煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)知識
陽煤集團(tuán) 楊玉濤
所謂“漏電”就是電流流經(jīng)了大地(包括地線)。理論上講所有電網(wǎng)都存在漏電、所有電氣設(shè)備都存在漏電,因為他們都存在對地絕緣電阻值。電工所說的“漏電”是指漏電流已經(jīng)達(dá)到了漏電保護(hù)的動作值。電工所說的某設(shè)備“接地”也是指漏電流已經(jīng)達(dá)到了漏電保護(hù)的動作值。
煤礦井下的漏電保護(hù)具有三大功能:①漏電電流達(dá)到規(guī)定值時(也就是絕緣電阻值下降到一定值時),保護(hù)裝置動作切斷電源;②補(bǔ)償電網(wǎng)對地分布電容(也就是利用電感吸收分布電容的漏電流),降低接地點(diǎn)的電流值(也就降低了接地點(diǎn)的電火花);③監(jiān)測并顯示電網(wǎng)絕緣電阻值。
煤礦井下用電設(shè)備常用的電壓為660V和1140V以及3300V。本文僅僅論述這3個電壓等級的漏電故障。
一、歐姆定律
漏電電流和絕緣電阻都與歐姆定律有關(guān)。歐姆定律的定義是流過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比,與導(dǎo)體本身的電阻成反比,即I=U/R。
電工要牢記歐姆定律,因為歐姆定律可以解釋電器的工作原理,也可以解釋電氣故障原因。
二、電阻
所謂電阻就是電流流動受到的阻力。電阻的阻值越大阻礙力越大,阻值越小阻礙力越?。ㄒ簿褪请娮柚蹬c電流值成反比)。電阻的最大阻值為∞(無窮大),電阻的最小阻值為0(沒有負(fù)值)。電阻存在有兩種形式,一種是人為制造的電阻(如電阻元件、電爐絲、電熱棒、白熾燈等),另一種是自燃存在的電阻(絕緣電阻、導(dǎo)線電阻等)。
我們習(xí)慣把很大的電阻叫做無窮大,把很小的電阻叫做0。電工常用的黑膠布,在低壓電網(wǎng)中叫做絕緣材料,但是在高壓電網(wǎng)就起不到絕緣作用了。一瓢自來水,倒入高壓接線盒叫作短路,而倒入蒸汽電熨斗叫作負(fù)載;煤礦井下千米鉆機(jī)的兩根監(jiān)控裸導(dǎo)線在嘩嘩流動的礦井水中不影響監(jiān)測效果(相當(dāng)于水是絕緣的)??梢宰鲞@樣的試驗,把礦燈(頭燈)的兩個正負(fù)極裸導(dǎo)線放入自來水中,不影響燈的亮度。
玻璃管保險內(nèi)部是一段銅絲,我們測量它時,認(rèn)為它的電阻是0Ω,但是它在電路中工作時就不能認(rèn)為是0Ω了,否則就起不到保險的作用了(焦耳定律Q=I2Rt)。
三、附加直流電源漏電保護(hù)
我們把一個變壓器的供電范圍稱之為一個電網(wǎng)。每個變壓器的輸出都必須有一個總檢漏保護(hù)??倷z漏保護(hù)采用的是附加直流電源的工作方式。附加直流電源就是在電網(wǎng)與大地之間通過電抗器另外增加一個直流電源(一般為直流48V),用于監(jiān)測電網(wǎng)與大地之間的絕緣電阻值。其實就像指針萬用表測量電阻元件一樣,萬用表內(nèi)的電池給所測電阻施加電壓;也像搖表測量絕緣電阻一樣,轉(zhuǎn)動搖表、搖表輸出電壓(搖表是直流發(fā)電機(jī))施加在電氣設(shè)備上。這個原理就是歐姆定律的原理——電阻值與電流值成反比(R=U/I)。
四、漏電保護(hù)動作值
根據(jù)《煤礦供電的三大保護(hù)細(xì)則》規(guī)定,660V系統(tǒng)用11kΩ電阻元件在遠(yuǎn)端對地試驗時漏電保護(hù)必須動作,1140V系統(tǒng)用20kΩ電阻元件在遠(yuǎn)端對地試驗時漏電保護(hù)必須動作,由此可以推出3300V系統(tǒng)用60kΩ電阻元件在遠(yuǎn)端對地試驗時漏電保護(hù)必須動作。
電網(wǎng)的絕緣電阻很大時(習(xí)慣叫無窮大),漏電保護(hù)肯定不動作。電網(wǎng)的絕緣電阻下降到上述電阻值時漏電保護(hù)肯定動作。每個電網(wǎng)的漏電保護(hù)裝置不一樣,所以不能確定絕緣電阻上升到多大時漏電保護(hù)就剛好不動作。
五、絕緣電阻測量
搖表測量。注意,①首先檢查瓦斯?jié)舛龋陀?.0%方準(zhǔn)測量;②絕緣高的長距離電纜能夠儲存電荷,測量完畢必須放電,對地放電與相間放電;③搖表是直流發(fā)電機(jī),輸出電壓與搖動的轉(zhuǎn)速成正比,也就是2500V的搖表可以代替1000V的搖表使用(搖的慢點(diǎn))。
萬用表測量。指針萬用表的10kΩ檔也能用于測量漏電故障點(diǎn)。
驗電筆測量。煤礦井下中性點(diǎn)不接地供電系統(tǒng),只要一相驗電筆不亮,一般是該相接地了,也就是該相對地電壓為0了。當(dāng)干式變壓器輸出側(cè)的總饋電開關(guān)漏電跳閘、解脫負(fù)荷電纜故障依舊,說明電源側(cè)接地了。驗證的方法就是用驗電筆,哪一相驗電筆不亮,就是那一相接地了。
注意,一相驗電筆不亮,可能不缺相,而是該相接地了;三相驗電筆都亮,可能缺相了;三相驗電筆明暗不一樣,并不是三相電壓不平衡,而是三相對地電壓不平衡;三相對地電壓不平衡的原因是三相對地的絕緣電阻值差別較大的過。
六、集中性漏電
故障現(xiàn)象是電網(wǎng)某一臺設(shè)備或某一條電纜的絕緣電阻下降到漏電保護(hù)的動作值或直接接地。現(xiàn)象為只要開動某一臺設(shè)備就頂閘,或者給某一條電纜送電就頂閘。
常見的集中性漏電故障有:屏蔽層與接線柱相碰、接線腔潮濕、設(shè)備進(jìn)水等。
低壓屏蔽電纜接頭壓接注意事項為①剝掉屏蔽層,②難以剝掉時應(yīng)削掉10mm長,③千萬不能不剝也不削屏蔽層、僅僅是不讓屏蔽層離開接線柱,這樣就為以后留下隱患——別人處理故障或者更換該設(shè)備時注意不到屏蔽層而人為造成屏蔽層碰住接線柱。
七、分散性漏電
故障現(xiàn)象是不一定開哪臺設(shè)備就頂閘,不一定何時會頂閘,只開一臺設(shè)備或少開設(shè)備不頂閘,開的設(shè)備多了就頂閘。
首先要懂得并聯(lián)電阻的特點(diǎn)是①越并聯(lián)總電阻越小;②總電阻值最?。虎墼俨⒙?lián)一個小電阻對總電阻影響大,再并聯(lián)一個大電阻對總電阻影響不大。
故障原因是電網(wǎng)內(nèi)多數(shù)設(shè)備或電纜絕緣電阻值較低,造成總的絕緣電阻值更低,因為一個電網(wǎng)內(nèi)每臺設(shè)備和每條電纜的絕緣電阻屬于并聯(lián)狀態(tài)。
解決辦法是先更換幾臺絕緣最低的設(shè)備或電纜,抽空再陸續(xù)更換絕緣低的設(shè)備。
預(yù)防辦法是定期測量各個設(shè)備及電纜的絕緣電阻值,發(fā)現(xiàn)絕緣較低的設(shè)備或電纜就提前更換掉,不要等著發(fā)生頂閘故障后才更換。
八、活接地
啟動電動機(jī)就漏電跳閘,測量電動機(jī)絕緣很高。原因是轉(zhuǎn)子鼠籠條開焊,習(xí)慣稱此故障為“掃堂”。
采煤機(jī)割煤就漏電跳閘,空轉(zhuǎn)不跳閘,測量電動機(jī)絕緣很高。原因是轉(zhuǎn)子鼠籠條稍微開焊,不出力時掃不到定子線包,割煤(出力)時掃到定子線包。
九、干式變壓器
干式變壓器輸出側(cè)只能帶一臺總饋電開關(guān),也就是只能有一個總漏電保護(hù)。如果同時帶2臺或更多的饋電開關(guān),就使得漏電保護(hù)靈敏度降低,因為接地點(diǎn)的電流要分開幾路流經(jīng)漏電保護(hù),這樣流過漏電保護(hù)的電流減少就降低靈敏度了。
干式變壓器輸出側(cè)電纜不能過長,一般為10m之內(nèi),如果過長的話,這段電纜一旦發(fā)生漏電,沒有保護(hù)裝置能夠切斷其上級電源。
十、補(bǔ)償
漏電保護(hù)內(nèi)的補(bǔ)償功能很難完全吸收電網(wǎng)對地分布電容的漏電流,因為供電電纜的長度不是固定的(設(shè)備開得少時總電纜短、開得多時總電纜長),分布電容也就不是固定的。所以很難做到完全補(bǔ)償。
十一、三相四線制漏電保護(hù)
單相供電系統(tǒng)漏電保護(hù)開關(guān)內(nèi),火線和零線共同穿過一個保護(hù)線圈,該線圈監(jiān)測火線和零線電流的大小差別,火線和零線電流差別當(dāng)小于30mA時開關(guān)不動作,當(dāng)大于30mA時開關(guān)動作。火線能夠漏電給地線或者大地,這樣火線電流就會大于零線電流。
三相供電系統(tǒng)漏電保護(hù)開關(guān)內(nèi),3根火線共同穿過一個保護(hù)線圈,該線圈監(jiān)測三相火線電流的大小差別,三相火線電流差別當(dāng)小于30mA時開關(guān)不動作,當(dāng)大于30mA時開關(guān)動作。
十二、對地電壓
煤礦常用的移動變電站及干式變壓器二次側(cè)接成Y時輸出1140V(線電壓)、接成△時輸出660V(相電壓)。多數(shù)情況下1140V系統(tǒng)的對地電壓為660V、660V系統(tǒng)的對地電壓為380V。很顯然這個380V的對地電壓并不是660V系統(tǒng)的“相電壓”(660V已經(jīng)是相電壓了),又因為少數(shù)情況下三相對地電壓是不相等的(相電壓是相等的),所以對地電壓并不能稱之為“相電壓”。
為什么三相對地電壓會不相等呢?中性點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)的三相對地電壓與三相的對地絕緣電阻有關(guān),每相的對地電壓就是該相絕緣電阻上的電壓。以1140V系統(tǒng)為例,當(dāng)三相各自的對地絕緣電阻值相等時,三相對地電壓相等,為660V(比電源電壓低根號3倍);當(dāng)三相各自的對地絕緣電阻值不相等時,三相對地電壓不相等,絕緣電阻高的相、對地電壓高(>660V)、最高為660V,絕緣電阻低的相、對地電壓低(<660V)、最低為0V。
三相對地電壓不相等,不對于三相電壓不平衡。其中一相對地電壓過低,并不代表漏電保護(hù)就應(yīng)該跳閘。以1140V的AB兩相電為例,A相對地絕緣電阻Ra與B相對地絕緣電阻Rb屬于串聯(lián)接法,A相對地電壓就是Ra上的電壓,B相對地電壓就是Rb上的電壓,這兩個電阻按阻值的比例分配1140V;Ra=1000MΩ、Rb=10MΩ與Ra=1MΩ、Rb=0.01MΩ對地電壓的分配是一樣的(都是100:1),但是前者不會頂閘而后者會。如果對地電壓為0V,說明該相接地了,就應(yīng)該跳閘。
驗電筆的明暗對應(yīng)對地電壓的高低。
三相電動機(jī)的繞組匝數(shù)是固定的、額定承受的電壓也是固定的。對于標(biāo)有1140V/660V的電動機(jī),當(dāng)使用1140V時接成Y接法(相當(dāng)于串聯(lián)),每個繞組上承受的電壓其實是660V;當(dāng)使用660V時接成△,每個繞組承受的還是660V。懂得這個道理也就知道660V系統(tǒng)的對地電壓多數(shù)情況下是380V了。
移動變電站二次側(cè)的繞組匝數(shù)是固定的,繞組上輸出的電壓也是固定的,當(dāng)二次繞組接成Y時(相當(dāng)于串聯(lián))輸出1140V、接成△時輸出660V。
照明綜合保護(hù)裝置,內(nèi)部的變壓器一次和二次側(cè)都可以改變接法。一次側(cè)接成Y時使用1140V、接成△時使用660V。二次側(cè)接成△時輸出127V、接成Y時輸出220V。
十三、故障案例
660V漏電保護(hù)裝置內(nèi)電抗器虛接冒火,形成電弧接地過電壓,對地電壓達(dá)到一千多伏,導(dǎo)致660V橡套電纜外皮帶電。