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      煤矿电网漏电保护知识

      发布日期:2022-03-10 作者: 点击:

      煤矿电网漏电保护知识

      阳煤集团 杨玉涛

      所谓“漏电”就是电流流经了大地(包括地线)。理论上讲所有电网都存在漏电、所有电气设备都存在漏电,因为他们都存在对地绝缘电阻值。电工所说的“漏电”是指漏电流已经达到了漏电保护的动作值。电工所说的某设备“接地”也是指漏电流已经达到了漏电保护的动作值。

      煤矿井下的漏电保护具有三大功能:①漏电电流达到规定值时(也就是绝缘电阻值下降到一定值时),保护装置动作切断电源;②补偿电网对地分布电容(也就是利用电感吸收分布电容的漏电流),降低接地点的电流值(也就降低了接地点的电火花);③监测并显示电网绝缘电阻值。

      煤矿井下用电设备常用的电压为660V和1140V以及3300V。本文仅仅论述这3个电压等级的漏电故障。

      一、欧姆定律

      漏电电流和绝缘电阻都与欧姆定律有关。欧姆定律的定义是流过导体的电流与导体两端电压成正比,与导体本身的电阻成反比,即I=U/R。

      电工要牢记欧姆定律,因为欧姆定律可以解释电器的工作原理,也可以解释电气故障原因。

      二、电阻

      所谓电阻就是电流流动受到的阻力。电阻的阻值越大阻碍力越大,阻值越小阻碍力越小(也就是电阻值与电流值成反比)。电阻的Z大阻值为∞(无穷大),电阻的Z小阻值为0(没有负值)。电阻存在有两种形式,一种是人为制造的电阻(如电阻元件、电炉丝、电热棒、白炽灯等),另一种是自燃存在的电阻(绝缘电阻、导线电阻等)。

      我们习惯把很大的电阻叫做无穷大,把很小的电阻叫做0。电工常用的黑胶布,在低压电网中叫做绝缘材料,但是在高压电网就起不到绝缘作用了。一瓢自来水,倒入高压接线盒叫作短路,而倒入蒸汽电熨斗叫作负载;煤矿井下千米钻机的两根监控裸导线在哗哗流动的矿井水中不影响监测效果(相当于水是绝缘的)。可以做这样的试验,把矿灯(头灯)的两个正负极裸导线放入自来水中,不影响灯的亮度。

      玻璃管保险内部是一段铜丝,我们测量它时,认为它的电阻是0Ω,但是它在电路中工作时就不能认为是0Ω了,否则就起不到保险的作用了(焦耳定律Q=I2Rt)。

      三、附加直流电源漏电保护

      我们把一个变压器的供电范围称之为一个电网。每个变压器的输出都必须有一个总检漏保护。总检漏保护采用的是附加直流电源的工作方式。附加直流电源就是在电网与大地之间通过电抗器另外增加一个直流电源(一般为直流48V),用于监测电网与大地之间的绝缘电阻值。其实就像指针万用表测量电阻元件一样,万用表内的电池给所测电阻施加电压;也像摇表测量绝缘电阻一样,转动摇表、摇表输出电压(摇表是直流发电机)施加在电气设备上。这个原理就是欧姆定律的原理——电阻值与电流值成反比(R=U/I)。

      四、漏电保护动作值

      根据《煤矿供电的三大保护细则》规定,660V系统用11kΩ电阻元件在远端对地试验时漏电保护必须动作,1140V系统用20kΩ电阻元件在远端对地试验时漏电保护必须动作,由此可以推出3300V系统用60kΩ电阻元件在远端对地试验时漏电保护必须动作。

      电网的绝缘电阻很大时(习惯叫无穷大),漏电保护肯定不动作。电网的绝缘电阻下降到上述电阻值时漏电保护肯定动作。每个电网的漏电保护装置不一样,所以不能确定绝缘电阻上升到多大时漏电保护就刚好不动作。

      五、绝缘电阻测量

      摇表测量。注意,①首先检查瓦斯浓度,低于1.0%方准测量;②绝缘高的长距离电缆能够储存电荷,测量完毕必须放电,对地放电与相间放电;③摇表是直流发电机,输出电压与摇动的转速成正比,也就是2500V的摇表可以代替1000V的摇表使用(摇的慢点)。

      万用表测量。指针万用表的10kΩ档也能用于测量漏电故障点。

      验电笔测量。煤矿井下中性点不接地供电系统,只要一相验电笔不亮,一般是该相接地了,也就是该相对地电压为0了。当干式变压器输出侧的总馈电开关漏电跳闸、解脱负荷电缆故障依旧,说明电源侧接地了。验证的方法就是用验电笔,哪一相验电笔不亮,就是那一相接地了。

      注意,一相验电笔不亮,可能不缺相,而是该相接地了;三相验电笔都亮,可能缺相了;三相验电笔明暗不一样,并不是三相电压不平衡,而是三相对地电压不平衡;三相对地电压不平衡的原因是三相对地的绝缘电阻值差别较大的过。

      六、集中性漏电

      故障现象是电网某一台设备或某一条电缆的绝缘电阻下降到漏电保护的动作值或直接接地。现象为只要开动某一台设备就顶闸,或者给某一条电缆送电就顶闸。

      常见的集中性漏电故障有:屏蔽层与接线柱相碰、接线腔潮湿、设备进水等。

      低压屏蔽电缆接头压接注意事项为①剥掉屏蔽层,②难以剥掉时应削掉10mm长,③千万不能不剥也不削屏蔽层、仅仅是不让屏蔽层离开接线柱,这样就为以后留下隐患——别人处理故障或者更换该设备时注意不到屏蔽层而人为造成屏蔽层碰住接线柱。

      七、分散性漏电

      故障现象是不一定开哪台设备就顶闸,不一定何时会顶闸,只开一台设备或少开设备不顶闸,开的设备多了就顶闸。

      首先要懂得并联电阻的特点是①越并联总电阻越小;②总电阻值Z小;③再并联一个小电阻对总电阻影响大,再并联一个大电阻对总电阻影响不大。

      故障原因是电网内多数设备或电缆绝缘电阻值较低,造成总的绝缘电阻值更低,因为一个电网内每台设备和每条电缆的绝缘电阻属于并联状态。

      解决办法是先更换几台绝缘Z低的设备或电缆,抽空再陆续更换绝缘低的设备。

      预防办法是定期测量各个设备及电缆的绝缘电阻值,发现绝缘较低的设备或电缆就提前更换掉,不要等着发生顶闸故障后才更换。

      八、活接地

      启动电动机就漏电跳闸,测量电动机绝缘很高。原因是转子鼠笼条开焊,习惯称此故障为“扫堂”。

      采煤机割煤就漏电跳闸,空转不跳闸,测量电动机绝缘很高。原因是转子鼠笼条稍微开焊,不出力时扫不到定子线包,割煤(出力)时扫到定子线包。

      九、干式变压器

      干式变压器输出侧只能带一台总馈电开关,也就是只能有一个总漏电保护。如果同时带2台或更多的馈电开关,就使得漏电保护灵敏度降低,因为接地点的电流要分开几路流经漏电保护,这样流过漏电保护的电流减少就降低灵敏度了。

      干式变压器输出侧电缆不能过长,一般为10m之内,如果过长的话,这段电缆一旦发生漏电,没有保护装置能够切断其上级电源。

      十、补偿

      漏电保护内的补偿功能很难完全吸收电网对地分布电容的漏电流,因为供电电缆的长度不是固定的(设备开得少时总电缆短、开得多时总电缆长),分布电容也就不是固定的。所以很难做到完全补偿。

      十一、三相四线制漏电保护

      单相供电系统漏电保护开关内,火线和零线共同穿过一个保护线圈,该线圈监测火线和零线电流的大小差别,火线和零线电流差别当小于30mA时开关不动作,当大于30mA时开关动作。火线能够漏电给地线或者大地,这样火线电流就会大于零线电流。

      三相供电系统漏电保护开关内,3根火线共同穿过一个保护线圈,该线圈监测三相火线电流的大小差别,三相火线电流差别当小于30mA时开关不动作,当大于30mA时开关动作。

      十二、对地电压

      煤矿常用的移动变电站及干式变压器二次侧接成Y时输出1140V(线电压)、接成△时输出660V(相电压)。多数情况下1140V系统的对地电压为660V、660V系统的对地电压为380V。很显然这个380V的对地电压并不是660V系统的“相电压”(660V已经是相电压了),又因为少数情况下三相对地电压是不相等的(相电压是相等的),所以对地电压并不能称之为“相电压”。

      为什么三相对地电压会不相等呢?中性点不接地供电系统的三相对地电压与三相的对地绝缘电阻有关,每相的对地电压就是该相绝缘电阻上的电压。以1140V系统为例,当三相各自的对地绝缘电阻值相等时,三相对地电压相等,为660V(比电源电压低根号3倍);当三相各自的对地绝缘电阻值不相等时,三相对地电压不相等,绝缘电阻高的相、对地电压高(>660V)、Z高660V,绝缘电阻低的相、对地电压低(<660V)、Z低为0V。

      三相对地电压不相等,不对于三相电压不平衡。其中一相对地电压过低,并不代表漏电保护就应该跳闸。以1140V的AB两相电为例,A相对地绝缘电阻Ra与B相对地绝缘电阻Rb属于串联接法,A相对地电压就是Ra上的电压,B相对地电压就是Rb上的电压,这两个电阻按阻值的比例分配1140V;Ra=1000MΩ、Rb=10MΩ与Ra=1MΩ、Rb=0.01MΩ对地电压的分配是一样的(都是100:1),但是前者不会顶闸而后者会。如果对地电压为0V,说明该相接地了,就应该跳闸。

      验电笔的明暗对应对地电压的高低。

      三相电动机的绕组匝数是固定的、额定承受的电压也是固定的。对于标有1140V/660V的电动机,当使用1140V时接成Y接法(相当于串联),每个绕组上承受的电压其实是660V;当使用660V时接成△,每个绕组承受的还是660V。懂得这个道理也就知道660V系统的对地电压多数情况下是380V了。

      移动变电站二次侧的绕组匝数是固定的,绕组上输出的电压也是固定的,当二次绕组接成Y时(相当于串联)输出1140V、接成△时输出660V。

      照明综合保护装置,内部的变压器一次和二次侧都可以改变接法。一次侧接成Y时使用1140V、接成△时使用660V。二次侧接成△时输出127V、接成Y时输出220V。

      十三、故障案例

      660V漏电保护装置内电抗器虚接冒火,形成电弧接地过电压,对地电压达到一千多伏,导致660V橡套电缆外皮带电。


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