【产品知识】智能剩余电流继电器在钢铁厂供电系统改造中的应用与选型

浏览次数：162更新时间：2024-01-04

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

0引言

某钢铁厂的电网供电系统始建于２０世纪６０年代，经历了不同年代的建设改造。由于钢铁厂存在各种不同用电场合的供电需求，目前有不同年代建设的电网供电系统在运行。受当时不同年代经济条件和电器设备技术发展的制约，在电网供电系统中部分没有设计安装剩余电流动作断路器（ＣＢＲ），即使后续在部分电网供电系统中改造安装了剩余电流动作断路器，但由于ＣＢＲ类型和电网供电系统不匹配，ＣＢＲ的设计安装接线不合理，导致ＣＢＲ拒动和误动作情况时有发生。电网供电系统没有安装ＣＢＲ时，若设备电线绝缘老化，会引起电气火灾事故，人为误接线操作也经常会导致漏／触电伤人，严重影响生命安全。因此，该钢铁厂提出了*面对老旧电网供电系统进行改造、安装漏电保护装置的需求，线路重新布局，线路中增加剩余电流动作断路器。根据钢铁厂的改进技术要求，本文针对钢铁厂的不同供电系统，提出了设计改造安装ＣＢＲ的解决方案，并对存在错误设计的接线图进行分析说明。历经６个月的设计改造，解决了该钢铁厂老旧电网系统中线路和设备的漏电保护安全问题。改造加装的ＣＢＲ经过１年多的运行，现场漏电事故事件明显减少，有效地防止了漏／触电事故的发生，预防了漏电引起的电气火灾，保障了线路和设备的用电安全，确保了人身安全。

1ＣＢＲ在电网供电线路中的作用

剩余电流动作断路器俗称漏电断路器，其不但对用电设备和线路进行过电流故障保护，同时可对用电设备和线路中出现的漏电流故障进行保护，在低压电网供电系统中起到非常重要的保护作用。线路中安装ＣＢＲ后，可确保人身安全，避免漏／触电造成的致命事故。当线路中存在漏电电流时，可能会引起线路电气火灾，ＣＢＲ也可预防因漏电引起的火灾事故。可见ＣＢＲ可以消*电网供电系统线路中的各种不安全因素，成为提高电网供电系统线路中安全用电的有效预防措施的保护元器件。

在低压电网供电系统中，按照漏／触电保护线路级别可分为三级漏电保护。配电负载侧作为配电系统中的一*总保护，安装在低压配电总电源侧，一般漏电保护值为５００ｍＡ以上，并设置一定的延时动作时间，以防三级或二级线路发生漏／触电故障时，造成一*线路停电。主干分支线路侧为二级保护，实现分支线路到终端侧之间线路的漏／触电保护，同时作为终端漏／触电保护的后备保护，一般漏电保护值为１００～５００ｍＡ，总漏电电流小于一*漏电保护值，大于三级终端侧漏电保护值，既可保护漏／触电故障，又可防止漏电火灾的发生。用户终端侧为三级保护，终端三级漏／触电保护系统中，人触电事故绝大部分都发生在该终端的用电设备和线路上，对一些存在危险的设备需加ＣＢＲ，如移动式用电设备、焊接设备等，作为用电系统线路的末端保护，灵敏度高，响应快速，漏电动作值不能大于３０ｍＡ，且无动作延时时间，如在水池、浴池等潮湿易漏电的场合，则漏电电流保护值为１５ｍＡ以下。三级保护*大的好处是缩小停电范围，防止发生大面积停电。以上三级保护线路中任何一*发生漏／触电故障时，都会给人们的生命财产造成严重的损失，所以电网供电系统线路中安装ＣＢＲ的重要性是不言而喻的。

2 ＣＢＲ的保护工作原理

触电方式有直接触电和间接触电两种。直接触电为人体直接接触带电的裸露导电部位，漏电电流从接触处经过人体心脏、再经脚底流入大地，当漏电电流超过人体所能承受的一定值时，对人体造成伤害，严重时会造成人触电死亡。间接触电为人体接触到因设备内部的绝缘损坏而产生漏电的设备金属外壳造成的触电。例如电机设备的金属外壳与接地线连接，当电机内部绕组的绝缘损坏产生漏电时，漏电流会经过设备金属外壳接地线流入大地，流回电源中性点。当人体触摸到电机金属外壳时，漏电流会经人体流回电源中性点，对人体造成伤害。ＣＢＲ的基本保护工作原理如图１所示。图１线路中在设备和人员无漏／触电的情况下，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ相电流的矢量和为零，即ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩΔ＝０，这时在零序电流互感器ＴＡ的铁芯中所感应的磁通的矢量和Φ为零，即Φ＝ΦＡ＋ΦＢ＋ΦＣ＋ΦＮ＝０，磁通的矢量和在零序电流互感器ＴＡ的二次绕组感应的电动势Ｅ２为零。当有漏／触电发生时，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ相电流的矢量和不为零，即ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩΔ≠０，这时在零序电流互感器ＴＡ的铁芯中所感应的磁通的矢量和Φ不为零，即Φ＝ΦＡ＋ΦＢ＋ΦＣ＋ΦＮ≠０，磁通的矢量和在零序电流互感器ＴＡ二次绕组感应的电动势Ｅ２不为零，电动势Ｅ２经过控制单元Ａ的运算控制，当漏电流ＩΔ达到一定的值后，控制单元Ａ驱动脱扣器ＴＲ动作，脱扣器ＴＲ驱动断路器ＱＦ跳闸快速切断电源，实现漏／触电保护的功能。

3改造前的电网供电系统设备运行状态分析

为了解决该钢铁厂供电系统中存在的各种漏／触电不安全因素，供电系统设计安装ＣＢＲ已成为*有效的保护措施。当发生漏／触电接地故障时，ＣＢＲ能够快速切断电源，保护设备和人身安全。该钢铁厂生产设备较多，站用电源变压器多，电源变压器建设年代不同，有不同的低压电网供电系统，既有ＩＴ电网供电系统，又有ＴＴ电网供电系统和ＴＮ电网供电系统。

ＩＴ电网供电系统主要应用在该钢铁厂的矿井等场合，该供电系统为电源变压器二次侧中性点不接地或经高阻抗接地，电气设备的金属外壳接地。该系统中电源变压器中性点不接地或经高阻抗接地是其保护性能的核心，其保护机制为尽量加大漏／触电回路的阻抗，避免漏／触电电流达到危害值。ＩＴ供电系统一般采用设备外壳接地保护法，用特殊的检漏继电器进行漏电保护。因为ＩＴ供系统电源变压器中性点不接地，所以当设备发生漏／触电故障事故时，漏电流和电源变压器二次侧无法构成回路电流，其漏电流仅为非故障相对地构成的电容电流的相量和，流经人体的漏电流很小，相对是安全的。人体单相触电时，所处环境容抗大，流向大地的泄漏电流很小，电源变压器二次侧电压平衡基本不会破坏，泄漏电流不会影响电气设备的正常运行。由于漏阻抗较大，人体单相触电时流经人体的电流很小，漏电流小于１ｍＡ，因此不会造成人体伤害。因此，ＩＴ供电系统相对来说是一种比较安全的供电方式，其可靠性高，安全性好。但其缺点是该供电系统线路不宜过长，只能应用在一些特殊用电的小范围的场合，使用范围受到一定的限制。常规型的ＣＢＲ为电流动作式，需要故障点与电源变压器二次侧接地中性点构成漏电流回路，工作原理如图１所示。在ＩＴ电网供电系统中电源变压器二次侧没有中性点接地，因此该系统不能适应电流型的剩余电流动作断路器。对于该钢铁厂早些年代建造的ＴＴ供电系统和ＴＮ供电系统，由于受当时经济条件和电器

设备技术发展的制约，低压电网供电系统中部分设备仍然采用单一的接地接零保护方式，这种单一的接地接零保护方式已不能满足安全保护要求。在电网系统中大部分没有设计安装ＣＢＲ，即使后续在一些电网系统改造中增加了ＣＢＲ，但由于ＣＢＲ类型和电网系统不匹配、ＣＢＲ的接线不合理、上级和下级漏电的保护参数设置不合理，导致剩余电流动作断路器拒动和误动作情况时有发生，没有达到漏电保护的功能，反而造成了线路跳闸停电停工现象，给用电安全带来一隐患。因此以下针对ＴＴ和ＴＮ供电系统中ＣＢＲ的正确设计、接线方案进行分析说明。

4 安科瑞ASJ系列产品介绍

安科瑞ASJ系列剩余电流动作继电器和多回路剩余电流监测仪可与低压断路器或低压接触器等组成组合式剩余电流保护装置，主要适用于交流50Hz，额定电压400V及以下的TT和TN系统配电线路，用来对电气线路进行接地故障保护，防止接地故障电流引起的设备损坏和电气火灾事故，也可用来对人身触电危险提供间接接触保护。