第四章安全用电及保护

第四章第二节,漏电保护,主要内容,安全用电是保证矿井安全生产的关键之一。井下环境条件恶劣，容易发生各种电气事故，需要采取各种预防措施和设置必要的保护装置，提高矿井生产的安全水平。煤矿井下最重要的电气保护（三大保护）：漏电保护保护接地过流保护,一、对漏电保护的要求,定义：漏电保护是指当电网漏电时，通过切断电源来防止人身触电伤亡和漏电电流所引爆瓦斯、煤尘的一种措施。1、保护全面：是指保护范围应覆盖整个供电单元；2、安全性：要满足30mAS，动作要速度快；3、可靠性：一是自身的可靠性，二是保护的可靠性（不拒动、不误动）；4、灵敏性：是指保护装置对故障的反应能力，要求最轻的漏电，保护也能可靠动作；5、选择性：要求只切除故障线路而不切除非故障线路。,二、漏电保护原理,常见类型：附加直流电源检测式、三相半波整流式、零序电压式、零序功率方向式、旁路接地式等。1、附加直流电源检测式：保护原理：如图410所示；动作值的确定：我国实际规定值（50mA安全电流）为：11、22、33k，其他电压等级的规定见表42所示。电容电流补偿：利用零序电流流过2L所产生的电感电流与电网对地电容电流相抵消。见图（4-12）优、缺点：优点：a、保护全面；b、触电电流小；c、整定简单；d、可靠性高；缺点：a、无选择性；b、属静态补偿；c、动作时间长50ms；d、无漏电闭锁。,二、漏电保护原理,2、利用三个整流管的漏电保护：原理：如图413（a）所示，U1U3接于三相电网构成三相半波整流，其负载电阻就只有Rl0+r,由于Rl0的电阻很小，所以回路的直流同样取决于r的大小，这表明这种方法的原理与前面讲的直流检测式是完全一样的，只是无直流附加电源。优缺点优点：结构简单，不需要另设直流电源。由于它具有较高的直流电压，所以能够较真实地反应电网的绝缘水平。缺点：但动作值受电网电压波动的影响较大，对整流管的反向电压要求较高，故只用在电压低的地方如127v煤电钻综合保护中。,二、漏电保护原理,3、零序电压式漏电保护：原理：利用零序电压反映电网绝缘程度。优缺点:动作值不固定，无选择性，不能保护对称性故障，只能用在中性点非直接接地电网。,二、漏电保护原理,4、零序电流式漏电保护：原理：电网发生不对称故障，如有零序回路，则回路中将出现零序电流。利用零序电流互感器检测该电流，使继电器动作。可以实现放射式电网的选择性漏电保护。优缺点:动作值不固定，不能保护对称性故障，不能补偿电容电流。,二、漏电保护原理,5、零序功率方向式漏电保护原理：利用零序电流或零序电压的幅值大小来判断供电单元内是否发生了漏电，同时，利用各支路的零序电流与零序电压的相位关系来判断故障支路，而后动作，有选择地切除故障支路的电源，这种保护方案就称为零序功率方向式漏电保护，简称方向保护。它之所以称为“零序功率”，是因为它同时利用了零序电流和零序电压两个参量(不一定是幅值相乘的关系)的缘故(借用地面功率方向过流保护的称呼)。方向保护的原理如图4-16所示。当电网中某支路发生漏电故障或人身触电事故时，由取样电路分别从电网中取出零序电压和各支路的零序电流信号，经放大整形后，由相位比较电路来判别故障支路，最后启动执行电路，切断故障支路的电源，从而实现了有选择性的漏电保护。简言之，就是对零序电压和零序电流进行幅值和相位综合处理以判断故障支路，进而切除故障支路的原理。,图4-16,返回,6.旁路接地式漏电保护（图4-17）原理：当发生电网单相漏电或人身触及一相时，由检测选相器确认故障相并输出动作指令，执行继电器1kd3kd迅速将故障相旁路接地，利用专用接地板接地电阻Rgr的分流作用降低人身触电电流或漏电出入地电流，而不影响电网正常运行，故障之路跳闸后，旁路接地复位。特点：安全性较高，保护范围单纯（单相漏电和人身触电），电路较为复杂。为了避免两相或三相误接地，电路中还必须设置电气闭锁。旁路接地式漏电保护在一定条件下，能有效地削弱断电后电动机反电势和电网电容储能对触电人员的危害，此外，对反电势和电容向漏电点的馈送能量，也同样有着削弱作用。,返回,三、JY82型矿用隔爆检漏继电器,1、功能特点：功能：a、随时监视电网的绝缘电阻（欧姆表）；b、当电网漏电时，能使低压总开关跳闸；c、能补偿电网对地的电容电流（人身触电和电网单相接地）。优、缺点：缺点：a、动作时间长（50ms（保护动作时间）100ms（开关动作时间）；b、无选择性（一处漏电所有与其有关的开关都跳闸）；c、无漏电闭锁。优点：简单可靠，动作值准确，所以一直用到今天。,无选择性漏电保护,三、JY82型矿用隔爆检漏继电器,2、电路中主要元件和作用：如图418所示。3、各保护功能的动作过程：（原理）监视电网的绝缘水平：（监视回路）VC(+)K1PE（2PE）大地r电网QS1L2LKDVC()K就可以持续指示电网对地绝缘水平:漏电（触电）保护回路动作情况：VC(+)K1PE（2PE）大地Rma并r电网QS1L2LKDVC()L2QAYAQSKD1QSQAL3于是总开关QA跳闸，实现了漏电和触电保护。,三、JY82型矿用隔爆检漏继电器,可靠性试验：主要是用模拟的漏电故障来试验继电器的动作可靠性，当按下试验按钮SB时，便接通了实验回路。即：VC（+）K1PE(局部)2PESBR32FUL21L2LKDVC()我国规程规定每个班应试验一次。电网对地电容电流的补偿：电网（rC）大地1PE（2PE）C22L1L电网上述回路中主要是C和2L在起作用。补偿效果较差（分级调整）,这种继电器是国内上个世纪80年代初期的新产品，主要是千伏级综采电气设备配套而设计研制的。它相对于JY82型而言，有如下较大的改进：动作值准确；动作时间短；无级调感补偿；自身具有漏电跳闸的功能；具有漏电闭锁的功能。以上两种漏电保护装置均无选择性。,四、JJKB30型检漏继电器（补充）,五、选择性漏电保护装置,1、定义：是指保护装置动作时仅将发生漏电故障线路的电源切断，保障系统其余部分正常工作。2、分类（漏电保护的选择性含义）纵向选择性：是指上下级线路之间的关系，用动作时限差来实现的（上长下短）。横向选择性：是指同一级线路之间的关系，用零序参数（零序电流或零序功率）的原理来实现的。选择性分级：可分三级和两级，煤矿井下一般多采用三级选择性漏电保护装置（总馈电开关、分支馈电开关、配电点磁力启动器）。见图4-21三级：三级选择性漏电保护系统是指在供电系统的三级上都装设有选择性漏电保护装置。两级：两级选择性漏电保护系统是指在供电系统的三级中的两级装设有选择性漏电保护装置。（我国采用一级和二级）,图2-19,返回,五、选择性漏电保护装置,3、XL-I型矿用低压选择性漏电保护装置（两级选择性保护）组成：KXL-I-DW和KXL-I-JY组件形成分支总开关和总开关两级选择性漏电保护装置。组件介绍：a、KXL-I-DW（装于分支馈电开关）如图4-22所示b、KXL-I-JY（加装于JY82型检漏继电器中）如图4-23所示工作原理：a、选择性漏电保护由安装在各分路馈电开关中的KXL-I-DW组件实现，采用零序电流方向原理判断故障支路；b、漏电闭锁KXL-I-DW组件实现，采用附加直流电源检测原理；分支开关DW跳闸后，漏电闭锁回路工作，漏电情况无法合闸。d、总漏电保护，由装设于总馈电开关QA的JY82型检漏继电器中的KXL-I-JY组件实现，采用附加直流电源检测原理。,欲对井下低压供电单元设置具有全面、安全、可靠及有选择性的漏电保护系统，要考虑数种漏电保护方式配合使用，以吸取各种保护方式的优点，如直流检测式的全面性、旁路接地式的安全性、零序功率方向保护式的选择性等，并使之有机地结合起来，才能获得理想的保护效果。系统组成：针对本章图4-3列出的井下低压供电单元电气模型，旁直零式选择性漏电保护系统的组成与保护设置如图4-24所示。组件介绍：该系统共设置了以下5种保护单元或插件:C附加三相接地电容器组;PL旁路接地式漏电继电器;JY直流检测式漏电保护插件;UI零序功率方向式漏电保护插件;JB直流检测式漏电闭锁插件。,4、旁、直、零式低压选择性漏电保护系统方案：,组件介绍：C附加三相接地电容器组作用：配合零序功率方向式选择性漏电保护。每相取值为0.20.25uF，它装设于总开关1DW内(负荷侧)，其星形点联于接地网。PL旁路接地式漏电继电器（50ms）作用：保证系统的安全性，使任何情况下人身触电的动作安秒值都不超出30A.S。的规定。并显著降低单相漏电处入地电流，使得靠延时的纵向选择性得以实现。,4、旁、直、零式低压选择性漏电保护系统方案：,组件介绍：JY直流检测式漏电保护插件根据传统漏电保护理论设计，但要取消电容电流补偿电路，并增设延时电路，其动作分成启动和跳闸两步，延时1.22s，即一旦有漏电故障发生，就延时1.22s，再发出跳闸指令。设置地点：总开关1DW内作用：（1）主要用来弥补方向式漏电保护的动作死区(对称性漏电)。此时，动作不延时，以提高安全性（2）作为整个漏电保护系统的总后备，以提高其可靠性。,4、旁、直、零式低压选择性漏电保护系统方案：,组件介绍：UI零序功率方向式漏电保护插件原理：根据方向保护的基本原理设计，采用零序电压、电流的绝对值比较作出口，采用“零压零流起动、零压维持”方式，其漏电启动时间20ms，但跳闸指令的发出有不同的延时:1QC10QC为0.30.5DW为0.61.0s,2DW4DW为：0.91.5s。这样既能保证任何开关的跳闸都在旁路接地继电器动作之后，又能满足系统的纵、横向均有选择性的要求。JB直流检测式漏电闭锁插件当开关与起动器合闸前负荷侧有漏电故障存在时，它的出口继电器闭锁各自控制的馈电开关与磁力起动器，使之合不上闸。,4、旁、直、零式低压选择性漏电保护系统方案：,保护原理及配合：旁，直零式选择性漏电保护系统的保护性能比较完善，漏电跳闸对于供电单元纵向和横向都有选择性;各种情况下的漏电故障切除均满足30mA.s的要求，使人身触电电流小于10mA，并能消除断电后电动机反电势和电网电容放电对人身及矿井的危害，具有较高的安全性;由于在总开关处设置了直流检测式漏电保护插件，因而各级开关、起动器中的方向式漏电保护至少获得一级后备保护，并使得整个漏电保护系统消除了动作死区。举例说明：（1）支线L9发生单相漏电故障(2)干线L14发生单相漏电故障（不能实现选择性跳闸）(3)在供电单元某处发生对称漏电此时所有UI插件和PL继电器均不启动，只有靠JY插件来保护，其动作不经延时直接使总开关1DW跳闸，保护无选择性。,4、旁、直、零式低压选择性漏电保护系统方案：,举例说明：(4)送电(合闸)前某处有漏电此时PL及所有的UI插件均不动作，因为电网无电，若从总开关开始逐级合闸送电，则当电送到该漏电支路控制开关的电源侧后，该开关的JB插件就有电工作，检测出漏电故障的存在。并闭锁该开关，这就是漏电闭锁。,4、旁、直、零式低压选择性漏电保护系统方案：,一、漏电保护的要求二、漏电保护原理三、JY82型矿用隔爆检漏继电器四、JJKB30型检漏继电器五、选择性漏电保护装置,本节小结：,习题,5,动作值的确定,作为直流检测型的漏电保护装置(或继电器)，它的动作值应能直接反应电网对地的绝缘状态，所以不能以KD的动作电流Ise,r作为动作值，而必须以r为动作值并加以整定。由于人身安全电流为30mA，故r的整定一定要满足使人身触电电流Ima30mA的条件。,在不考虑电容(C=0)的情况下，有：,令Ima=30mA,Vl1=380V，Rma=1000有：r=35K说明：对于660v电网，各相实际绝缘水平必须保持在35k以上。,故单相漏电（人身触电）时保护装置动作电阻的整定值：,见P28,式1-3,动作值的确定,对于直流回路，三相电网对地的绝缘电阻是并联的，因此低压电网的单相、两相和三相漏电的动作电阻值，应为1：2：3的关系。即,返回,单相漏电r=r/3=11.7两相漏电r=r/2=23.4三相漏电r=r=35,图4-10,原理：在三相电网中附加一独立的直流电源，使之作用于三相电网与大地之间。在三相对地的绝缘电阻上将有一直流电流流通，该电流大小的变化就直接地反应了电网对地绝缘电阻的变化。有效地检测和利用该电流，便可以构成附加电源直流检测式漏电保护。,图2-12,原理分析：直流电源V通过由三相电抗器lL所组成的人为中性点(也可以通过变压器中性点N)加在三相电网与地之间，直流电流I由电源正极流出入地，经绝缘电阻r1、r2、r3进入三相线路，再由三相电抗器1L、零序电抗器2L、千欧