小電流接地系統(tǒng)零序電流互感器安裝方法淺析

孫　秘　周余強(qiáng)

摘要：闡述了零序電流生產(chǎn)的原理，分析了電纜頭與零序電流互感器的相對(duì)位置關(guān)系，確定煤礦零流互感器的正確安裝方法。

關(guān)鍵詞：零序電流互感器高壓電纜頭安裝方法

0引言

煤礦供電采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的接地系統(tǒng)，稱為小電流接地系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中性點(diǎn)對(duì)地絕緣，發(fā)生單相接地后形不成單相短路回路，而且三相設(shè)備正常工作，系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行。但當(dāng)發(fā)生單相接地后非故障相的相電壓會(huì)升高到線電壓，長(zhǎng)期運(yùn)行將造成非故障相絕緣極穿，進(jìn)而發(fā)展成為相間短路事故。為了避免再有一相發(fā)生接地，從而形成兩相接地短路，系統(tǒng)中應(yīng)裝設(shè)專門的單相接地保護(hù)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。零序電流互感器就是監(jiān)測(cè)接地故障的裝置之一。小電流接地系統(tǒng)中零序電流互感器的安裝與直接接地系統(tǒng)中漏電保護(hù)器的安裝是有區(qū)別的。在直接接地系統(tǒng)中，為防止人身觸電事故，通常要裝設(shè)漏電保護(hù)器，漏電保護(hù)器的監(jiān)測(cè)元件也有零序線圈及其鐵芯。漏電保護(hù)器的安裝只要負(fù)荷回路電纜(電線)穿過(guò)零序線圈，即可起到漏電保護(hù)的作用。由于使用者受到漏電保護(hù)器安裝方法的影響，造成在小電流接地系統(tǒng)中，零序電流互感器與高壓電纜頭的相對(duì)位置關(guān)系不正確，故障時(shí)，零序電流互感器無(wú)法正確反映零序電流，從而造成故障時(shí)零序報(bào)警保護(hù)裝置的誤報(bào)或不報(bào)。因此分析小電流接地系統(tǒng)中零序電流的產(chǎn)生原理，確定零序電流互感器與高壓電纜頭的相對(duì)位置關(guān)系，才能正確安裝零序電流互感器。

1零序電流產(chǎn)生的原因

小電流接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)、三相對(duì)地都呈絕緣狀態(tài)，相與地之存在三相對(duì)地分布電容C_A、C_B、C_C。三相相電壓U_A、U_B、U_C是對(duì)稱的，系統(tǒng)中各電纜三相對(duì)地電容電流平衡，因此，三相電容電流相量和為零，沒有電流在地中流動(dòng)。

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生一相金屬性或經(jīng)過(guò)度阻抗接地時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)漏電故障。圖1是系統(tǒng)發(fā)生C相接地后的電路圖。

接地后，C相與地同電位，沒有了對(duì)地電容電流。I₁～I(xiàn)₆在供電系統(tǒng)中各條線路上的分布如圖1所示。根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流定律：

I_C+(I₁+I₂+∧+I₆=0

亦即I_C=-(I₁+I₂+∧+I₆)

故障線路的故障相的電容電流I_C，是系統(tǒng)所有電容電流的矢量和。實(shí)際I_C方向與圖1中接地點(diǎn)I_C方所示向相反。

由圖1知，系統(tǒng)中所有線路其余兩相電容電流都涌向故障線路的故障點(diǎn)。接地故障使系統(tǒng)各電纜產(chǎn)生不平衡的電容電流，也就是零序電流。零序電流互感器就是用于監(jiān)測(cè)接地時(shí)電容電流的變化，從而獲得報(bào)警或跳閘信號(hào)的。

2零序電流互感器安裝方法

零序電流互感器與高壓電纜頭的相對(duì)位置關(guān)系絕定了零序電流互感器是否能夠監(jiān)測(cè)到故障時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的不平衡的電容電流。也就是零序電流互感器安裝是否正確。因此首先要分析零序電流互感器與高壓電纜頭的相對(duì)位置關(guān)系。

2.1電纜頭與接地線(或金屬外皮)同時(shí)穿過(guò)零序電流互感器，如圖2所示。

根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流定律知：零序電流：I₀=I_C-(I₁+I₂+I₃+∧+I₆)=0

故障線路故障相的電容電流與同一電纜另外兩完好相以及地線(或金屬外皮)所流過(guò)的電容電流之和大小相等，方向相反，相互抵消。電容電流矢量和為零。因此沒有零序電流生產(chǎn)，零序電流互感器的鐵心中不會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，與之相連的電流繼電器不動(dòng)作。因此圖2所示安裝方法不正確。

2.2電纜動(dòng)動(dòng)力芯線穿過(guò)零序電流互感器，但電纜頭及接地線不穿過(guò)，如圖3所示。

I₀=I_C-(I₁+I₂)=I₃+∧+I₆)

零序電流正是地線(或金屬外皮)上所流過(guò)的電容電流，零序電流可以使互感器的鐵心中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，與之相連的電流繼電器動(dòng)作。因此圖3所示安裝方法正確。

2.3電纜頭與接地線同時(shí)穿過(guò)零序電流互感器，金屬外皮(或地線)又返向穿過(guò)零序電流互感器接地，如圖4所示。

I₀=I_C+I₃+∧+I₆-(I₁+I₂+I₃+∧+I₆)=I_C-(I₁+I₂)=I₃+∧+I₆

地線(或金屬外皮)上所流過(guò)的電容電流兩次不同方向穿過(guò)零序電流互感器，自行抵消，零序電流與2.2同，可以使互感器的鐵心中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，與之相連的電流繼電器動(dòng)作。因此圖4所示安裝方法正確。

3零序電流互感器現(xiàn)場(chǎng)安裝

零序電流互感器的安裝根據(jù)不同的設(shè)備可以因地制宜，但必須符合上述正確的位置關(guān)系。但由于廠家或施工人員的對(duì)零序互感器的監(jiān)測(cè)原理不清楚，導(dǎo)致零序電流互感器現(xiàn)場(chǎng)安裝不正確。下面是幾種常見的錯(cuò)誤安裝及改進(jìn)方法。

3.1煤礦井下高壓配電使用高壓防爆配電開關(guān)，零序電流互感器在開關(guān)中的位置和電纜頭與零序電流互感器的相對(duì)位置如圖5所示。

生產(chǎn)廠家裝零序電流互感器固定在開關(guān)內(nèi)壁進(jìn)線口前側(cè)，電纜頭無(wú)法穿過(guò)互感器，地線的接地螺絲在開關(guān)接線腔內(nèi)，因此只能形成圖5所示的接線方式，這種位置關(guān)系如2.1所述。零序互感器監(jiān)測(cè)不到真正的零序電流，導(dǎo)致報(bào)警或選線錯(cuò)誤。

該裝置的改進(jìn)方法：將零序互感器從固定支架處前置，在其后側(cè)留出空間，在固定支架上鉆孔，讓地線繞過(guò)零序電流互感器。形成2.2所述的位置關(guān)系，改進(jìn)后的安裝方法如圖6所示。

3.2煤礦用高壓開關(guān)柜的高壓電纜經(jīng)電纜溝從開關(guān)柜底板的下側(cè)進(jìn)入，廠家或施工單位將零序電流互器安裝在開關(guān)柜底板的支架上或放置于開關(guān)柜底板上，施工人員為了方便，最后形成圖7所示的安裝方法。

圖7所示零序電流互感器安裝方法，同樣監(jiān)測(cè)不到真正的零序電流。

該裝置的改進(jìn)方法：加長(zhǎng)地線，使其穿過(guò)零序電流互感器的鐵心后接地。改進(jìn)后的安裝方法如圖8所示。

4結(jié)語(yǔ)

在小電流系統(tǒng)中，零序電流互感器能夠監(jiān)視系統(tǒng)絕緣，在系統(tǒng)單相接地時(shí)發(fā)出報(bào)警，防止發(fā)生兩相接地短路。也可以動(dòng)作于跳閘，防止人身觸電。但零序電流互感器必須正確安裝，符合2.2或2.3，使電纜接地線和大地形成的回路不與零序電流互感器交鏈。否則接地保護(hù)裝置不起作用。