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

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(jì)６０年代，經(jīng)歷了不同年代的建設(shè)改造。由于鋼鐵廠存在各種不同用電場(chǎng)合的供電需求，目前有不同年代建設(shè)的電網(wǎng)供電系統(tǒng)在運(yùn)行。受當(dāng)時(shí)不同年代經(jīng)濟(jì)條件和電器設(shè)備技術(shù)發(fā)展的制約，在電網(wǎng)供電系統(tǒng)中部分沒有設(shè)計(jì)安裝剩余電流動(dòng)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(dòng)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(shè)計(jì)安裝接線不合理，導(dǎo)致ＣＢＲ拒動(dòng)和誤動(dòng)作情況時(shí)有發(fā)生。電網(wǎng)供電系統(tǒng)沒有安裝ＣＢＲ時(shí)，若設(shè)備電線絕緣老化，會(huì)引起電氣火災(zāi)事故，人為誤接線操作也經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致漏／觸電傷人，嚴(yán)重影響生命安全。因此，該鋼鐵廠提出了*面對(duì)老舊電網(wǎng)供電系統(tǒng)進(jìn)行改造、安裝漏電保護(hù)裝置的需求，線路重新布局，線路中增加剩余電流動(dòng)作斷路器。根據(jù)鋼鐵廠的改進(jìn)技術(shù)要求，本文針對(duì)鋼鐵廠的不同供電系統(tǒng)，提出了設(shè)計(jì)改造安裝ＣＢＲ的解決方案，并對(duì)存在錯(cuò)誤設(shè)計(jì)的接線圖進(jìn)行分析說明。歷經(jīng)６個(gè)月的設(shè)計(jì)改造，解決了該鋼鐵廠老舊電網(wǎng)系統(tǒng)中線路和設(shè)備的漏電保護(hù)安全問題。改造加裝的ＣＢＲ經(jīng)過１年多的運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)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(yù)防了漏電引起的電氣火災(zāi)，保障了線路和設(shè)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(dòng)作斷路器俗稱漏電斷路器，其不但對(duì)用電設(shè)備和線路進(jìn)行過電流故障保護(hù)，同時(shí)可對(duì)用電設(shè)備和線路中出現(xiàn)的漏電流故障進(jìn)行保護(hù)，在低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中起到非常重要的保護(hù)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(dāng)線路中存在漏電電流時(shí)，可能會(huì)引起線路電氣火災(zāi)，ＣＢＲ也可預(yù)防因漏電引起的火災(zāi)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(yù)防措施的保護(hù)元器件。

  在低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中，按照漏／觸電保護(hù)線路級(jí)別可分為三級(jí)漏電保護(hù)。配電負(fù)載側(cè)作為配電系統(tǒng)中的一*總保護(hù)，安裝在低壓配電總電源側(cè)，一般漏電保護(hù)值為５００ｍＡ以上，并設(shè)置一定的延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，以防三級(jí)或二級(jí)線路發(fā)生漏／觸電故障時(shí)，造成一*線路停電。主干分支線路側(cè)為二級(jí)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)分支線路到終端側(cè)之間線路的漏／觸電保護(hù)，同時(shí)作為終端漏／觸電保護(hù)的后備保護(hù)，一般漏電保護(hù)值為１００～５００ｍＡ，總漏電電流小于一*漏電保護(hù)值，大于三級(jí)終端側(cè)漏電保護(hù)值，既可保護(hù)漏／觸電故障，又可防止漏電火災(zāi)的發(fā)生。用戶終端側(cè)為三級(jí)保護(hù)，終端三級(jí)漏／觸電保護(hù)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(shè)備和線路上，對(duì)一些存在危險(xiǎn)的設(shè)備需加ＣＢＲ，如移動(dòng)式用電設(shè)備、焊接設(shè)備等，作為用電系統(tǒng)線路的末端保護(hù)，靈敏度高，響應(yīng)快速，漏電動(dòng)作值不能大于３０ｍＡ，且無動(dòng)作延時(shí)時(shí)間，如在水池、浴池等潮濕易漏電的場(chǎng)合，則漏電電流保護(hù)值為１５ｍＡ以下。三級(jí)保護(hù)*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(jí)保護(hù)線路中任何一*發(fā)生漏／觸電故障時(shí)，都會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)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(hù)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(dǎo)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(dāng)漏電電流超過人體所能承受的一定值時(shí)，對(duì)人體造成傷害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人觸電死亡。間接觸電為人體接觸到因設(shè)備內(nèi)部的絕緣損壞而產(chǎn)生漏電的設(shè)備金屬外殼造成的觸電。例如電機(jī)設(shè)備的金屬外殼與接地線連接，當(dāng)電機(jī)內(nèi)部繞組的絕緣損壞產(chǎn)生漏電時(shí)，漏電流會(huì)經(jīng)過設(shè)備金屬外殼接地線流入大地，流回電源中性點(diǎn)。當(dāng)人體觸摸到電機(jī)金屬外殼時(shí)，漏電流會(huì)經(jīng)人體流回電源中性點(diǎn)，對(duì)人體造成傷害。ＣＢＲ的基本保護(hù)工作原理如圖１所示。圖１線路中在設(shè)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(shí)在零序電流互感器ＴＡ的鐵芯中所感應(yīng)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(yīng)的電動(dòng)勢(shì)Ｅ２為零。當(dāng)有漏／觸電發(fā)生時(shí)，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ相電流的矢量和不為零，即ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩΔ≠０，這時(shí)在零序電流互感器ＴＡ的鐵芯中所感應(yīng)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(yīng)的電動(dòng)勢(shì)Ｅ２不為零，電動(dòng)勢(shì)Ｅ２經(jīng)過控制單元Ａ的運(yùn)算控制，當(dāng)漏電流ＩΔ達(dá)到一定的值后，控制單元Ａ驅(qū)動(dòng)脫扣器ＴＲ動(dòng)作，脫扣器ＴＲ驅(qū)動(dòng)斷路器ＱＦ跳閘快速切斷電源，實(shí)現(xiàn)漏／觸電保護(hù)的功能。

3改造前的電網(wǎng)供電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)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(shè)計(jì)安裝ＣＢＲ已成為*有效的保護(hù)措施。當(dāng)發(fā)生漏／觸電接地故障時(shí)，ＣＢＲ能夠快速切斷電源，保護(hù)設(shè)備和人身安全。該鋼鐵廠生產(chǎn)設(shè)備較多，站用電源變壓器多，電源變壓器建設(shè)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(yīng)用在該鋼鐵廠的礦井等場(chǎng)合，該供電系統(tǒng)為電源變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，電氣設(shè)備的金屬外殼接地。該系統(tǒng)中電源變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地是其保護(hù)性能的核心，其保護(hù)機(jī)制為盡量加大漏／觸電回路的阻抗，避免漏／觸電電流達(dá)到危害值。ＩＴ供電系統(tǒng)一般采用設(shè)備外殼接地保護(hù)法，用特殊的檢漏繼電器進(jìn)行漏電保護(hù)。因?yàn)椋桑怨┫到y(tǒng)電源變壓器中性點(diǎn)不接地，所以當(dāng)設(shè)備發(fā)生漏／觸電故障事故時(shí)，漏電流和電源變壓器二次側(cè)無法構(gòu)成回路電流，其漏電流僅為非故障相對(duì)地構(gòu)成的電容電流的相量和，流經(jīng)人體的漏電流很小，相對(duì)是安全的。人體單相觸電時(shí)，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(cè)電壓平衡基本不會(huì)破壞，泄漏電流不會(huì)影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。由于漏阻抗較大，人體單相觸電時(shí)流經(jīng)人體的電流很小，漏電流小于１ｍＡ，因此不會(huì)造成人體傷害。因此，ＩＴ供電系統(tǒng)相對(duì)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(diǎn)是該供電系統(tǒng)線路不宜過長(zhǎng)，只能應(yīng)用在一些特殊用電的小范圍的場(chǎng)合，使用范圍受到一定的限制。常規(guī)型的ＣＢＲ為電流動(dòng)作式，需要故障點(diǎn)與電源變壓器二次側(cè)接地中性點(diǎn)構(gòu)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(cè)沒有中性點(diǎn)接地，因此該系統(tǒng)不能適應(yīng)電流型的剩余電流動(dòng)作斷路器。對(duì)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(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件和電器

  設(shè)備技術(shù)發(fā)展的制約，低壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)中部分設(shè)備仍然采用單一的接地接零保護(hù)方式，這種單一的接地接零保護(hù)方式已不能滿足安全保護(hù)要求。在電網(wǎng)系統(tǒng)中大部分沒有設(shè)計(jì)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(jí)和下級(jí)漏電的保護(hù)參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致剩余電流動(dòng)作斷路器拒動(dòng)和誤動(dòng)作情況時(shí)有發(fā)生，沒有達(dá)到漏電保護(hù)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(duì)ＴＴ和ＴＮ供電系統(tǒng)中ＣＢＲ的正確設(shè)計(jì)、接線方案進(jìn)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(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)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(hù)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(duì)電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù)，防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故，也可用來對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀

4.1功能介紹

  ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩余電流測(cè)量，剩余電流越限報(bào)警指示，額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定，*限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定，兩組繼電器輸出，具有就地，遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能；

  ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能：16路剩余電流監(jiān)測(cè)，1路預(yù)警繼電器輸出，16路報(bào)警繼電器輸出，2路DI輸入，自動(dòng)重合閘功能，遠(yuǎn)程通訊功能，遠(yuǎn)程分合閘功能。

4.2技術(shù)指標(biāo)

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)

4.3選用說明

  剩余電流動(dòng)作繼電器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意低壓系統(tǒng)的接線型式。

  其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用，防止出線誤動(dòng)作或者不動(dòng)作的情況。剩余電流互感器的選擇應(yīng)根據(jù)主回路的額定電流為參考選擇，

  實(shí)際應(yīng)如圖所示，互感器安裝在主回路或者支路上，通過測(cè)量剩余電流判斷是否驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。

  ASJ10/20剩余電流繼電器典型應(yīng)用

  ASJ60剩余電流監(jiān)測(cè)儀典型應(yīng)用

4.4注意事項(xiàng)

?當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）作為電擊防護(hù)附加防護(hù)措施時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

?額定剩余電流動(dòng)作值不應(yīng)大于30mA；

?額定電流不超過32A的下列回路應(yīng)裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）：

?供一般人員使用的電源插座回路；

?室內(nèi)移動(dòng)電氣設(shè)備；

?人員可觸及的室外電氣設(shè)備。

?剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）不應(yīng)作為保護(hù)措施；

?采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）時(shí)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)接地導(dǎo)體（PE）。