井下低压电网主要是从人身触点、点燃瓦斯和火灾危险的安全角度进行考虑。直接接地方式由于具有人身触电电流大及短路电流大、故障点形成电弧等明显的缺点，不允许采用。中性点不接地系统，在网路对地分布电容较大情况下，发生触电事故时，尽管人身电流比直接接地系统小，但仍有生命危险性。因此，即禁止井下变压器中性点接地，还必须采取安全保护措施。消除上述危险。•中性点经高阻抗接地方式，在某些国家的煤矿井下被采用，它可将接地电流限制在一定值之内，并设置相应方式漏电保护装置，亦可满足安全要求，此种接地方式在防止过电压方面比不接地方式好。•二、电网的接地电流计算•为了讨论电网各种接地方式下的单相接地电流，现假设电网中性点通过电阻和电感接地，电网对地有分布电容和漏电导。以A相为参考相，发生接地，接地处有接地电导如图4-3所示。图4-3接地电流计算图•设接地前三相电压对称，接地后中性点对地出现电压，此时三相对地电压为：EUUA0EaUUB2EaUUc20根据节点定律，如以大地为一节点，则流过大地的电流关系为：0))(())(())(()(0200000cBBAAdCjgcUaUVCjgUaUCjggEUjbgU故式中—————三相对地漏电导，Ω；————三相对地分布电容，F；00220)()()()(jbCCCggggggaCCaCjagcgaggEUcBAcBAdcBABAdgggcBA、、CCCcBA、、————中性点接地电导和电感电纳，其值为ΩS—————接地点的电导，其值为00、bg001g001LbgdddRg1设各相对地电容和电导相等gggggcbAcccccBA则上式化简为)3()(0003jbCjEUgdgdgg故流过接地点的电流I为d=ddgEUI)(00000.3333jbCjgggjbCjgggEdd•Id算式是各种接地方式下的接地电流计算式。下面分别讨论在不同接地方式和电网对地参数下的接地电流。•1、消弧线圈接地方式发生单相金属性接地时gd00g高压电网漏电流可忽略，即g=0001Lb其接地电流为.000.1.)13(/131/13ELCjgLjCjLjCjEIddId1算式与前述消弧线圈接地方式分析中的结论一致。2、电阻接地方式发生金属性接地时对高压电网漏电流可忽略，即g=0其接地电流为gd00b)3(0.2.CjEIgd•3、中性点不接地方式接地处具有电阻时•••其接地电流为••如令00g00bCjgCjgEIggddd3333.3.CjgYZ11则算式变为ZREIdd33.3.•其有效值为•RadEI3.)1(9)6(112222CRRdd当电网绝缘水平较高时，g=0,接地电流为CjgCjgIIddd33.4.其有效值为RgddddCCECCEgI2222224.91393在某些情况下，电网的电容可忽略不计时（如井下低压短路线），则ddddREggggEI3333..5.第二节漏电保护•矿山供电系统从供电安全考虑，无论采取哪种接地方式，矿井高压和低压电网都必须装设漏电保护装置。《煤矿安全规程》规定，矿井变电所的高压馈电线上应装设选择性的检漏保护装置，井下低压馈电线上应装设带有漏电闭锁的检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置，如果没有这两种装置，必须设自动切断漏电馈电线的检漏装置。我国煤矿的高压和低压电网，使用着由各种原理构成的漏电保护装置。•一、漏电闭锁保护•漏电闭锁主要用在低压网络，其作用是对电动机及供电电缆的绝缘水平进行合闸前的监视。当绝缘电阻降低到规定值以下或发生漏电时，漏电闭锁保护装置动作，将控制开关或磁力起动器闭锁，使之不能送电。漏闭锁只监视在断电状态下的供电线路，当主回路带电工作时，它便退出工作。图4-4是漏电闭锁装置的一种电路原理图，它由直流检漏电源D1-4和定值继电器J组成，经接触器的常闭接点QC1接到接触器出线端电路上。•由于漏电闭锁保护能使有故障的供电回路不投入工作，从而减少外露火花的机会，并且还可与自动重合闸装置配合组成选择性漏电保护系统，为寻找故障带来方便。•二、非选择性漏电保护•目前我国井下低压电网的漏电保护广泛采用根据附加直流电源原理构成的非选择性检漏继电器，其型式有JY82、JJKB-30等。•1、附加直流电源漏电保护图4-4漏电闭锁•（1）基本工作原理•图4-5是附加直流电源检漏继电器的原理接线图。它与漏电闭锁装置的保护原理相同，因而电路有许多相似之处。由整流电源D1-4、灵敏继电器J，零序电抗器LK，三相电抗器SK及千欧表kΩ等组成。检测直流电源由三相电抗器中柱上的副绕组B提供低压交流，整流电源的“-”极，经灵敏继电器J，零序电抗器LK和三相电抗器SK接至三相电网。电源的“+”极径KΩ表接地。检测电流通过电网对地电阻构成回路。接地电容CD为隔直流用，它的电容量一般都选得足够大，对交流阻抗近似为零。图4-5附加直流电源保护原理图•这种检漏电器的作用，一方面是连续监视电网的绝缘水平，通过欧姆表显示，当电网绝缘降低到某一最小允许值时，继电器动作，使低压电源总开关跳闸；另一方面是当电网发生人身触电或一相接地故障时，继电器动作，切断电源，并且利用零序电抗器提供的感性电流补偿流过人体或接地点的电容电流。检漏继电器的电阻值，是根据保证人身触电的安全确定的。•人身触电安全电流规定为30mA，在不考虑电网电容的情况下，流过人体的电流根据式用下式计算hhREI33式中I——流过人体电流，A；E——电网相电压，V；——电网每相对地漏电阻（三相对称），Ω/相；R——人体电阻，取1kΩ。hh•在给定电网电压下，人体电流按30mmA计算，便可确定出允许的电网最低漏电阻值。以井下660V电网为例3500010003103036603333minhhRIE计算检漏继电器的动作电阻值R时，考虑到三相电网的漏电阻对直流为并联通路，则有井下低压电网的最低允许漏电阻值及检漏继电器的动作电阻值如表4-1所示。114003350003mindzRΩJY-82检漏继电器的执行元件是灵敏继电器J，它的动作电流为定值，当检漏继电器的动作电阻值确定后，检测电源的电压U应满足下式关系DU=（RDJdzIJ)式中I——灵敏继电器动作电流，为5mA；r——灵敏继电器线圈电阻，Ω。jj•继电器动作电阻值的整定，就是通过改换副绕组B的抽头办法来调整直流电压U，从而保证检漏继电器的动作电阻值符合表4-1的规定。•表4-1检漏继电器动作电阻值•（2）补偿原理•煤矿井下低压电网都是电缆线路，对地分布电容较大。根据实测，我国采区380V-660V电网，橡胶电缆网络对地电容一般在0.1-1.0μF,若为屏蔽电缆，数值更大。电容电流和绝缘电阻漏电流同时流过人体，将造成触电危险。例如，设电网每相对地电容C=0.5μF,电网对地电阻=35kΩ，660V电网，由公式算出人体触电电流为)1(96(12222CRRREIhhhh13660]1035)105.0(3141[19)635(3511622622=154mA•通过人体的电流竟达154mA，大大超过了人体安全电流。电容电流的存在不仅增加触电的危险，而且在发生接地火花时，还增大了点燃瓦斯和煤尘的机率。为此，在漏电保护装置中，采用零序电抗器L补偿容性电流。如图4-6a所示，它的补偿作用与消弧线圈相同，只不过零序电抗器L是接在三相电抗器S的人为中性点上。图4-6等值电路图•为了更清楚地理解补偿作用，用戴维南定理将图4-5变换为图4-6所示的等值电路。它是以人体电路为讨论对象，从A相和地两点分析整个电路为一有源二端网络，其等值内阻为二端网路内所有电源被短接后的等值电阻，即电网的漏电阻、电容和检漏继电器回路阻抗等的并联阻抗，等值电压UA为人体的开路电压，即A和d两个节点间的电压，可根据节点电压法求得，cBAAccABBAYYYEEYEEYU)()(式中——变压器二次侧相电势；YA、YB、YC——每相对地等值导纳。在三相电网对地导纳平衡的条件下，即YA=YB=YC=Y，则上式变为、EAcBE、EAACBAEYEYYEEYEYU333)(2•上式表明，在网络对地的漏电阻和电容三相平衡时，戴维南等效电路的电源电压等于三相电源的相电压。将阻值很小的检漏继电器接地电容CD忽略不计，三相电抗