低壓電網中有關電動機的接地保護問題

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　根據國標GB50055-93規(guī)定，低壓交流電動機應裝設接地故障保護，并規(guī)定接地故障保護應符合現行國標《低壓配電設計規(guī)范》中規(guī)定。當電動機短路保護器件滿足接地故障保護要求時，應采用短路保護兼作接地保護。在《低壓配電設計規(guī)范》中規(guī)定：當配電線路采用熔斷器作短路保護時，對于中性點直接接地網絡，如果被保護線路末端發(fā)生單相接地短路時，其短路電流值不小于熔體額定電流的4倍。當用自動開關作短路保護時，其短路電流不應小于自動開關瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.5倍。

　　對于低壓供電系統(tǒng)按其接地方式可分為：TN-C、TN-C-S、TN-S、TT及IT系統(tǒng)，在工廠配電最常用的為TN-C、TN-S系統(tǒng)，而近年來尤以TN-S系統(tǒng)在石油化工企業(yè)中應用最為廣泛。

　　當供電線路末端發(fā)生單相接地短路時，短路電流與系統(tǒng)、變壓器及線路的正序、負序、零序阻抗的大小有關。變壓器的零序阻抗與其接線形式有很大關系，Yy接線變壓器零序阻抗遠遠大于Dy接線變壓器的零序阻抗。在系統(tǒng)阻抗和變壓器阻抗一定的情況下，短路電流與配電線路的阻抗有關，即線路越長，導線截面越小則導線阻抗越大，相應短路電流越小。一方面我們希望短路電流小而減小接地故障造成的損失，而另一方面我們也希望故障電流大而易于檢測，迅速切除故障。雖然采用高阻接地系統(tǒng)可以把接地故障電流限制得很小，使系統(tǒng)能夠帶故障運行而提高供電系統(tǒng)的可靠性，但因其故障電流很小，對保護報警設備要求較高，而很少在石油化工企業(yè)中應用。

　　在石油化工企業(yè)中，為了提高線路末端單相接地故障電流而能滿足保護需求，通常做法是除了電動機外殼以扁鋼接地外，對于電動機回路采用3+1芯電纜供電，有時甚至采用四芯等截面電纜以降低線路的零序阻抗。

　　下面就TN-S系統(tǒng)內對于低壓電動機的單相接地保護在一具體工程中的設定，談一點體會。例如，某系統(tǒng)容量SX=100MVA；變壓器：160kVA，Dy11，Ud=6%，ΔPd=14.5kW.

　　低壓系統(tǒng)采用BFC式低壓抽屜柜配電，由于該變電所為化工罐區(qū)變電所，負荷分散，而且距離遠近不同，電動機功率也相差甚大，現選兩條典型回路進行分析說明：①距配電室280m遠裝有75kW電動機回路；②距配電室280m遠，裝有2.2kW電動機回路。

　　（1）電纜的選擇：

　　根據電纜允許載流量及電動機起動時線路允許壓降，距配電室280m遠75kW電動機電纜選用VV-3×150+1×50電纜；距配電室280m遠，2.2kW電動機回路選用VV-3×6+1×4電纜。我們可以通過計算，看出線路末端單相接地短路電流的大小與線路的零序電阻有很大的關系，而線路的零序電阻又主要取決于電纜的第四芯線，也就是保護線的截面。而相比之下，對于芯線截面很小的電纜由于其零序電阻很大而以至于在計算截面很小的電纜線路單相接地短路電流時，線路的零序電抗及變壓器（對于Dy11變壓器）和系統(tǒng)阻抗均可忽略不計。

　?。?）保護設定：

　　如用自動空氣斷路器作短路保護，2.2kW電動機選用DZ20J斷路器，其過載脫扣器In=16A，瞬時脫扣器為12倍In，即192A.75kW電動機選用DZX10斷路器，其過載脫扣器In=20A，瞬時脫扣器10倍In，即200A.

　　2.2kW電動機：

　　單相接地短路電流/斷路器瞬時脫扣器整定電流=0.09/0.126=0.714＜1.5

　　75kW電動機：

　　單相接地短路電流/斷路器瞬時脫扣器整定電流=1.274/2.0=0.637＜1.5

　　說明均能滿足規(guī)范要求。0.25×4=1.0kA＜1.274kA

　　線路末端發(fā)生單相接地短路時，可從熔斷器特性曲線上查得：熔斷器在10s內熔斷。

　　可以看出兩者均滿足規(guī)范要求，但是由于所選用的是抽屜柜，需用自動空氣斷路器實現抽屜柜帶電不能開門的連鎖要求，而且為了操作方便，我們對于上述2.2kW電動機回路選用熔斷器加空氣斷路器加接觸器回路方案，由NT熔斷器作為短路保護?？紤]到對于上述75kW回路雖然采用熔斷器作為短路保護能夠滿足規(guī)范要求，但如果線路末端發(fā)生單相接地短路，短路電流不是很大，熔斷器熔斷時間過長，不利于安全運行，我們采用限流式自動空氣斷路器加零序保護作為短路保護，選用空氣斷路器加接觸器方案。

　　加裝零序保護的方法常見的有兩種：過電流繼電器接線的余線連接；鐵芯磁勢平衡（窗式）電流互感器。

　　①余線連接法：余線連接法每相的繼電器連接在相應的電流互感器輸出回路上，而一個檢測接地故障電流的接地繼電器則連接在公共的余線回路上，電動機正常運行時，三相負載平衡，三個電流互感器的網效應為零，余線支路中仍沒有電流流過。當線路發(fā)生單相接地故障，故障電流流過了本相導體及其電流互感器，網磁通不為零，于是電流流過余線分支，使繼電器動作。

　?、诖判酒胶夥ǎ捍判臼狡胶怆娏骰ジ衅魍ǔ＝凶龃笆交ジ衅鳎话阆嗑€及中性線（若有單相負荷）全都穿過電流互感器的同一開口處，并被同一磁芯所包圍。在正常狀況下，包括單相負載的所有流出的電流都穿過電流互感器，電流互感器磁芯內凈磁通為零。因而沒有電流流過接地繼電器，當發(fā)生接地故障時，接地電流通過設備的接地回路，如設備外殼、接地線等回路流回，從而旁路了電流互感器。這樣在電流互感器的磁芯內產生了正比于接地故障電流的磁通，因此在繼電器回路里流過一個與之成正比的電流。因此連接在磁芯平衡電流互感器上的繼電器可以做成很靈敏，即使是數毫安也能測出。同時也應該注意：對于電動機回路不能把整根電纜穿過磁芯平衡電流互感器，因為電動機回路第四芯線不是N線，而是保護（PE）線，如果保護線由磁芯平衡電流互感器中穿過，在線路發(fā)生單相接地故障時，故障電流完全由此保護線流過，磁芯內凈磁通仍為零，接地繼電器無電流流過；而且若其它回路發(fā)生接地故障，故障電流有可能流過此線，會使此回路接地繼電器誤動，這一點尤其應該注意。

　　采用以上兩種方法都能達到測量接地故障電流的目的，由于接地繼電器中沒有正常運行時負載電流流過，所以繼電器中的電流可以整定很小電流，從而靈敏度很高。由于我國目前對于漏電保護尚沒有比較完善的規(guī)范，只能根據實際情況考慮系統(tǒng)正常運行時泄漏電流不超過其整定電流。

　　由于漏電電流與環(huán)境因素及線路的敷設方式等實際情況有很大關系，對于一個系統(tǒng)很難計算出其正常運行時的泄漏電流，所以應以實測為準。

　　對于上述工程中距配電室280m遠的75kW電動機，我們采用的是余線連接法，整定接地繼電器FA電流為0.5A，并考慮到電動機起動時泄漏電流比正常運行時大，加裝時間繼電器KT，時間繼電器整定6s以躲過起動時間。

　　電動機運行時，如果電動機端發(fā)生單相接地短路，接地繼電器FA中流過電流為：

　　單相接地短路電流/電流互感器變比=1274/40=31.85A

　　可見短路電流足以使繼電器FA動作，則FA接點閉合使空氣斷路器分勵線圈勵磁，斷路器斷開切斷故障。電動機起動時，即使電動機起動時線路及電動機的漏電電流使繼電器FA動作，但時間繼電器KT接點延時6s閉合，保證空氣斷路器不會誤動。

　　通過上面在一具體工程中，對低壓電動機回路單相接地保護的設定過程，可以看出對于線路的單相接地保護要具體問題具體分析，不能一概而論。首先要了解系統(tǒng)情況，不同系統(tǒng)采取不同保護方案。對于同一系統(tǒng)，也要選取典型回路進行單相接地短路電流的計算，得到單相接地短路電流計算結果后，對各種保護方案比較，才能最終作出決定。尤其當配電線路很長時，更應該注意對線路單相接地故障的保護，如果保護設定不當，輕者影響設備正常運行，重者危及設備和人身安全。