井下低压电网漏电保护

2020/3/11中国矿业大学电气工程系1井下低压电网漏电保护1.漏电故障的基本概念在电力系统中，当带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经过该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，即称该带电导体（或供电系统）发生了漏电故障漏电电流：发生漏电故障时流入大地的电流正常泄漏电流：正常情况下电网对地绝缘阻抗很大，流入大地的电流很小当流入大地的电流增大到几十毫安、几安培甚至几十安培时，这时可以判断电网发生了漏电故障当入地电流增大到几百安培以上时，这时已经超出了漏电故障，进入过流（短路）故障2020/3/11中国矿业大学电气工程系2正常泄漏电流与漏电电流的区别一般根据电流的大小、电网的结构、电压等级、中性点接地方式等各种因素综合考虑，两者之间没有严格的界限。如中性点直接接地的低压供电系统，当发生一相导线直接与大地相连，这时通过接地点流入大地的电流在几百、几千安培，属于短路故障中性点不接地的低压供电系统，如果电网对地绝缘很好，如果发生一相导线直接接地，这时电网通过接地点流入大地的电流一般只有几十安培，就属于漏电故障人身触电绝缘下降1.漏电故障的基本概念2020/3/11中国矿业大学电气工程系3我国井下普遍使用变压器中性点绝缘的低压供电系统，漏电故障定义为：在中性点绝缘的低压供电系统中发生单相接地（包括直接接地和经过过渡阻抗接地）或两相、三相对地的总绝缘阻抗下降到一定危险值的电气故障为漏电故障，简称漏电。人身触电属于其中的单相经过过渡电阻接地的漏电故障1.漏电故障的基本概念2020/3/11中国矿业大学电气工程系4漏电（按时间分类）–集中性漏电•长期集中性漏电•间歇性集中漏电•瞬间集中漏电–分散性漏电。漏电（按电源相分类）–不对称漏电故障•单相漏电•两相漏电–对称性漏电故障•三相漏电1.漏电故障的基本概念2020/3/11中国矿业大学电气工程系51.漏电故障的基本概念单相漏电电流回路示意图。L1L2L3NC3r3C2r2C1r1RtrIma2020/3/11中国矿业大学电气工程系62.产生漏电的原因2.产生漏电的原因1）电缆或电气设备本身的原因（1）敷设在井下巷道的电缆由于井下环境潮湿，且运行多年，其绝缘老化或潮气入侵，引起绝缘电阻下降，使正常运行时系统对地的绝缘阻抗偏低或发生漏电。如果偶然发生过电压冲击，也会使绝缘水平较低处发生击穿，产生集中性漏电。（2）开关设备长期使用，接线板潮湿可能造成漏电；内部元件或导线绝缘老化或导线头碰壳也会造成漏电；自动馈电开关中的过流继电器，当调整螺杆过低时也会因相对地放电造成漏电。2020/3/11中国矿业大学电气工程系72.产生漏电的原因（3）长期使用的电动机，工作时绕组发热膨胀，停机后冷却收缩，使绝缘在冷缩中形成缝隙，潮气、粉尘容易进入，在发生绝缘受潮、绕组散热不好时使绝缘材料变性、老化造成漏电。电机内接头脱落导致一相导线接触外壳形成单相漏电故障。2020/3/11中国矿业大学电气工程系82.产生漏电的原因2）因施工安装不当引起漏电（1）电缆施工接线错误；橡套电缆接头违反施工工艺要求等；（2）电缆与设备连接时，芯线接头不牢、封堵不严、压板不紧，运行或移动过程造成接头脱落或接头松动等；（3）橡套电缆违反规定用铁丝或铜丝悬挂，时间长造成漏电；（4）开关或其他电气设备的内部接线错误，或接头松脱，导致漏电。2020/3/11中国矿业大学电气工程系92.产生漏电的原因3）因管理不严引起漏电（1）管理不严，电缆被埋或脱落浸泡水中而引起漏电故障；（2）电气设备长期过负荷运行造成绝缘老化而发生漏电；（3）电机长期被矸石堵塞风道，造成通风不良发热使绝缘受损而漏电；（4）对已经发生受潮或水淹的电气设备未经过严格的干燥处理和对地绝缘电阻、耐压测试又投入运行，而发生漏电。2020/3/11中国矿业大学电气工程系102.产生漏电的原因4）因维修操作不当引起漏电（1）工人工作时劳动工具容易使电缆刮伤或碰伤，造成漏电。设备移动时电缆容易受到挤压等造成漏电；（2）冷热补的橡套电缆或浇灌的电缆接头，由于芯线连接不牢，绝缘胶浇灌不均匀等造成运行期间接头容易发热，最终造成漏电；（3）开关设备检修后，残留在设备内的线头、金属碎片、小零件、电工工具等遗留在设备内容易发生漏电；（4）修理电气设备时停送电操作错误造成漏电；（5）开关分合闸，灭弧机构故障等造成漏电2020/3/11中国矿业大学电气工程系112.产生漏电的原因5）因意外事故造成漏电（1）电缆因顶板脱落砸伤、矿车出轨、支柱倾倒等意外机械事故使电缆绝缘破损发生漏电；（2）井下电缆因短路造成局部对地绝缘损坏，恢复送电时容易发生漏电；（3）大气过电压侵入井下供电系统，击穿电缆对地绝缘而发生漏电。2020/3/11中国矿业大学电气工程系123.漏电的危害1）人身触电2）引起瓦斯、煤尘爆炸3）使电雷管无准备引爆4）烧损电气设备，引起火灾5）引起短路事故6）严重影响生产7）造成经济损失2020/3/11中国矿业大学电气工程系13预防漏电、触电的措施加强井下电气设备的管理和维护，定期对电气设备进行检查和试验，性能指标达不到要求的，应立即更换；将带电导体、电气元件和电缆接头，都封闭在坚固的外壳内，在设备外壳与盖子间设置可靠的机械闭锁，强制断电源后开盖。对不能封闭的带电裸导体，如机车架空线，应将其安装在一定的高度，防止人身触电。加强手持式电动工具的把手绝缘对人员接触机会较多的电气设备采用较低的电压如手电钻、照明设备采用127V电压，控制电压在12～42V以内。井下配电变压器中性点绝缘运行，严禁直接接地2020/3/11中国矿业大学电气工程系14井下低压电网的漏电分析一、井下低压供电系统的基本特点1.采用变压器中性点不接地或高阻接地运行方式。采用变压器中性点不接地的方式运行特点是：漏电电流小，比较安全，对漏电保护装置灵敏度要求高。对中性点直接接地系统发生人身单相触电时，人身触电电流为：此时单相接地电流很大，足以危及人身和矿井安全，如果发生单相直接接地，短路电流更大。mARmaVlA380)10003/(660)3/(1Im2020/3/11中国矿业大学电气工程系15一、井下低压供电系统的基本特点2.以一台动力变压器为一个相对独立的供电单元。只要对一个小供电系统单元能设置一套完善的漏电保护系统，就可以解决所有电网的漏电保护问题。3.动力电压等级为380V、660V、1140V三种。其中660V和1140V电压等级应用最多，综采矿井一般为1140V，一些更高等级的电压正在试验中。4.低压线路全部由电缆组成。在电路分析过程中不能忽略电网对地的电容。电网对地电容是分散的，但为了方便分析，一般用集中性电容代替。660V电网，C的数值在0～1uF，r在60～300kΩ。2020/3/11中国矿业大学电气工程系16二、井下低压电网的漏电分析理论分析的目的：求出发生漏电后各相对地电压、入地电流、零序电流和中性点的对地电压或零序电压的数学表达式，并讨论其随电网参数、漏电程度的变化规律。1.单相漏电分析(1)井下低压供电单元发生单相漏电电路图如图：Rtr为L1相漏电过渡电阻，变化范围在0～11KΩL3L2L1TC1r1C2r2C3r3VzsNV13V12V11gIg3Ig2Ig1Rtr3IzsVg1Vg3Vg2Igr等效电路图Vl1Vl2Vl3L1L2L3RtrZzsZzsZzsNN’VN’NIg3Ig2I”g1Ig1Vg3Vg2Vg11.单相漏电分析(2)1.单相漏电分析(3)N点为变压器的中性点，N’为大地，在L1相发生单相漏电时，过渡电阻为Rtr。当未发生单相漏电时，电路为三相对称，即VNN’＝0，无零序电压，也没有零序电流。三相对地只有较小的对称的各相对地泄漏电流，在大地中达到平衡。电网每相对地阻抗Zzs：rcjrjXcrjXcrZzs1)()(发生单相漏电时，等于在L1相Zzs上并联一个Rtr，此时电网三相不再对称。L1相Zzs’=Zzs//Rtr。用戴维南等效原理（看作二端网络），得零序电压：1.单相漏电分析(4)'2''/1/1'/1/3/2'/11121''ZzsZzsZzsZzsZzsZzsZzsZzsZzslZzslZzsllllNNNNVVVVVVVVVzs将Zzs’=Zzs//Rtr带入，得到：1.单相漏电分析(5)RtrZzslVZzsZzsRtrzsZlVzsZlVZzsRtrRtrZzsRtrZzsZzsRtrZzsRtrZzslVlVZzslVVNN31311)1(2)11(12222'各相零序电流为故障相对地电压1.单相漏电分析(6)RtrZzslVZzszsVIl310RtrZzslVRtrVVVNNlg313'11非故障相对地电压电网经Rtr入地的漏电电流为133)1(133)1(332222lVRtrZzsRtrZzszsVVVlVRtrZzsRtrZzszsVVVlglgzsIRtrZzslVRtrgVIg3313111.单相漏电分析(7)单相漏电分析(8)发生单相漏电各相对地电压向量关系变化如图：NN’VoVl2Vl3Vl1Vg3Vg1Vg22.两相漏电分析(1)两相漏电等效电路如图：Vl1Vl2Vl3L1L2L3RtrZzsZzsZzsNN’VN’NIg3I”g2I”g1Ig1Vg3Vg2Vg1RtrIg22.两相漏电分析(2)两相漏电分析方法同单相漏电分析。零序电压为：'2'/1'/1'/1/3'/2'/11121''ZzsZzsZzsZzsZzsZzsZzsZzsZzslZzslZzsllllNNNNVVVVVVVVVzs将Zzs’=Zzs//Rtr带入，得到：RtrZzslVZzsZzsRtrzsZlVzsZlVZzsRtrRtrZzsRtrZzsZzsRtrZzsRtrZzslVZzslVVNN321)1(321)1(1)1(211)1(222222'各相零序电流为故障相对地电压RtrZzslVZzszsVIl321)1(201323)1(1)32)1((1323)1(1)32)1(1(2222'2222'11lVRtrZzsRtrZzslVRtrZzsZzsVVVlVRtrZzsRtrZzslVRtrZzsZzsVVVNNlgNNlg非故障相对地电压电网经Rtr入地得电流1323)1(1)32)1((2233lVRtrZzsRtrZzslVRtrZzsZzszsVVVlg1323)1(21323)1(122221lVRtrZzsRtrZzsRtrgVIlVRtrZzsRtrZzsRtrgVIggzsIlVRtrZzsIIIgggr3132)1(3221电网入地总漏电电流为：2020/3/11中国矿业大学电气工程系31两种漏电分析比较（1）两种故障下零序电压与各相对地电压的向量关系基本相似；（2）在相同的电网参数和故障条件下，单相漏电的零序电压和零序电流的有效值大于两相漏电；（3）在中性点绝缘的电网发生单相漏电、两相漏电等不对称故障时，必产生一定大小和相位的零序电压和零序电流，而故障处的各相对地电压则分别等于各相正常时的相电压与零序电压的向量和，电网线电压仍保持对称。2020/3/11中国矿业大学电气工程系32两种漏电分析比较（4）当两相漏电过渡电阻Rtr0时，电网就发生两相接地短路，成为短路加漏电的复合型故障。而对于中性点对地绝缘的系统，发生单相直接接地故障时，由于接地电流很小，不属于短