【正文】 ，由于某種原因使絕緣擊穿或帶電導體碰殼而造成的漏電故障，如果沒有相應(yīng)的保護裝置，或者 保護裝置拒動，這種漏電故障將長期存在。間歇性漏電，一般指電網(wǎng)內(nèi)某臺設(shè)備的負荷端，如磁力起動器負荷側(cè)的電纜和末端的電動機，由于某種原因使絕緣擊穿、帶電導體碰殼而發(fā)生的漏電故障，這種漏電故障的存在與磁力起動器的停、送電狀態(tài)有關(guān)，如果磁力起動器合閘，這部分線路就發(fā)生漏電，如果磁力起動器分閘，其漏電故障就消失。瞬間集中性漏電，主要指人員或 其他接地的導體偶爾觸及設(shè)備的帶電部分后，立刻又擺脫或分開的情況。 選題背景 漏電保護是保證煤礦井下安全供電的三大保護 (保護接地漏電保護和過流保護 )之一，是防止人身觸電的重要措 施。我國礦井下的工作環(huán)境比較潮濕，相對濕度往往高達95%以上，為此，對其使用的電氣設(shè)備和電纜的絕緣提出較高的要求。盡管如此運行中的電氣設(shè)備及其供電電纜，由于工作環(huán)境惡劣，漏電現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，裝設(shè)漏電保護裝置對礦井安全生產(chǎn)尤為重要主要體現(xiàn)在： (1)防止漏電流引燃瓦斯和煤塵 ， 當空氣中的瓦斯?jié)舛仍?5%～ 15%，氧氣濃度適當，并遇上點火源時，便會引起爆炸。電纜與其他井下電氣設(shè)備相比更易受損。當電纜受損后，由于絕緣被破壞，便有漏電流。漏電流就有可能成為點火源。由于瓦斯的可能點燃能量很低，僅為 。因此， 及時有效的漏電保護裝置可降低漏電流引燃瓦斯、煤塵的可能性。 (2)防止漏電流燒損電氣設(shè)備對于高壓電路，由于電網(wǎng)分布電容大、電壓高、漏電流大。因此，漏電流的長期存在可燒毀電氣設(shè)備。尤其是橡膠電纜，如果單相 漏電故障不及時處理，則其漏電流可能會使電纜的絕 緣受損而發(fā)展成兩相短路，使故障事態(tài)擴大。對低壓電 路，由于漏電流小，一般漏電流不能直接燒毀電氣設(shè)備。但是由于漏電流長期存在，電氣設(shè)備局部發(fā)熱使其絕緣局部老化加劇，必將大大縮短電氣設(shè)備的壽命，而漏電保護則使電網(wǎng)不可能長時間地存在漏電流。因此，可有效地防止漏電流燒 損電氣設(shè)備。 課題研究意義 我國煤礦井下低壓電網(wǎng)的中性點全部為不接地方式，漏電是井下低壓電網(wǎng)的主要故障形式之一，約占其總故障的 70%左右，它不但會導致人身觸電事故，還會形成單相接地，進而發(fā)展成為相間短路，由此引發(fā)的電弧會造成瓦斯和煤塵爆炸。漏電保護的原理和裝置的種類較多，但從適用于井下低壓電網(wǎng)的漏電保護原理來看，目前主要有以下幾種：附加直源檢測保護原理、零序電壓保護原理、旁路接地式保護原理 、零序電流大小及零 3 序電流方向保護原理。前三種保護原理為 非選擇性漏電保護，供電電網(wǎng)的任何地方出現(xiàn)漏電故障，保護裝置 即動作并切除整個工作面電網(wǎng)，且無法確定故障支路。后兩種保護原理為選擇性漏電保護，可以判斷出故障支路，有選擇地將故障支路切除。但是，隨著礦井規(guī)模的擴大，供電系統(tǒng)復雜性的提高，對漏電保護提出了更高的要求。因此，研究選擇性漏電保護理論與技術(shù)應(yīng)用對礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。 本論文的研究對象是井下中性點不接地的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)，研究重點主要放在 發(fā)生單相漏電故障時。通過對中性點不接地低壓電網(wǎng)的漏電分析，提出基于零序電流方向保護原理的的選線漏電保護方案，實現(xiàn)礦井低壓電網(wǎng)的選擇性漏電保護。 產(chǎn)生漏電的原因 井下低壓供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電的原因，大致有以下幾個方面。 (1)電纜或電氣設(shè)備本身的原因 敷設(shè)在井下巷道內(nèi)的電纜，由于井下環(huán)境潮濕，且運行多年，其絕緣老化或潮氣人侵，引起絕緣電阻下降，使正常運行時系統(tǒng)對地的絕緣阻抗偏低而發(fā)生漏電。在這種供電系統(tǒng)中，還會因偶然的過電壓沖擊，使絕緣水平較低處發(fā)生擊穿，產(chǎn)生集中性漏電。 開關(guān)設(shè)備長期使用，接線板潮濕可能造成漏電 。其內(nèi)部元件 (主要是控制變壓器、接觸器、繼電器、線圈等 )或?qū)Ь€，因某種原因使絕緣惡化、導線頭碰殼也會造成漏電 。自動饋電開關(guān)中的過流繼電器，當調(diào)整螺桿擰 得過低時也會因相對地放電而造成漏電。 長期使用的電動機，工作時發(fā)熱膨脹，繞組有一定的范性形 變，停機后冷縮而形成縫隙，井下潮氣、煤塵容易侵人，久而久之，就會因絕緣受潮、繞組散熱不良等原因使絕緣材料變質(zhì)、老化而造成漏電。此外，電動機內(nèi)部接頭脫落，使一相導線接觸金屬外殼而產(chǎn)生的漏電也較常見。 (2)因施工安裝不當引起漏電 電纜施工接線錯誤，如誤將相線與地線相接，通電后就會發(fā)生漏電 。橡套電纜接頭違反施工工藝要求，如采用了“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭等，這些接法都破壞了橡套的絕緣，在井下潮氣的侵蝕 下易發(fā)生漏電，此外，這些接法的機械強度都較低，容易被拉斷而造成漏電。 電纜與設(shè)備連接時，由于芯線接頭不牢，封堵不嚴、壓板不緊，運行或移動時造成接頭脫落或接頭松動，使相線與金屬外殼直接搭接而漏電，或者是因接頭發(fā)熱過度使絕緣損壞而漏電口 橡套電纜懸掛方法違反規(guī)定，采用鐵絲或銅絲懸掛，時間一長因橡套強度低使鐵絲或銅絲嵌人絕緣層內(nèi)，接觸芯線而產(chǎn)生漏電。 井下并道狹窄，油浸紙絕緣愷裝電纜在巷道內(nèi)敷設(shè)或進出俐室時轉(zhuǎn)彎非常不便。從保護絕緣的愿望出發(fā)，要求電纜在轉(zhuǎn)彎或盤繞時，其曲率半徑不得小于電纜外徑的 15 倍，否則就容易把 電纜內(nèi)部的絕緣層折裂 。但是在實際敷設(shè)時人們很少注意這一要求，或是現(xiàn)場情況無法滿足這一要求，因而使電纜的絕緣層受損，運行時間一長，就可能發(fā)生漏電。 開關(guān)或其他電氣設(shè)備的內(nèi)部接線錯誤，或接線頭松脫碰殼，當合閘通電時便發(fā)生漏電。 (3)因管理維護不當引起漏電 由于管理不嚴，電纜被埋壓或脫落浸泡于水溝中。電纜被埋壓后其熱量不易散發(fā)，時間一久將使絕緣老化而漏電 。電纜浸泡于水中，由于受井下水的酸性侵蝕及滲透作用，也會使絕緣因受潮而漏電。 4 電氣設(shè)備長期過負荷運行造成絕緣老化損壞而漏電。 電動機因長期被煤石堵塞風道，造成通 風不良而發(fā)熱使絕緣老化受損而漏電。 對已受潮或遭水淹的電氣設(shè)備，未經(jīng)嚴格的于燥處理和對地絕緣電阻、耐壓試驗，又投人運行，極有可能發(fā)生漏電或其他電氣故障。 (4)因維修操作不當引起漏電 井下巷道狹窄，環(huán)境較暗，工人工作時勞動工具 (鍬、鎬、釬等 )易將電纜割傷或碰傷，造成漏電。此外，采掘機械移動時，由于司機人員照顧不到，使供電電纜受到拉、擠、壓、絞等作用，也可能造成漏電。 在并下進行冷、熱補橡套電纜和澆灌電纜接頭時，由于線芯連接不牢固、絕緣膠澆灌不均勻，以及硫化熱補或冷補質(zhì)量低劣、故在運行期間芯線接頭容易發(fā)熱，使 油和絕緣膠往外滲漏，嚴重時就會產(chǎn)生漏電。 開關(guān)設(shè)備檢修后，殘留在開關(guān)內(nèi)的線頭、金屬碎片等未能清掃干凈，或?qū)⑿×慵c電工工具等忘在開關(guān)內(nèi)，如果這些東西碰到相線，送電后就會發(fā)生漏電。 修理電氣設(shè)備時，由于停送電操作錯誤、帶電操作或施工不慎，可能造成人身觸及一相而漏電。 開關(guān)分、合閘時，由于滅弧機構(gòu)有故障，造成電弧熄滅困難，電弧接觸外殼而漏電。此外，當發(fā)生漏電而切斷總電源后，為尋找漏電支路而分別強行送電也是造成重復漏電的原因。 (5)因意外事故引起漏電 井下電纜常因頂板失落、礦車出軌、支柱傾倒等意外機械事故所損傷 而導致漏電。 井下電纜因短路故障造成局部對地絕緣損壞，當處理短路故障后未經(jīng)對地絕緣電阻側(cè)定而恢復送電時，就會發(fā)生漏電。 大氣過電壓沿下共電纜人侵，擊穿其對地絕緣而發(fā)生漏電。 井下低壓電網(wǎng)發(fā)生漏電的危害 煤礦井下低壓電網(wǎng)大部分在采區(qū)，環(huán)境條件惡劣，又是工人員和生產(chǎn)機械比較集中的地方，電網(wǎng)若發(fā)生漏電，將導致危險。 (1)人身觸電 當電氣設(shè)備因絕緣損壞而使外殼帶電，而工作人員又接觸此外殼時，就會導致人身觸電事故，此時人地電流的一部分將要從人體流過，其數(shù)值大到一定程度就會造成工作人員的傷亡。工 作人員觸及刺破橡套電纜外護套而暴露在空氣中的芯線是一種更加嚴重的人身觸電，此時，入地電流絕大部分流經(jīng)人體，因而對工作人員的危險性更大。 (2)引起瓦斯及煤塵爆炸 我國大部分煤礦都有瓦斯和煤塵爆炸的危險，當井下空氣中瓦斯或煤塵達到爆炸濃度且有能量達到 D. 28 m1 的點火源時，就會發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸。井下的點火源大都是電火花，而漏電所產(chǎn)生的電火花則占有相當?shù)谋壤?，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地或設(shè)備發(fā)生單相碰殼時，在接地點就會產(chǎn)生電火花，若此電火花具有足夠的能量，就可能點燃瓦斯和煤塵。 (3)燒損電氣設(shè)備，引起電火災(zāi) 長 期存在的漏電電流，尤其是兩相經(jīng)過渡電阻接地的漏電電流，在通過設(shè)備絕緣損壞處時將散發(fā)出大量的熱，使絕緣進一步損壞，甚至使可徽性材料 (如非阻燃性橡套電纜 )著火燃燒。在井下，“雞爪子鉀接頭處所用的絕緣膠布就容易著火燃燒。 5 (4)引起短路事故 據(jù)統(tǒng)計，約有 3a%的單相接地故障發(fā)展為短路的原因是很簡單的。長期存在的漏電電流及電火花使漏電處的絕緣進一步損壞，最后危及相間絕緣而造成短路。 (5)產(chǎn)重影響生產(chǎn) 按規(guī)程要求，一旦電網(wǎng)發(fā)生漏電，就必須停電處理，因而嚴重影響生產(chǎn)，降低煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。漏電故障的處理少則數(shù)小時， 長則達幾個班次，有的工作面幾乎每班都發(fā)生漏電停電事故。另一方面，停電使局部通風機停轉(zhuǎn)，通風惡化，瓦斯積聚，反過來又威脅了礦井的安全。 選擇性漏電保護的發(fā)展現(xiàn)狀 漏電保護的主要目的是通過切斷電源的操作來防止人身觸電傷亡和漏電 電流引爆瓦斯煤塵。我國對漏電保護的研究是從煤礦井下低壓電網(wǎng)的漏電保護開 始的，至今已有四十余年的歷史。四十年的實踐證明，它對我國礦井安全供電發(fā) 揮了巨大的作用 。它已成為我國礦井安全供電的不可缺少的組成部分。正因為它在安全供電方面作用重大，因此，漏電保護已陸續(xù)在各行各業(yè)的供電網(wǎng)中安 家落戶。早在 20 世紀 30 年代，英國就在磁力啟動器中裝設(shè)了漏電保護裝置，但這種漏電保護裝置只適用于變壓器中性點直接接地的供電系統(tǒng)。由于變壓器中性點 直接接地供電系統(tǒng)在供電安全方面顯示出它的一些弱點，這種供電系統(tǒng)后來在 礦井電網(wǎng)中被逐漸淘汰。 1949 年前蘇聯(lián)開始研制中性點不接地供電系統(tǒng)使用的 漏電保護裝置 (PYB 型防爆漏電繼電器 )，采用的是附加直流源的原理。同時，西德、波蘭、日本等國也先后開發(fā)出適合于本國礦井供電系統(tǒng)的漏電保護裝置。我 國在 20 世紀 50 年代初，引進了蘇聯(lián)的漏電保護裝置，并在礦井中推廣應(yīng)用。同時進行了仿制，形成 JY82 型隔爆檢漏繼電器產(chǎn)品，一直延用到 80 年代末，甚至有的礦井現(xiàn)在還在使用。隨著煤炭生產(chǎn)機械化程度的提高，這種產(chǎn)品就逐漸不能 適應(yīng)生產(chǎn)的要求。因此， 60 年代我國自行設(shè)計和生產(chǎn)了 JL80,JL82 型隔爆檢漏繼電器。 70年代又研制生產(chǎn)了 JJKB30 型隔爆檢漏繼電器，隨著科學技術(shù)的發(fā)展 和礦井電網(wǎng)電壓等級的升高，我國自行研制了多種類型的漏電保護裝置。 選擇性的漏電保護是指當電網(wǎng)發(fā)生漏電故障時，能夠有選擇地發(fā)出故障信號 或切斷故障支路電源。選擇性漏電保護系統(tǒng)是漏電保護技術(shù)的發(fā)展趨勢，是防止人身觸電的 重要保護措施。它可以保證只切除漏電故障線路和設(shè)備，非故障部分繼續(xù)工作，減小故障停電范圍，而且便于尋找漏電故障，縮短漏電停電時間，提高供電的可靠性。選擇性漏電保護作為一門綜合性學科隨著科學技術(shù)的進步在不斷地發(fā)展。 漏電保護的要求 井下的空氣潮濕，空間狹窄，盡管在選擇電氣設(shè)備和電纜時對其絕緣性能及等級做了嚴格要求，運行的電氣設(shè)備及其供電電纜漏電和單相接地的可能性仍然很大 。特別是工作面的電纜，由于移動、被砸、碰、擠壓的機會較多，極易損壞，漏電的可能性就更大。一旦發(fā)生漏電，就可能導致人身觸電、火災(zāi)、爆炸，相間 短路導致事故擴大等惡性事故，所以，井下許多供電設(shè)備規(guī)定應(yīng)裝設(shè)漏電保護裝置。磁力啟動器是礦井供電系統(tǒng)中控制電動機的電控設(shè)備，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系著電動機運行的可靠性和安全性。從漏電保護種類、性能及相關(guān)因素對磁力啟動器的要求出發(fā)，對現(xiàn)有漏電保護方式進行詳細分析。漏電保護裝置必須具備下列性能，保障系統(tǒng)的可靠性、安全。 6 (1)可靠性：漏電保護裝置的任務(wù)是保障供電安全，因此保護動作應(yīng)可靠，不拒動，也不誤動作，也就是說一旦具有動作條件，保護裝置應(yīng)可靠動作，而條件不具備時則不動作。這樣才能提高供電系統(tǒng)的本質(zhì)可靠性，縮短采礦 、運輸?shù)裙こ痰耐９r間，防止事故蔓延，限制故障的破壞范圍 . (2)選擇性：對設(shè)備對地漏電或線路單相接地保護要具有選擇性，也稱動作的選擇性。即按規(guī)定的時限僅切斷漏電設(shè)備或故障線路，并且在故障狀態(tài)及故障狀態(tài)以后，不向非損壞接線開關(guān)發(fā)出切斷指令。有了選擇性功能以后，在被保護范圍以內(nèi)的故障就能及時地被發(fā)現(xiàn)，防止了向事故設(shè)備或線路再送電，而在被保護范圍以外或無漏電故障時，保護裝置不動作，從而提高了可靠性和安全性 . (3)靈敏性：保護裝置的靈敏性 (也稱靈敏度 )是指對被保護電氣設(shè)備可能發(fā)生的故障和不正常的運行方式的反應(yīng)能 力。為了使保護裝置在故障時能起到保護作用，要求保護裝置應(yīng)有較好的靈敏性。由于靈敏性用靈敏度系數(shù)來表示，它決定于在被保護范圍內(nèi)金屬性接地時接地電流的計算值與保護裝置動作電流值的比值。對于反映中性點絕緣的架空網(wǎng)絡(luò)為 。電纜網(wǎng)絡(luò)為 :。變壓器低壓側(cè)為 。接地電流的計算值是在基頻電流條件下根據(jù)最不利的故障形式來確定的。針對網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生的狀態(tài)，保護裝置的靈敏度以大于 2 為宜，因為在這種條件下，保護裝置所處的狀態(tài)不僅能反映金屬性接地故障，而且還能反映接觸電阻接地故障，其中單相接地電流的數(shù)值比 金屬性接地電流的數(shù)值要小，而且與網(wǎng)絡(luò)的電容值有關(guān) . (4)快速性：快速切除短路故障可以減輕電流對電氣設(shè)備的破壞程度，加速恢復供電系統(tǒng)正常運行的過程，減小對用戶的影響。要求對于礦井 lOkV 電壓的配電線路，整個切斷時間