低壓電網(wǎng)中有關(guān)電動機(jī)的接地保護(hù)問題

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

　根據(jù)國標(biāo)GB50055-93規(guī)定，低壓交流電動機(jī)應(yīng)裝設(shè)接地故障保護(hù)，并規(guī)定接地故障保護(hù)應(yīng)符合現(xiàn)行國標(biāo)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定。當(dāng)電動機(jī)短路保護(hù)器件滿足接地故障保護(hù)要求時(shí)，應(yīng)采用短路保護(hù)兼作接地保護(hù)。在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)配電線路采用熔斷器作短路保護(hù)時(shí)，對于中性點(diǎn)直接接地網(wǎng)絡(luò)，如果被保護(hù)線路末端發(fā)生單相接地短路時(shí)，其短路電流值不小于熔體額定電流的4倍。當(dāng)用自動開關(guān)作短路保護(hù)時(shí)，其短路電流不應(yīng)小于自動開關(guān)瞬時(shí)或短延時(shí)過電流脫扣器整定電流的1.5倍。

　　對于低壓供電系統(tǒng)按其接地方式可分為：TN-C、TN-C-S、TN-S、TT及IT系統(tǒng)，在工廠配電最常用的為TN-C、TN-S系統(tǒng)，而近年來尤以TN-S系統(tǒng)在石油化工企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。

　　當(dāng)供電線路末端發(fā)生單相接地短路時(shí)，短路電流與系統(tǒng)、變壓器及線路的正序、負(fù)序、零序阻抗的大小有關(guān)。變壓器的零序阻抗與其接線形式有很大關(guān)系，Yy接線變壓器零序阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Dy接線變壓器的零序阻抗。在系統(tǒng)阻抗和變壓器阻抗一定的情況下，短路電流與配電線路的阻抗有關(guān)，即線路越長，導(dǎo)線截面越小則導(dǎo)線阻抗越大，相應(yīng)短路電流越小。一方面我們希望短路電流小而減小接地故障造成的損失，而另一方面我們也希望故障電流大而易于檢測，迅速切除故障。雖然采用高阻接地系統(tǒng)可以把接地故障電流限制得很小，使系統(tǒng)能夠帶故障運(yùn)行而提高供電系統(tǒng)的可靠性，但因其故障電流很小，對保護(hù)報(bào)警設(shè)備要求較高，而很少在石油化工企業(yè)中應(yīng)用。

　　在石油化工企業(yè)中，為了提高線路末端單相接地故障電流而能滿足保護(hù)需求，通常做法是除了電動機(jī)外殼以扁鋼接地外，對于電動機(jī)回路采用3+1芯電纜供電，有時(shí)甚至采用四芯等截面電纜以降低線路的零序阻抗。

　　下面就TN-S系統(tǒng)內(nèi)對于低壓電動機(jī)的單相接地保護(hù)在一具體工程中的設(shè)定，談一點(diǎn)體會。例如，某系統(tǒng)容量SX=100MVA；變壓器：160kVA，Dy11，Ud=6%，ΔPd=14.5kW.

　　低壓系統(tǒng)采用BFC式低壓抽屜柜配電，由于該變電所為化工罐區(qū)變電所，負(fù)荷分散，而且距離遠(yuǎn)近不同，電動機(jī)功率也相差甚大，現(xiàn)選兩條典型回路進(jìn)行分析說明：①距配電室280m遠(yuǎn)裝有75kW電動機(jī)回路；②距配電室280m遠(yuǎn)，裝有2.2kW電動機(jī)回路。

　?。?）電纜的選擇：

　　根據(jù)電纜允許載流量及電動機(jī)起動時(shí)線路允許壓降，距配電室280m遠(yuǎn)75kW電動機(jī)電纜選用VV-3×150+1×50電纜；距配電室280m遠(yuǎn)，2.2kW電動機(jī)回路選用VV-3×6+1×4電纜。我們可以通過計(jì)算，看出線路末端單相接地短路電流的大小與線路的零序電阻有很大的關(guān)系，而線路的零序電阻又主要取決于電纜的第四芯線，也就是保護(hù)線的截面。而相比之下，對于芯線截面很小的電纜由于其零序電阻很大而以至于在計(jì)算截面很小的電纜線路單相接地短路電流時(shí)，線路的零序電抗及變壓器（對于Dy11變壓器）和系統(tǒng)阻抗均可忽略不計(jì)。

　?。?）保護(hù)設(shè)定：

　　如用自動空氣斷路器作短路保護(hù)，2.2kW電動機(jī)選用DZ20J斷路器，其過載脫扣器In=16A，瞬時(shí)脫扣器為12倍In，即192A.75kW電動機(jī)選用DZX10斷路器，其過載脫扣器In=20A，瞬時(shí)脫扣器10倍In，即200A.

　　2.2kW電動機(jī)：

　　單相接地短路電流/斷路器瞬時(shí)脫扣器整定電流=0.09/0.126=0.714＜1.5

　　75kW電動機(jī)：

　　單相接地短路電流/斷路器瞬時(shí)脫扣器整定電流=1.274/2.0=0.637＜1.5

　　說明均能滿足規(guī)范要求。0.25×4=1.0kA＜1.274kA

　　線路末端發(fā)生單相接地短路時(shí)，可從熔斷器特性曲線上查得：熔斷器在10s內(nèi)熔斷。

　　可以看出兩者均滿足規(guī)范要求，但是由于所選用的是抽屜柜，需用自動空氣斷路器實(shí)現(xiàn)抽屜柜帶電不能開門的連鎖要求，而且為了操作方便，我們對于上述2.2kW電動機(jī)回路選用熔斷器加空氣斷路器加接觸器回路方案，由NT熔斷器作為短路保護(hù)?？紤]到對于上述75kW回路雖然采用熔斷器作為短路保護(hù)能夠滿足規(guī)范要求，但如果線路末端發(fā)生單相接地短路，短路電流不是很大，熔斷器熔斷時(shí)間過長，不利于安全運(yùn)行，我們采用限流式自動空氣斷路器加零序保護(hù)作為短路保護(hù)，選用空氣斷路器加接觸器方案。

　　加裝零序保護(hù)的方法常見的有兩種：過電流繼電器接線的余線連接；鐵芯磁勢平衡（窗式）電流互感器。

　?、儆嗑€連接法：余線連接法每相的繼電器連接在相應(yīng)的電流互感器輸出回路上，而一個(gè)檢測接地故障電流的接地繼電器則連接在公共的余線回路上，電動機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，三相負(fù)載平衡，三個(gè)電流互感器的網(wǎng)效應(yīng)為零，余線支路中仍沒有電流流過。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障，故障電流流過了本相導(dǎo)體及其電流互感器，網(wǎng)磁通不為零，于是電流流過余線分支，使繼電器動作。

　　②磁芯平衡法：磁芯式平衡電流互感器通常叫做窗式互感器，一般相線及中性線（若有單相負(fù)荷）全都穿過電流互感器的同一開口處，并被同一磁芯所包圍。在正常狀況下，包括單相負(fù)載的所有流出的電流都穿過電流互感器，電流互感器磁芯內(nèi)凈磁通為零。因而沒有電流流過接地繼電器，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，接地電流通過設(shè)備的接地回路，如設(shè)備外殼、接地線等回路流回，從而旁路了電流互感器。這樣在電流互感器的磁芯內(nèi)產(chǎn)生了正比于接地故障電流的磁通，因此在繼電器回路里流過一個(gè)與之成正比的電流。因此連接在磁芯平衡電流互感器上的繼電器可以做成很靈敏，即使是數(shù)毫安也能測出。同時(shí)也應(yīng)該注意：對于電動機(jī)回路不能把整根電纜穿過磁芯平衡電流互感器，因?yàn)殡妱訖C(jī)回路第四芯線不是N線，而是保護(hù)（PE）線，如果保護(hù)線由磁芯平衡電流互感器中穿過，在線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流完全由此保護(hù)線流過，磁芯內(nèi)凈磁通仍為零，接地繼電器無電流流過；而且若其它回路發(fā)生接地故障，故障電流有可能流過此線，會使此回路接地繼電器誤動，這一點(diǎn)尤其應(yīng)該注意。

　　采用以上兩種方法都能達(dá)到測量接地故障電流的目的，由于接地繼電器中沒有正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載電流流過，所以繼電器中的電流可以整定很小電流，從而靈敏度很高。由于我國目前對于漏電保護(hù)尚沒有比較完善的規(guī)范，只能根據(jù)實(shí)際情況考慮系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)泄漏電流不超過其整定電流。

　　由于漏電電流與環(huán)境因素及線路的敷設(shè)方式等實(shí)際情況有很大關(guān)系，對于一個(gè)系統(tǒng)很難計(jì)算出其正常運(yùn)行時(shí)的泄漏電流，所以應(yīng)以實(shí)測為準(zhǔn)。

　　對于上述工程中距配電室280m遠(yuǎn)的75kW電動機(jī)，我們采用的是余線連接法，整定接地繼電器FA電流為0.5A，并考慮到電動機(jī)起動時(shí)泄漏電流比正常運(yùn)行時(shí)大，加裝時(shí)間繼電器KT，時(shí)間繼電器整定6s以躲過起動時(shí)間。

　　電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果電動機(jī)端發(fā)生單相接地短路，接地繼電器FA中流過電流為：

　　單相接地短路電流/電流互感器變比=1274/40=31.85A

　　可見短路電流足以使繼電器FA動作，則FA接點(diǎn)閉合使空氣斷路器分勵(lì)線圈勵(lì)磁，斷路器斷開切斷故障。電動機(jī)起動時(shí)，即使電動機(jī)起動時(shí)線路及電動機(jī)的漏電電流使繼電器FA動作，但時(shí)間繼電器KT接點(diǎn)延時(shí)6s閉合，保證空氣斷路器不會誤動。

　　通過上面在一具體工程中，對低壓電動機(jī)回路單相接地保護(hù)的設(shè)定過程，可以看出對于線路的單相接地保護(hù)要具體問題具體分析，不能一概而論。首先要了解系統(tǒng)情況，不同系統(tǒng)采取不同保護(hù)方案。對于同一系統(tǒng)，也要選取典型回路進(jìn)行單相接地短路電流的計(jì)算，得到單相接地短路電流計(jì)算結(jié)果后，對各種保護(hù)方案比較，才能最終作出決定。尤其當(dāng)配電線路很長時(shí)，更應(yīng)該注意對線路單相接地故障的保護(hù)，如果保護(hù)設(shè)定不當(dāng)，輕者影響設(shè)備正常運(yùn)行，重者危及設(shè)備和人身安全。