1、礦井維修電工技師培訓班礦井維修電工技師培訓班 大家好！大家好！第四章第四章 供電安全保護供電安全保護 第一節(jié)第一節(jié) 中性點接地方式中性點接地方式 第二節(jié)第二節(jié) 漏電保護漏電保護 第三節(jié)第三節(jié) 接地與接零接地與接零 一、中性點接地方式分析 1、中性點接地方式分類 供電系統(tǒng)的中性點接地方式是指電力變壓器中性點采用什么方式接地。一般分為以下幾種： （1）不接地方式，又稱中性點絕緣系統(tǒng)； （2）直接接地方式，中性點直接與接地裝置連接； （3）電阻接地方式，中性點經(jīng)過不同數(shù)值的電阻與接地裝置連接，接入電阻在數(shù)十歐姆時，稱為低電阻接地方式；在數(shù)百歐姆以上時，稱為高電阻接地方式； （4）消弧線圈接地方式，中

2、性點經(jīng)電抗線圈與接地裝置連接。電抗線圈有分接頭，可用來調(diào)節(jié)電抗值，以便系統(tǒng)單相接地時，電抗電流能補償輸電線的對地分布電容電流，使接地點的電流減少，電弧易于熄滅，故稱消弧線圈。 2、中性點接地方式分析 變壓器中性點接地方式與電網(wǎng)的安全運行有密切關系，系統(tǒng)正常運行時，中性點對地電壓為零，接地方式對系統(tǒng)沒有影響。當發(fā)生一相接地或人身觸電事故時，各種接地方式的差別就出現(xiàn)了。低電阻接地和直接接地方式相似，可作一類考慮；高電阻接地和不接地方式可合為一類；消弧線圈接地單獨討論。各種接地方式都有各自的優(yōu)缺點，對不同電壓等級的電網(wǎng)亦有各自的適用范圍。 （1）不接地方式 我國3-60kV電網(wǎng)，一般采用中性點不接地

3、方式。這是因為在這類電網(wǎng)中，單相接地故障占比重很大之故。中性點不接地電網(wǎng)，單相接地電流由電網(wǎng)對地電容決定，對于短距離、電壓較低的輸電線，電容較小，故障電流很小，瞬時性故障往往能自動消除。因接地電流小，對通訊電路的干擾也小。不接地方式的缺點是當一相接地時，另外兩相電壓升高倍，易使絕緣薄弱處擊穿，造成兩相接地短路。 對高電壓、長距離輸電線一相接地的電容電流一般很大，在接地處容易發(fā)生電弧周期性的熄滅與重燃，出現(xiàn)所謂間歇電弧，引起電網(wǎng)產(chǎn)生高頻振蕩，形成過電壓，可能擊穿設備絕緣，造成短路故障。為避免發(fā)生間歇電弧，要求3-10kV電網(wǎng)單相接地電流小于30A，35kV以上電網(wǎng)小于10A。因此，中性點不接地方

4、式對高電壓、長距離輸電線不適宜。（2）消弧線圈接地方式當?shù)孛婀╇娤到y(tǒng)的單相接地電流超過上述要求時，可采用消弧線圈接地方式，如圖4-1所示。利用電抗器的感性電流補償電網(wǎng)的容性電流，可使接地電流大為減少。設A相d點發(fā)生接地，流過d點的電網(wǎng)電容電流為：消弧線圈的電感為L，流過的電流為： 相位差180度，如果選擇消弧線圈使 大小相等，則可達到完全補償。其條件為 故 L=CBdIII)ACABUUjC(jC(=j3C=j3CILUjALC231dLII與dLII與圖4-1消弧線圈接地方式 圖4-2 消弧線圈補償相量圖 （3）直接接地方式 中性點直接接地方式的優(yōu)點是一相接地時，其它兩相電壓不升高，不存在間

5、歇電弧造成的過電壓危險。因此，可選擇額定電壓低的避雷器作為系統(tǒng)大氣過電壓的保護，可降低系統(tǒng)的絕緣水平。這對于110KV及以上的高壓電網(wǎng)降低造價尤為重要，因此110KV以上電網(wǎng)普遍采用直接地方式。此種系統(tǒng)一相接地時，短路電流很大，可使保護繼電器迅速準確地動作，提高保護的可靠性。但由于短路電流很大，需要選擇容量較大的開關及電氣設備，并有造成系統(tǒng)不穩(wěn)定和對通訊線路的強烈于擾等缺點。 （4）煤礦井下低壓配電網(wǎng)的中性點接地方式 對為井下低壓電網(wǎng)主要是從人身觸點、點燃瓦斯和火災危險的安全角度進行考慮。直接接地方式由于具有人身觸電電流大及短路電流大、故障點形成電弧等明顯的缺點，不允許采用。中性點不接地系統(tǒng)，

6、在網(wǎng)路對地分布電容較大情況下，發(fā)生觸電事故時，盡管人身電流比直接接地系統(tǒng)小，但仍有生命危險性。因此，即禁止井下變壓器中性點接地，還必須采取安全保護措施。消除上述危險。 中性點經(jīng)高阻抗接地方式，在某些國家的煤礦井下被采用，它可將接地電流限制在一定值之內(nèi)，并設置相應方式漏電保護裝置，亦可滿足安全要求，此種接地方式在防止過電壓方面比不接地方式好。 二、電網(wǎng)的接地電流計算 為了討論電網(wǎng)各種接地方式下的單相接地電流，現(xiàn)假設電網(wǎng)中性點通過電阻和電感接地，電網(wǎng)對地有分布電容和漏電導。以A相為參考相，發(fā)生接地，接地處有接地電導如圖4-3所示。圖4-3 接地電流計算圖設接地前三相電壓對稱，接地后中性點對地出現(xiàn)電

7、壓，此時三相對地電壓為：EUUA0EaUUB2EaUUc20根據(jù)節(jié)點定律，如以大地為一節(jié)點，則流過大地的電流關系為：0)()()()(0200000cBBAAdCjgcUaUVCjgUaUCjggEUjbgU故 式中 三相對地漏電導，； 三相對地分布電容，F(xiàn)；00220)()()()(jbCCCggggggaCCaCjagcgaggEUcBAcBAdcBABAdgggcBA、CCCcBA、 中性點接地電導和電感電納，其值為S 接地點的電導，其值為00、bg001g001LbgdddRg1設各相對地電容和電導相等gggggcbAcccccBA則上式化簡為)3()(0003jbCjEUgdgdgg

8、故流過接地點的電流I為d = ddgEUI)(00000.3333jbCjgggjbCjgggEddId算式是各種接地方式下的接地電流計算式。下面分別討論在不同接地方式和電網(wǎng)對地參數(shù)下的接地電流。1、消弧線圈接地方式發(fā)生單相金屬性接地時gd00g高壓電網(wǎng)漏電流可忽略，即 g=0001Lb其接地電流為.000.1.)13(/131/13ELCjgLjCjLjCjEIddId1算式與前述消弧線圈接地方式分析中的結論一致。 2、電阻接地方式發(fā)生金屬性接地時對高壓電網(wǎng)漏電流可忽略，即g =0其接地電流為 gd00b)3(0.2.CjEIgd3、中性點不接地方式接地處具有電阻時 其接地電流為 如令 00

9、g00bCjgCjgEIggddd3333.3.CjgYZ11則算式變?yōu)閆REIdd33.3.其有效值為 RadEI3.)1 (9)6(112222CRRdd當電網(wǎng)絕緣水平較高時，g=0,接地電流為CjgCjgIIddd33.4.其有效值為RgddddCCECCEgI2222224.91393在某些情況下，電網(wǎng)的電容可忽略不計時（如井下低壓短路線），則 ddddREggggEI3333.5.第二節(jié)第二節(jié) 漏電保護漏電保護 礦山供電系統(tǒng)從供電安全考慮，無論采取哪種接地方式，礦井高壓和低壓電網(wǎng)都必須裝設漏電保護裝置。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，礦井變電所的高壓饋電線上應裝設選擇性的檢漏保護裝置，井下低壓饋電

10、線上應裝設帶有漏電閉鎖的檢漏保護裝置或有選擇性的檢漏保護裝置，如果沒有這兩種裝置，必須設自動切斷漏電饋電線的檢漏裝置。我國煤礦的高壓和低壓電網(wǎng)，使用著由各種原理構成的漏電保護裝置。 一、漏電閉鎖保護 漏電閉鎖主要用在低壓網(wǎng)絡，其作用是對電動機及供電電纜的絕緣水平進行合閘前的監(jiān)視。當絕緣電阻降低到規(guī)定值以下或發(fā)生漏電時，漏電閉鎖保護裝置動作，將控制開關或磁力起動器閉鎖，使之不能送電。漏閉鎖只監(jiān)視在斷電狀態(tài)下的供電線路，當主回路帶電工作時，它便退出工作。圖4-4是漏電閉鎖裝置的一種電路原理圖，它由直流檢漏電源D1-4和定值繼電器J組成，經(jīng)接觸器的常閉接點QC1接到接觸器出線端電路上。 由于漏電閉鎖

11、保護能使有故障的供電回路不投入工作，從而減少外露火花的機會，并且還可與自動重合閘裝置配合組成選擇性漏電保護系統(tǒng)，為尋找故障帶來方便。 二、非選擇性漏電保護 目前我國井下低壓電網(wǎng)的漏電保護廣泛采用根據(jù)附加直流電源原理構成的非選擇性檢漏繼電器，其型式有JY82、JJKB-30等。 1、附加直流電源漏電保護圖4-4 漏電閉鎖 （1）基本工作原理 圖4-5是附加直流電源檢漏繼電器的原理接線圖。它與漏電閉鎖裝置的保護原理相同，因而電路有許多相似之處。由整流電源D1-4、靈敏繼電器J，零序電抗器LK，三相電抗器SK及千歐表k等組成。檢測直流電源由三相電抗器中柱上的副繞組B提供低壓交流，整流電源的“-”極，

12、經(jīng)靈敏繼電器J，零序電抗器LK和三相電抗器SK接至三相電網(wǎng)。電源的“+”極徑K表接地。檢測電流通過電網(wǎng)對地電阻構成回路。接地電容CD為隔直流用，它的電容量一般都選得足夠大，對交流阻抗近似為零。圖4-5 附加直流電源保護原理圖這種檢漏電器的作用，一方面是連續(xù)監(jiān)視電網(wǎng)的絕緣水平，通過歐姆表顯示，當電網(wǎng)絕緣降低到某一最小允許值時，繼電器動作，使低壓電源總開關跳閘；另一方面是當電網(wǎng)發(fā)生人身觸電或一相接地故障時，繼電器動作，切斷電源，并且利用零序電抗器提供的感性電流補償流過人體或接地點的電容電流。檢漏繼電器的電阻值，是根據(jù)保證人身觸電的安全確定的。人身觸電安全電流規(guī)定為30mA，在不考慮電網(wǎng)電容的情況下

13、，流過人體的電流根據(jù)式用下式計算hhREI33式中 I 流過人體電流，A； E 電網(wǎng)相電壓，V； 電網(wǎng)每相對地漏電阻（三相對稱），/相； R 人體電阻，取1k。hh在給定電網(wǎng)電壓下，人體電流按30mmA計算，便可確定出允許的電網(wǎng)最低漏電阻值。以井下660V電網(wǎng)為例3500010003103036603333minhhRIE計算檢漏繼電器的動作電阻值R時，考慮到三相電網(wǎng)的漏電阻對直流為并聯(lián)通路，則有井下低壓電網(wǎng)的最低允許漏電阻值及檢漏繼電器的動作電阻值如表4-1所示。114003350003mindzR JY-82檢漏繼電器的執(zhí)行元件是靈敏繼電器J，它的動作電流為定值，當檢漏繼電器的動作電阻值確

14、定后，檢測電源的電壓U 應滿足下式關系DU=U=（R R DJdzIJ)式中 I 靈敏繼電器動作電流，為5mA； r 靈敏繼電器線圈電阻，。jj 繼電器動作電阻值的整定，就是通過改換副繞組B的抽頭辦法來調(diào)整直流電壓U，從而保證檢漏繼電器的動作電阻值符合表4-1的規(guī)定。 表4-1 檢漏繼電器動作電阻值（2）補償原理煤礦井下低壓電網(wǎng)都是電纜線路，對地分布電容較大。根據(jù)實測，我國采區(qū)380V-660V電網(wǎng)，橡膠電纜網(wǎng)絡對地電容一般在0.1-1.0F,若為屏蔽電纜，數(shù)值更大。電容電流和絕緣電阻漏電流同時流過人體，將造成觸電危險。例如，設電網(wǎng)每相對地電容C=0.5F,電網(wǎng)對地電阻=35k，660V電網(wǎng)，

15、由公式算出人體觸電電流為)1 (96(12222CRRREIhhhh136601035)105 . 0(3141 19)635(3511622622=154mA 通過人體的電流竟達154mA，大大超過了人體安全電流。電容電流的存在不僅增加觸電的危險，而且在發(fā)生接地火花時，還增大了點燃瓦斯和煤塵的機率。為此，在漏電保護裝置中，采用零序電抗器L補償容性電流。如圖4-6a所示，它的補償作用與消弧線圈相同，只不過零序電抗器L是接在三相電抗器S的人為中性點上。圖4-6 等值電路圖為了更清楚地理解補償作用，用戴維南定理將圖4-5變換為圖4-6所示的等值電路。它是以人體電路為討論對象，從A相和地兩點分析整個

16、電路為一有源二端網(wǎng)絡，其等值內(nèi)阻為二端網(wǎng)路內(nèi)所有電源被短接后的等值電阻，即電網(wǎng)的漏電阻、電容和檢漏繼電器回路阻抗等的并聯(lián)阻抗，等值電壓UA為人體的開路電壓，即A和d兩個節(jié)點間的電壓，可根據(jù)節(jié)點電壓法求得，cBAAccABBAYYYEEYEEYU)()(式中 變壓器二次側相電勢； YA、YB、YC每相對地等值導納。在三相電網(wǎng)對地導納平衡的條件下，即YA=YB=YC=Y，則上式變?yōu)?、EAcBE、EAACBAEYEYYEEYEYU333)(2上式表明，在網(wǎng)絡對地的漏電阻和電容三相平衡時，戴維南等效電路的電源電壓等于三相電源的相電壓。將阻值很小的檢漏繼電器接地電容CD忽略不計，三相電抗器用等值電抗L

17、表示，則等值電路如圖4-6b所示。于是可得補償后流過人體的電流為LjCjRUhAhI1331由圖4-6b可以看出，補償支路的電感L= ，與分布電容3C是并聯(lián)的電路，可通過調(diào)節(jié)零序電抗器的電感值使其產(chǎn)生并聯(lián)諧振，即LkskLL1jC- 01Lj則流過人體的電流變?yōu)?3hAhRUI此時通過人體的電流最小，僅由網(wǎng)路絕緣電阻決定，達到完全補償。為調(diào)整零序電抗器的電感量，通常將它制成抽頭式、飽和電抗器式或兩者綜合式。飽和電抗器式電容補償電路如圖4-7所示。它有兩個交流繞組W1和W2串聯(lián)使用，W3為直流控制繞組。通過調(diào)整電位器R，改變W3中的直流電流，從而改變磁路的飽和程度，以調(diào)節(jié)交流繞組的電感達到最佳補

18、償。圖4-7飽和電抗器補償電路與抽頭式零序電抗器相比，它可以實現(xiàn)補償電流的連續(xù)調(diào)節(jié)，提高補償效果。繼電器設有試驗電路，進行補償調(diào)整時，按下按鈕AY，用Ry模擬人身電阻（1k），串接的毫安表指示通過人體的電流，調(diào)節(jié)電位器R，使毫安表讀數(shù)最小，即為最佳補償。無論哪種型式的補償電抗器，均應具有線性特性，才能有較好的補償效果。由于電抗器線圈具有電阻，它將使人體流過一有功電流，影響補償效果。因此，希望電抗線圈的電阻值越小越好。2、零序電壓漏電保護對中性點不接地電網(wǎng)，當發(fā)生一相漏電或人身觸電時，電網(wǎng)中就會出現(xiàn)零序電壓，因此可利用檢測零序電壓原理實現(xiàn)漏電保護。檢測裝置接線分為兩類，一類是三相五柱式電壓互感器

19、接成開口三角形，另一類是取出中點位移電壓接線。（1）開口三角形接線圖4-8是高壓電網(wǎng)無選擇性絕緣監(jiān)視裝置的原理接線圖，它由三相五柱電壓互感器（或者三個單相電壓互感器）、電壓繼電器及電壓表等組成。電壓互感器通常接在變電所母線上，其副邊有兩組線圈，一級接成星形，三只電壓表接在相電壓上，另一組接成開口三角形，與電壓繼電器聯(lián)接，反應接地時出現(xiàn)的零序電壓。零序電壓U0的大小可根據(jù)戴維南定理，由圖4-8的等值電路求得。對于A相接地時故障支路的等值電路，如圖4-9a所示。圖中3L是三相電壓互感器原邊線圈電感，3是電網(wǎng)三相對地絕緣電阻，3C是三相對地分布電容，從A-0兩點看入整個電網(wǎng)，它們均為并聯(lián)?？紤]到絕緣

20、電阻和電壓互感器抗C大得多，為簡化討論，可將3、3L忽略不計，則等值電路簡化為圖4-9b所示。零序電壓U0即等于變壓器中點位移電壓。中點位移電壓的正方向為00，與電容3C的壓降方向相反?？傻? CjRCjUd31310CjRUUdAA31由上式可得圖4-10所示的相量圖。由于是電阻R與電容3C串聯(lián)電路，所以二者電壓相量之和是以為直徑的半圓，大地的電位點0在半圓上。由圖看出，當接地電阻越小時，A相對地壓也越小，-越接近。當為金屬性接地時，Rd=0，有-此時電壓互感器開口三角形測得的電壓最大，為ACBAJUUUUUU330.圖4-8 開口三角形接線原理圖圖4-9等值電路圖 隨著接地電阻R4的增大，

21、或者對地電容C的增大，都將使減小。因此對于電纜線路較多的大型配電網(wǎng)，接地保護的靈敏度將降低。 絕緣監(jiān)視繼電器的動作電壓Udz按躲過正常情況下開口三角形輸出的最大不平衡零序電壓Ubmax整定。 Udz=kkUbmax 式中 kk可靠系數(shù)，一般取1.2-1.3 Ubmax最大不平衡零序電壓，由實測數(shù)值決定。 在設計保護裝置時，Ubmax元法測知，故一般按電壓繼電器最小動作電壓值整定。在保護裝置投入運行時，再按測量的Ubmax進行調(diào)整。 開口三角形接線也可用于中性點不接地的低壓電網(wǎng)的漏電保護。 （2）中性點位移電壓接線 圖4-10 相量圖 圖4-11變壓器中點檢測位移電壓 檢測中性點位移電壓的接線有

22、多種形式，一種是在變壓器中性點經(jīng)高阻抗接地，如圖4-11所示，從所串電容C上取出零序電壓信號，作用于保護繼電器。另一種是接入三相電抗器Sk，自人工中性點經(jīng)高阻抗接地，從中取出零序電壓信號，如圖4-12所示。三相電抗器Sk也可以用三只電容器或電阻代替，接成星形取得人工中性點如圖4-13所示。 當發(fā)生一相接地時，變壓器中性點或人工中性點對地產(chǎn)生位移電壓U0，從接地回路中的元件C或R2上按比例取出信號電壓kU0，漏電越嚴重，位移電U0越大，信號電壓也越高。將信號電壓kU0整流后，送至執(zhí)行繼電器（該繼電器通常為電子繼電器），如圖4-11所示。 三、選擇性漏電保護圖4-12電抗器人工中性點 圖4-13

23、電容器人工中性點選擇性漏電保護分為橫向選擇性和縱向選擇性。輻射式電網(wǎng)許多條配出線，只切除有漏電故障線路的漏保護，稱具有橫向選擇性。按零序電流或零序功率方向保護原理構成的漏電繼電器，具有橫向選擇性。自負載到電源各級保護的縱向選擇性，一般由動作時限來完成。1、零序電流保護系統(tǒng)圖4-14是零序電流保護的原理圖，在每條配出線上裝設零序電流互感器，三相電纜從互感器鐵芯穿過作為一次線圈，在鐵芯上繞二次線圈聯(lián)接執(zhí)行繼電器。零序電流保護是利用接地故障線路的零序電流大于非故障線路的零序電流的特點實現(xiàn)選擇性保護的。例如在圖4-14中，線路I發(fā)生A相接地，則全電網(wǎng)A相對地電位均為零，所有線路物B、C兩相對地漏電流都從接地點流回電瓶，每條非故障線路流入故障點的電流主要是電容電流，為式中 U0 零序電壓，按公式計算； Ci非故障線路的每相對地分布電容。0033UCijIIidi此電流可被每條線路所裝的零序電流互感器測得，其正方向為由母線流向線路。故障線路上所裝的零序電流互感器測得的電流IdG仍是整個電網(wǎng)的接地電流之和，減去其本岙的接地電流，正方向為自線路流向母線，電流相量關系如圖4-15所示。圖4-14 零序電流保護圖4-15單相接地電流、電壓相量圖故障線路的電流為