低压电网中有关电动机的接地保护问题
根据国标GB50055-93规定,低压交流电动机应装设接地故障保护,并规定接地故障保护应符合现行国标《低压配电设计规范》中规定。当电动机短路保护器件满足接地故障保护要求时,应采用短路保护兼作接地保护。在《低压配电设计规范》中规定:当配电线路采用熔断器作短路保护时,对于中性点直接接地网络,如果被保护线路末端发生单相接地短路时,其短路电流值不小于熔体额定电流的4倍。当用自动开关作短路保护时,其短路电流不应小于自动开关瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.5倍。
在石油化工企业中,为了提高线路末端单相接地故障电流而能满足保护需求,通常做法是除了电动机外壳以扁钢接地外,对于电动机回路采用3+1芯电缆供电,有时甚至采用四芯等截面电缆以降低线路的零序阻抗。
低压系统采用BFC式低压抽屉柜配电,由于该变电所为化工罐区变电所,负荷分散,而且距离远近不同,电动机功率也相差甚大,现选两条典型回路进行分析说明:①距配电室280m远装有75kW电动机回路;②距配电室280m远,装有2.2kW电动机回路。
根据电缆允许载流量及电动机起动时线路允许压降,距配电室280m远75kW电动机电缆选用VV-3×150+1×50电缆;距配电室280m远,2.2kW电动机回路选用VV-3×6+1×4电缆。我们可以通过计算,看出线路末端单相接地短路电流的大小与线路的零序电阻有很大的关系,而线路的零序电阻又主要取决于电缆的第四芯线,也就是保护线的截面。而相比之下,对于芯线截面很小的电缆由于其零序电阻很大而以至于在计算截面很小的电缆线路单相接地短路电流时,线路的零序电抗及变压器(对于Dy11变压器)和系统阻抗均可忽略不计。
如用自动空气断路器作短路保护,2.2kW电动机选用DZ20J断路器,其过载脱扣器In=16A,瞬时脱扣器为12倍In,即192A.75kW电动机选用DZX10断路器,其过载脱扣器In=20A,瞬时脱扣器10倍In,即200A.
单相接地短路电流/断路器瞬时脱扣器整定电流=0.09/0.126=0.714<1.5
单相接地短路电流/断路器瞬时脱扣器整定电流=1.274/2.0=0.637<1.5
线路末端发生单相接地短路时,可从熔断器特性曲线上查得:熔断器在10s内熔断。
加装零序保护的方法常见的有两种:过电流继电器接线的余线连接;铁芯磁势平衡(窗式)电流互感器。
②磁芯平衡法:磁芯式平衡电流互感器通常叫做窗式互感器,一般相线及中性线(若有单相负荷)全都穿过电流互感器的同一开口处,并被同一磁芯所包围。在正常状况下,包括单相负载的所有流出的电流都穿过电流互感器,电流互感器磁芯内净磁通为零。因而没有电流流过接地继电器,当发生接地故障时,接地电流通过设备的接地回路,如设备外壳、接地线等回路流回,从而旁路了电流互感器。这样在电流互感器的磁芯内产生了正比于接地故障电流的磁通,因此在继电器回路里流过一个与之成正比的电流。因此连接在磁芯平衡电流互感器上的继电器可以做成很灵敏,即使是数毫安也能测出。同时也应该注意:对于电动机回路不能把整根电缆穿过磁芯平衡电流互感器,因为电动机回路第四芯线不是N线,而是保护(PE)线,如果保护线由磁芯平衡电流互感器中穿过,在线路发生单相接地故障时,故障电流完全由此保护线流过,磁芯内净磁通仍为零,接地继电器无电流流过;而且若其它回路发生接地故障,故障电流有可能流过此线,会使此回路接地继电器误动,这一点尤其应该注意。
由于漏电电流与环境因素及线路的敷设方式等实际情况有很大关系,对于一个系统很难计算出其正常运行时的泄漏电流,所以应以实测为准。
电动机运行时,如果电动机端发生单相接地短路,接地继电器FA中流过电流为:
可见短路电流足以使继电器FA动作,则FA接点闭合使空气断路器分励线圈励磁,断路器断开切断故障。电动机起动时,即使电动机起动时线路及电动机的漏电电流使继电器FA动作,但时间继电器KT接点延时6s闭合,保证空气断路器不会误动。
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