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韓歡慶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】單相接地故障是造成城市路燈設(shè)施漏電隱患的主要原因,通過研究剩余電流保護(hù)器(RCD)的工作原理,找到了利用鉗表快速地測(cè)量回路中剩余電流的方法,從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的角度出發(fā),提高人工排查漏電隱患的效率。
【關(guān)鍵詞】路燈;剩余電流;漏電隱患;維護(hù)作業(yè)
0引言
路燈是指給道路提供照明功能的一種用電設(shè)備,其特點(diǎn)是分布廣、燈桿基本使用鋼鐵材料,燈桿頂部的燈具、燈桿內(nèi)的電纜線都帶電,由于路燈桿較多分布于人行道或綠化帶,燈桿與人很容易接觸到,因此,當(dāng)漏電發(fā)生時(shí),很容易引起人體觸電的事故。近年來,隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城市人口與日俱增,城市照明范圍也隨著日益擴(kuò)大,市民也對(duì)城市照明提出了更高的要求。在這個(gè)背景下,路燈設(shè)施的數(shù)量和密度在不斷增加,這也給城市照明設(shè)施的管理增加了難度,而時(shí)有發(fā)生的路燈漏電傷人事件,也給城市照明設(shè)施的管理者提出了一個(gè)難題:如何做到既能保證照明的效果,又能把安全隱患消除。本文將主要探討漏電現(xiàn)象的原理、如何快速排查隱患并分享實(shí)際工作中的一些經(jīng)驗(yàn)。
1漏電原因分析
路燈設(shè)施漏電分為“燈桿帶電"和“電纜漏電",這兩類現(xiàn)象產(chǎn)生的場(chǎng)景有以下幾種:
1)路燈桿內(nèi)電纜絕緣損壞導(dǎo)致電線與燈桿接觸,使燈桿帶電。
2)燈頭漏電。照明燈頭雖然設(shè)計(jì)有防水功能。但絕緣發(fā)生變化或者線路被雷擊后。燈頭存在漏電的可能。
3)路面積水侵入燈桿內(nèi)部導(dǎo)致漏電。城市內(nèi)澇時(shí),路燈桿若淹沒于水中,水位超過燈門高度,接線頭防水措施不足會(huì)導(dǎo)致漏電。
4)電纜絕緣變化。路燈供電線路比較長(zhǎng),有的線路可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里,并且都埋于地下,時(shí)間久了會(huì)受侵蝕發(fā)生絕緣變化,或受外力影響導(dǎo)致電纜皮破損,電纜絕緣降低就可能導(dǎo)致漏電。在電路分析中,以上漏電現(xiàn)象多為單相接地故障,?低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范?(GB/T50054—2011)第5.2.9條規(guī)定“TN系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護(hù)電器切斷故障回路的時(shí)間,應(yīng)符合下列規(guī)定:配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路,不宜大于5s",假設(shè)某一段路燈線路長(zhǎng)1km,采用VV-1kV4×25mm2+1×16mm2電纜,當(dāng)線路末端發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)?故障電流Id=122.3A,對(duì)于常用的額定電流為63A的斷路器。很難在5s內(nèi)切斷電路,如果發(fā)生單相非金屬性接地故障,現(xiàn)有的斷路器更可能是根本無法切斷故障回路[1]。單相接地故障中,故障點(diǎn)電壓會(huì)下降,另外兩相電壓會(huì)升高,但是由于LED路燈電源大多數(shù)是寬范圍設(shè)計(jì),電壓低至90V也可以正常工作,因此無法通過肉眼觀察亮燈情況來發(fā)現(xiàn)故障,路燈線路由于電纜與大地接觸,且距離很長(zhǎng)。電纜的對(duì)地分布電容所產(chǎn)生的漏電容易超過一般漏電保護(hù)器的整定范圍,導(dǎo)致無法合閘,常規(guī)的漏電保護(hù)器也無法加裝。因此,在實(shí)際的維護(hù)管理中,我們需要增加人工排查故障的方式,提高線路的安全性。單相接地故障發(fā)生時(shí),保護(hù)導(dǎo)體(PE)線內(nèi)會(huì)流過漏電電流,我們可以通過測(cè)量出漏電電流來排查出故障回路[2]。一段路燈線路長(zhǎng)1km,采用VV-1kV4×25mm2+1×16mm2電纜,當(dāng)線路末端發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí),故障電流Id=122,3A,對(duì)于常用的額定電流為63A的斷路器,很難在,5s內(nèi)切斷電路,如果發(fā)生單相非金屬性接地故障。
現(xiàn)有的斷路器更可能是根本無法切斷故障回路[1],單相接地故障中,故障點(diǎn)電壓會(huì)下降,另外兩相電壓會(huì)升高,但是由于LED路燈電源大多數(shù)是寬范圍設(shè)計(jì),電壓低至90V也可以正常工作。因此無法通過肉眼觀察亮燈情況來發(fā)現(xiàn)故障,路燈線路由于電纜與大地接觸,且距離很長(zhǎng),電纜的對(duì)地分布電容所產(chǎn)生的漏電容易超過一般漏電保護(hù)器的整定范圍。導(dǎo)致無法合閘,常規(guī)的漏電保護(hù)器也無法加裝。因此,在實(shí)際的維護(hù)管理中,我們需要增加人工排查故障的方式,提高線路的安全性,單相接地故障發(fā)生時(shí),保護(hù)導(dǎo)體(PE)線內(nèi)會(huì)流過漏電電流,我們可以通過測(cè)量出漏電電流來排查出故障回路[2]。
2不同類型電流產(chǎn)生的原理
2.1不平衡電流產(chǎn)生的原理
三相五線制中時(shí),任何一相總的單相負(fù)荷都有兩個(gè)回路,一是和零線組成220V回路,二是和另一相串聯(lián)構(gòu)成380V回路,當(dāng)三相平衡的時(shí)候,電源相間的線電壓與每一相回路的相電壓之間會(huì)形成一個(gè)和諧的回路,而此時(shí)零線上是沒有電流的。當(dāng)負(fù)荷不平衡的時(shí)候,串聯(lián)在線電壓之間的兩相負(fù)荷就不一樣大了,而由于串聯(lián)電路中電流相等,于是負(fù)荷大的一相多余的電流就從零線流走了,這個(gè)電流就是不平衡電流[3]。
如圖1所示假設(shè)L1相接了一個(gè)燈L2相接了兩個(gè)燈,L3相接了三個(gè)燈,L1相的一個(gè)燈通過零線和L2相兩個(gè)燈串聯(lián)接于L1L2線電壓,L1相的一個(gè)燈也通過零線和L3相三個(gè)燈串聯(lián)接于L1L3線電壓。此時(shí)系統(tǒng)處于不對(duì)稱狀態(tài),三相不平衡,在線電壓與L1相L2相共三個(gè)燈的回路中。電流處處相等,而L1相和L2相各自回路的負(fù)載電流卻不等,而系統(tǒng)之所以還可以運(yùn)行,是因?yàn)椋蹋保蹋蚕喽嘤嘭?fù)荷的電流從零線走了,因此,此時(shí)的N線是帶電的。
2.2零序電流產(chǎn)生的原理
三相系統(tǒng)的電壓、電流都可以分解為正序、負(fù)序和零序分量,在三相平衡且發(fā)生時(shí),系統(tǒng)處于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài),沒有負(fù)序零序分量,只有正序分量,若出現(xiàn)了負(fù)序或零序分量,則說明系統(tǒng)存在問題[4]。單相接地故障會(huì)產(chǎn)生零序電流,假設(shè)三相平衡,當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí),回路中有漏電電流流過,這時(shí)三相電流相量和不等于零,其相量和為Ia+Ib+Ic=I(I即零序電流)[5]。雖說單相接地故障會(huì)產(chǎn)生零序電壓和零序電流,但是,在實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn),由于路燈低壓設(shè)施數(shù)量龐大、線路長(zhǎng)、接線不規(guī)范等諸多問題,導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行中。三相不平衡的情況較為常見,線路中經(jīng)常有不平衡電流,因此我們難以通過直接測(cè)量零序電流的方式去排查單相接地故障。
2.3漏電電流產(chǎn)生的原理
法快速檢測(cè)線路中的剩余電流,既然如此,我們就可以通過測(cè)量剩余電流的方式快速方便地排查出單相接地故障,剩余電流保護(hù)的原理,是讓三相線路及中性線共同穿過一個(gè)CT(電流互感器),如下圖,三相線路與中性線的電流矢量和為IA+IB+IC+IN,當(dāng)線路正常沒有發(fā)生單相接地故障時(shí),此電流矢量和為0(忽略正常泄露電流)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),PE線會(huì)流過接地故障電流ID,則電流矢量和為IA+IB+IC+IN=ID[6],
3漏電電流的檢測(cè)
在實(shí)際操作時(shí),我們?cè)诼窡粝渥兊牡蛪撼鼍€端。任選一個(gè)回路,用鉗形表把A相、B相、C相和零線用鉗形表同時(shí)鉗住,此時(shí)測(cè)得的電流數(shù)值就是IA+IB+IC+IN,而這個(gè)數(shù)也等于ID。也就是故障電流(漏電電流),在這個(gè)過程中,不對(duì)稱分量被抵消。因此測(cè)得的剩余電流,由單相接地故障所產(chǎn)生的漏電電流,圖3是現(xiàn)場(chǎng)操作的圖片。
4實(shí)際應(yīng)用
我們用這個(gè)方法對(duì)133臺(tái)箱變進(jìn)行了剩余電流的檢測(cè),表1和表2是部分測(cè)量數(shù)據(jù),其中N1~N10代表回路編號(hào)。表1中,有一臺(tái)箱變NS3 ̄100的N5回路的數(shù)值達(dá)到了20.2A,明顯超出正常范圍。經(jīng)過排查后,我們?cè)谝惶師魲U內(nèi)找到了故障原因,如圖4所示,該燈桿燈門內(nèi)的接線端,被外力拉入至底下的燈盤位置,我們猜測(cè),可能是臺(tái)風(fēng)“山竹"襲來時(shí),倒伏樹木牽扯了路燈電纜,導(dǎo)致接線端被拉到低位,而該燈桿內(nèi)低位非常潮濕,導(dǎo)致接線頭絕緣老化加速,潮濕的環(huán)境使線頭產(chǎn)生放電現(xiàn)象。使燈桿帶上漏電壓,其電壓達(dá)到了103V,由于只是其中一相的絕緣老化,擊穿空氣通過燈桿與大地連接,產(chǎn)生的漏電流只有十幾安培,空氣開關(guān)無法跳閘,導(dǎo)致此燈桿可以“帶病工作",且能正常亮
燈。常規(guī)巡查難以發(fā)現(xiàn)故障,表2中,也有一臺(tái)箱變NS3 ̄125的N2回路數(shù)值明顯較大,達(dá)到了23A,我們對(duì)該回路進(jìn)行排查后,找到了故障點(diǎn),故障點(diǎn)也在一處燈桿內(nèi)。該燈桿的燈門內(nèi)電纜接線頭絕緣膠布燒斷,導(dǎo)致電纜頭散開,電纜頭與燈桿金屬表面直接接觸,造成了單相接地故障。表1和表2中除兩個(gè)故障回路外,其余大部分回路測(cè)得的數(shù)值相對(duì)較低,由于路燈線路長(zhǎng),且每個(gè)回路的總長(zhǎng)度差異較大,電纜對(duì)地的分布電容也會(huì)產(chǎn)生些許的漏電流,因此并不是說測(cè)出了剩余電流數(shù)值,就說明回路存在故障。正常的線路也可能被檢測(cè)出輕微的剩余電流。在這個(gè)基礎(chǔ)上,我們暫時(shí)無法給出一個(gè)精確的安全數(shù)值,只能在維護(hù)作業(yè)時(shí),從數(shù)值*大的回路開始逐個(gè)排查。
5安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹
安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護(hù)裝置,主要適用于交流50Hz,額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路,用來對(duì)電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù),防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故,也可用來對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀
5.1功能介紹
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能:A型或者AC型剩余電流測(cè)量,剩余電流越限報(bào)警指示,額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定,極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定,兩組繼電器輸出,具有就地,遠(yuǎn)程“測(cè)試"、“復(fù)位"功能;
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能:16路剩余電流監(jiān)測(cè),1路預(yù)警繼電器輸出,16路報(bào)警繼電器輸出,2路DI輸入,自動(dòng)重合閘功能,遠(yuǎn)程通訊功能,遠(yuǎn)程分合閘功能。
5.2技術(shù)指標(biāo)
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目 | 指標(biāo) | ||||
AC型 | A型 | ||||
輔助電源 | 電壓 | AC110/220V(±10%) | AC/DC85~270V | ||
功耗 | <5W | <5W | |||
輸入 | 額定剩余動(dòng)作 電流I△n | 0.03、0.1、0.3、0.5(A) | 0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A) | ||
極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間△t | 0.1、0.5(s) | 0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s) | |||
額定剩余不動(dòng)作 電流I△no | 50%I△n | 50%I△n | |||
動(dòng)作特性 | AC正弦交流電流 | AC正弦交流電流、 脈動(dòng)直流電流 | |||
頻率 | 50Hz±5Hz | 50Hz±5Hz | |||
動(dòng)作誤差 | -20%~-10%I△n | -20%~-10%I△n | |||
輸出 | 輸出方式 | 一組常開、一組轉(zhuǎn)換 | 一組常閉或常開、一組轉(zhuǎn)換 | ||
觸點(diǎn)容量 | 5A250VAC 5A30VDC | AL1:8A250VAC;5A30VDC AL2:6A250VAC;5A30VDC | |||
復(fù)位方式 | 就地、遠(yuǎn)程 | 就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng) | |||
環(huán)境 | 工作溫度 | 運(yùn)行溫度:-20℃~+55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃~+70℃ | |||
工作濕度 | ≤95%RH,不結(jié)露,無腐蝕性氣體場(chǎng)所 | ||||
海拔高度 | ≤2000m | ||||
污染等級(jí) | 3級(jí) | ||||
安裝類別 | Ⅲ類 |
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目 | 指標(biāo) | |
電源 | 電壓范圍 | AC/DC85V~265V |
*大功耗 | ≤10VA | |
輸入 | *大測(cè)量支路數(shù) | 16路 |
剩余電流測(cè)量范圍 | 1mA~30A | |
額定剩余動(dòng)作電流I△n | 1mA~30A連續(xù)可調(diào) | |
動(dòng)作特性 | AC正弦交流電流及脈動(dòng)直流電流 | |
頻率 | 50Hz±5Hz | |
動(dòng)作延時(shí) | 0~10s可設(shè) | |
開關(guān)量 | 2路無源干接點(diǎn)輸入 | |
輸出 | 輸出方式 | 1路水浸報(bào)警繼電器(常開) 16路剩余電流報(bào)警繼電器(常開) |
觸點(diǎn)容量 | AC250V/3ADC30V/3A | |
重合閘 | 次數(shù) | 0~99連續(xù)可設(shè) |
間隔時(shí)間 | 0~999秒連續(xù)可設(shè) | |
通訊 | 方式1 | RS485通訊,Modbus-RTU協(xié)議 |
方式2(可選) | 4G無線通訊 | |
環(huán)境要求 | 溫度 | 工作溫度:-10℃~55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃~70℃ |
濕度 | ≤95%,不結(jié)露 | |
海拔 | ≤2500m | |
平均工作時(shí)間 | ≥50000小時(shí) |
5.3選用說明
剩余電流動(dòng)作繼電器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意低壓系統(tǒng)的接線型式。
系統(tǒng)形式 | 系統(tǒng)接線 | 說明 |
TT系統(tǒng) | 采用ASJ。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流很小,且較難估計(jì),達(dá)不到開關(guān)的動(dòng)作電流,外殼上將出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓。 | |
TN-S系統(tǒng) | 可采用ASJ。更快速靈敏切斷故障,以提高安全可靠性,此時(shí)PE線不得穿過互感器,N線穿互感器,且不得重復(fù)接地。 |
其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用,防止出線誤動(dòng)作或者不動(dòng)作的情況。剩余電流互感器的選擇應(yīng)根據(jù)主回路的額定電流為參考選擇,
型號(hào) | 孔徑 | 主回路額定電流 | 變比 |
AKH-0.66L45 | 45mm | 80A | 1A:1mA |
AKH-0.66L80 | 80mm | 250A | 1A:1mA |
AKH-0.66L100 | 100mm | 400A | 1A:1mA |
AKH-0.66L150 | 150mm | 630A | 1A:1mA |
AKH-0.66L200 | 200mm | 1000A | 1A:1mA |
AKH-0.66L-260*100II | 265*104mm | 1000A | 1A:1mA |
實(shí)際應(yīng)如圖所示,互感器安裝在主回路或者支路上,通過測(cè)量剩余電流判斷是否驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。
ASJ10/20剩余電流繼電器典型應(yīng)用
ASJ60剩余電流監(jiān)測(cè)儀典型應(yīng)用
5.4注意事項(xiàng)
當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)作為電擊防護(hù)附加防護(hù)措施時(shí),應(yīng)符合下列規(guī)定:
額定剩余電流動(dòng)作值不應(yīng)大于30mA;
額定電流不超過32A的下列回路應(yīng)裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD):
供一般人員使用的電源插座回路;
室內(nèi)移動(dòng)電氣設(shè)備;
人員可觸及的室外電氣設(shè)備。
剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)不應(yīng)作為保護(hù)措施;
采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)時(shí)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)接地導(dǎo)體(PE)。
6結(jié)束語
我們使用的這種快速檢測(cè)剩余電流的方法,可以在路燈維護(hù)作業(yè)過程中,提高人工排查故障回路的效率。快速發(fā)現(xiàn)漏電安全隱患,通過一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn),確定了該方法的可操作性。但是我們還無法整定出安全數(shù)值,使得檢測(cè)的過程還存在瑕疵。未來,我們還將對(duì)回路長(zhǎng)度與電纜對(duì)地分布電容造成的泄漏電流之間的關(guān)系進(jìn)行研究,完善通過檢測(cè)剩余電流排查路燈漏電隱患的方法。
參考文獻(xiàn)
[1]萬承廷,王令老,王志軍,等.實(shí)用電工手冊(cè)[M].南昌:江西省科學(xué)技術(shù)出版社?1982.
[2]陳遠(yuǎn)周.淺談10kV配電線路接地故障的查找和處理方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用2013(9):1 ̄2.
[3]張正五.淺談三相電流不平衡功率損耗及改進(jìn)辦法[J].黑龍江科技信息,2014(6):1 ̄3.
[4]余建群.電路分析[M].北京:科學(xué)出版社,2006.
[5]費(fèi)華林.剩余電流保護(hù)器動(dòng)作特性解析[J].黑龍江科技信息,2015(22):1 ̄3.
[6]何玉彬.鉗形電流表在漏電故障診斷中的應(yīng)用[J].電工技術(shù),1994(1):2 ̄3.
[7]歐陽永忠.剩余電流測(cè)量在排查路燈漏電隱患中的應(yīng)用.
[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.06版
作者簡(jiǎn)介:張豪,男,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用