【產品知識】智能剩余電流繼電器在鋼鐵廠供電系統改造中的應用與選型

瀏覽次數：421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

某鋼鐵廠的電網供電系統始建于２０世紀６０年代，經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供電系統在運行。受當時不同年代經濟條件和電器設備技術發展的制約，在電網供電系統中部分沒有設計安裝剩余電流動作斷路器（ＣＢＲ），即使后續在部分電網供電系統中改造安裝了剩余電流動作斷路器，但由于ＣＢＲ類型和電網供電系統不匹配，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生。電網供電系統沒有安裝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*面對老舊電網供電系統進行改造、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。根據鋼鐵廠的改進技術要求，本文針對鋼鐵廠的不同供電系統，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６個月的設計改造，解決了該鋼鐵廠老舊電網系統中線路和設備的漏電保護安全問題。改造加裝的ＣＢＲ經過１年多的運行，現場漏電事故事件明顯減少，有效地防止了漏／觸電事故的發生，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的漏電流故障進行保護，在低壓電網供電系統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*電網供電系統線路中的各種不安全因素，成為提高電網供電系統線路中安全用電的有效預防措施的保護元器件。

在低壓電網供電系統中，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生。用戶終端側為三級保護，終端三級漏／觸電保護系統中，人觸電事故絕大部分都發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，防止發生大面積停電。以上三級保護線路中任何一*發生漏／觸電故障時，都會給人們的生命財產造成嚴重的損失，所以電網供電系統線路中安裝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過人體心臟、再經腳底流入大地，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生漏電時，漏電流會經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，實現漏／觸電保護的功能。

3改造前的電網供電系統設備運行狀態分析

為了解決該鋼鐵廠供電系統中存在的各種漏／觸電不安全因素，供電系統設計安裝ＣＢＲ已成為*有效的保護措施。當發生漏／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，有不同的低壓電網供電系統，既有ＩＴ電網供電系統，又有ＴＴ電網供電系統和ＴＮ電網供電系統。

ＩＴ電網供電系統主要應用在該鋼鐵廠的礦井等場合，該供電系統為電源變壓器二次側中性點不接地或經高阻抗接地，電氣設備的金屬外殼接地。該系統中電源變壓器中性點不接地或經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供系統電源變壓器中性點不接地，所以當設備發生漏／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，流經人體的漏電流很小，相對是安全的。人體單相觸電時，所處環境容抗大，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電網供電系統中電源變壓器二次側沒有中性點接地，因此該系統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供電系統和ＴＮ供電系統，由于受當時經濟條件和電器

設備技術發展的制約，低壓電網供電系統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。在電網系統中大部分沒有設計安裝ＣＢＲ，即使后續在一些電網系統改造中增加了ＣＢＲ，但由于ＣＢＲ類型和電網系統不匹配、ＣＢＲ的接線不合理、上級和下級漏電的保護參數設置不合理，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象，給用電安全帶來一隱患。因此以下針對ＴＴ和ＴＮ供電系統中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。