【產(chǎn)品知識(shí)】在排查路燈漏電隱患中剩余電流繼電器的應(yīng)用分析

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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*。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)，路燈桿若淹沒于水中，水位超過(guò)燈門高度，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。

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*為正序、負(fù)序和零序分量，在三相平衡且沒有*障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)處于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，沒有負(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，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]，

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。

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，該燈桿燈門內(nèi)的接線端，被外力拉入至底下的燈盤位置，我們猜測(cè)，可能是臺(tái)風(fēng)“山竹”襲來(lái)時(shí)，倒伏樹木牽扯了路燈電纜，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)。該燈桿的燈門內(nèi)電纜接線頭絕緣膠布燒斷，導(dǎo)致電纜頭散開，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*的安全數(shù)值，只能在維護(hù)作業(yè)時(shí)，從數(shù)值*大的回路開始逐個(gè)排查。

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，*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 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。

 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，

 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

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。快速發(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。