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剩余電流測(cè)量在排查路燈漏電隱患中的應(yīng)用

更新時(shí)間:2023-12-29   點(diǎn)擊次數(shù):474次

【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(guò)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(lái),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(lèi)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(méi)于水中,水位超過(guò)燈門(mén)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(wú)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(wú)法通過(guò)肉眼觀察亮燈情況來(lái)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(guò)一般漏電保護(hù)器的整定范圍,導(dǎo)致無(wú)法合閘,常規(guī)的漏電保護(hù)器也無(wú)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(guò)漏電電流,我們可以通過(guò)測(cè)量出漏電電流來(lái)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(wú)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(wú)法通過(guò)肉眼觀察亮燈情況來(lái)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(guò)一般漏電保護(hù)器的整定范圍。導(dǎo)致無(wú)法合閘,常規(guī)的漏電保護(hù)器也無(wú)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(guò)漏電電流,我們可以通過(guò)測(cè)量出漏電電流來(lái)排查出故障回路[2]。

2不同類(lèi)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(méi)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(guò)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(guò)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(chēng)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。

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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(chēng)運(yùn)行狀態(tài),沒(méi)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(shuō)明系統(tǒng)存在問(wèn)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(guò),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(shuō)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(wèn)題,導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行中。三相不平衡的情況較為常見(jiàn),線路中經(jīng)常有不平衡電流,因此我們難以通過(guò)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(guò)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(guò)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(méi)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(guò)接地故障電流ID,則電流矢量和為IA+IB+IC+IN=ID[6],

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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(guò)程中,不對(duì)稱(chēng)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。

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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(guò)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(mén)內(nèi)的接線端,被外力拉入至底下的燈盤(pán)位置,我們猜測(cè),可能是臺(tái)風(fēng)“山竹"襲來(lái)時(shí),倒伏樹(shù)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(guò)燈桿與大地連接,產(chǎn)生的漏電流只有十幾安培,空氣開(kāi)關(guān)無(wú)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(mén)內(nèi)電纜接線頭絕緣膠布燒斷,導(dǎo)致電纜頭散開(kāi),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(shuō)測(cè)出了剩余電流數(shù)值,就說(shuō)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(wú)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(kāi)始逐個(gè)排查。

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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(lái)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(lái)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In

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Ino

50%In

50%In

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%In

-20%~-10%In

輸出

輸出方式

一組常開(kāi)、一組轉(zhuǎn)換

一組常閉或常開(kāi)、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(wú)腐蝕性氣體場(chǎng)所

海拔高度

≤2000m

污染等級(jí)

3級(jí)

安裝類(lèi)別

Ⅲ類(lèi)

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(kāi)關(guān)量

2路無(wú)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(kāi))

16路剩余電流報(bào)警繼電器(常開(kāi))

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(wú)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

工作時(shí)間

≥50000小時(shí)

5.3選用說(shuō)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(shuō)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(yǔ)

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(guò)程中,提高人工排查故障回路的效率??焖侔l(fā)現(xiàn)漏電安全隱患,通過(guò)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(wú)法整定出安全數(shù)值,使得檢測(cè)的過(guò)程還存在瑕疵。未來(lái),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(guò)檢測(cè)剩余電流排查路燈漏電隱患的方法。




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