选煤厂低压配电接地系统分析

王国伟

（北京华宇工程有限公司，北京，100120）

选煤厂低压配电接地系统分析

王国伟

（北京华宇工程有限公司，北京，100120）

380 V与660 V配电系统在选煤厂中应用较为普遍。本文主要论述了中性点直接接地系统与中性点经高电阻接地系统，分析了380 V接地系统和660 V接地系统工作状态，阐述了660 V系统接地电阻器阻值选取与漏电保护整定计算的方法。该方法实用性较好。

接地系统；接地电阻；漏电保护

引言

目前选煤厂低压配电系统主要选用380 V三相四线制和660 V三相三线制配电系统，中性点接地方式为中性点直接接地（380 V），中性点经高电阻接地（660 V）。其中主要动力设备（其功率较大）的电压等级选用660 V，照明、检修与控制电源的电压等级选用380/220 V的较多；也有选煤厂低压电压等级全部选用380 V。

选煤厂采用660 V供电与380 V供电系统相比，可取得显著的经济效益［1］：一是减少低压电网的投资；二是可减少电网的损耗1.5%～4%；三是可节约有色金属40%～50%；四是低压电网输送能力增加至原来的3倍。

1 中性点接地系统

中性点选择与安装对用电安全、保证设备安全等方面作用非常关键。中性点指电力系统三相交流发电机与变压器接成星型的公共点，电力系统中性点接地方式就是指电力系统中性点和大地间的电气连接方式［2］。

中性点直接接地系统，即380 V接地系统，是指系统过电压水平较低，输变电设备所需的绝缘水平也较低。一般来说，系统的动态电压升高控制在系统额定电压的80%以内。但是当出现单相接地故障的状况时，断路器会因为短路电流的过大而跳闸，从而不利于供电的稳定性。与此同时，单相短路电流一旦超过三相短路电流，就容易引起断路器分断能力的故障，从而干扰通信线路。

中性点经高电阻接地系统，即660 V接地系统，是指电力系统中性点阻值为数百至数千欧姆的电阻器接地，如此可以将大部分的谐振过电压消除掉，在一定程度上可以限制单相间歇弧光接地过电压。如出现接地故障状况时，如出现单相接地故障电流小于10A的情况时，也可以确保系统可以持续运行。选煤厂660 V单相接地故障电流为毫安级的，故供电可靠性高。

1.1660 V供电系统设计重点

选煤厂660 V供电系统下，配电电压提高到660 V后应着重考虑的是人身安全问题。

按照传统电气安全理论，从人身触电安全参量，即30 mAs作为判据（计算人身触电电流时，一般按人身电阻1000 Ω）。这可以理解为，当通过的人体的电流最大达到150 mA时，仅能在人体内存在0.2 s。而一旦电流加大至500 mA时，时间就锐减到60 ms。在此基础上，我们应当首先重视人身触电电流可能出现的最大值以及人体内存在时间的长短，也即漏电保护的全断电时间［3］。

当人体发生单相触电时，计算当人体接触A相时流过人体电流如下：

如图1所示，按结点定律（即∑I=0），则流过O点的电流为［4-9］

以C1、C2、C3来表示A、B、C三相对地电容；

以g1、g2、g3来表示A、B、C 三相对地电导；

以g0来表示变压器中性点对地电导；

以gh来表示人体电导；

以E来表示相电压。

图1　中性点经高电阻接地系统向量图

通常我们将相对地电容与电导视为相等，也就是C1=C2=C3=C，g1=g2=g3=g；由于电缆的绝缘电阻很大，故有以下公式：

用Matlab软件绘制R0的变化关系曲线如图2所示（曲线由下至上对地电容C分别取0.5、0.8、1、1.2、1.8、2、3、3.5 μF；y轴表示I（A），x轴表示R0（Ω）；Rh=1000 Ω）。

图2　人体发生单相接地时与R0的变化关系曲线图（图中标示出的点为最小值点）

用Matlab软件绘制I（A），R0（Ω），C（F）的变化关系曲线如图3所示（Rh=1 000 Ω）。

图3　人体发生单相接地时R0，C的变化关系三维图

从图2与图3中可以发现，当人体触及带电相时，有以下结论：

对地电容C=1 μF不变时，当R0=1 765 Ω时，值最小，为0.239 6 A；

对地电容C=2 μF不变时，当R0=690 Ω时，值最小，为0.345 3 A；

当取最小值时，对地电容C值与R0值成反比；

当R0值不变时，对地电容C值与值成正比。

1.2接地方案比较

当故障点为金属性接地短路时（Rh=0 Ω）：

用matlab软件绘制与R0的变化关系曲线如图4所示（曲线由下至上对地电容C分别取0.5、0.8、1、1.2、1.8、2、3、3.5（μF）；y轴表示I（A），x轴表示R0（Ω）；Rh=0 Ω）。

图4　金属性接地时与R0的变化关系曲线图

用Matlab软件绘制I（A），R0（Ω），C（F）的变化关系曲线如图5所示（Rh=0 Ω）。

图5　当金属性接地时R0，C的变化关系三维图

从图4与图5中可以明显发现，当人体触及带电相时，有以下结论：

对地电容C=1 μF不变时，当R0=1765 Ω时，值不是最小，为0.417 9 A；

对地电容C=2 μF不变时，当R0=690 Ω时，值不是最小，为0.903 5 A；

R0值不变时，对地电容C值与值成正比；

C值不变时，R0值与值成反比。

电缆在一定程度上与对地电容值、敷设方式以及材质密切相关，尤其是敷设方式将会大大影响电缆效果。选煤厂内的低压动力电缆一般都是沿电缆沟和梯级型电缆桥架敷设，通常电缆单位对地电容取200～400 pF/m。而且选煤厂内每个变压器所带回路的电缆长度基本都在5 000 m～10 000 m之间，即C≥1μF，则电流≥239.6 mA，由此可见，我们至少选择200 mA及以上的漏电继电器。在现实生活中，电网在正常运行时通常出于不完全对称相等的状态。电网中性点出现零序电流属于正常现象，其中造成的电流值因太小在实际中可以忽略不计。

2 漏电（零序）电流保护

1）整定原则在漏电（零序）电流保护器的体现：

① 在故障支路的互感器中，整定电流应不大于漏电电流；

② 在非故障支路的互感器中，正定电流应不小于漏电电流；

③ 由于对地电容电流随着线路的远近距离而大小不一，越靠近电源侧电流越大，因而整定值应根据电流的大小作出相应调整，靠近电源侧越大，线路末端越小。

④ 在多级供电系统中，为确保系统纵向漏电保护选择性的正常使用，最前级与末级之间的延时时间应相应缩短，即最前级延时1 s，中间0.4 s，末级应整定在瞬时动作［4］。

2）电动机回路宜加装漏电电流保护，正常情况，零序电流很小，可以忽略，漏电继电器不会误动作；馈出回路（为成套柜配电的回路）不宜加装漏电电流保护，因其三相不平衡情况比较多，经常会用到660/220伏变压器用作控制电源，造成零序电流过大，使漏电保护误动作。

3 结论

选煤厂的380 V接地系统多采用TN-S系统，660 V接地系统采用中性点经高电阻接地系统，并作等电位联结。一般对地电容在选煤厂660 V配电系统中多为1 μF ～2 μF；由此选择的电阻器多为阻值为1 400 Ω的电阻器，这也是简化设计体现。考虑到漏电继电器的精度误差，漏电继电器整定值取100 mA ～200 mA。

［1］顾永辉. 工矿企业660V供电［M］. 北京: 煤炭工业出版社， 1997.

［2］中国建筑学会建筑电气分会. 建筑供配电新技术［M］. 北京: 中国建筑工业出版社， 2010.

［3］高彦， 王彦文， 司书巍， 等. 选煤厂660V高阻接地系统选择性漏电保护装置的研究［C］// 中国电机工程学会， 2007.

［4］王国伟， 杨丽， 王海潮. 选煤厂660V供电系统的接地保护技术研究［J］. 煤矿机电， 2012（4）: 30-32.

［5］张振军， 李武宁， 申耀克. 建筑电气低压配电设计中各种接地系统的分析［J］. 科技与企业， 2014（5）: 306.

［6］刘珍， 于合蕊. 选煤厂低压配电接地系统的应用及其保护措施［J］. 科技创新与应用， 2014（15）: 146.

［7］蔺怡. 建筑电气低压配电设计中各种接地系统的分析［J］. 黑龙江科技信息， 2014（16）: 79.

［8］刘桂涛. 工厂低压供配电设计中接地系统及接地故障保护分析［J］. 湖北工程学院学报， 2015（6）: 117-120.

［9］聂慧敏. 建筑电气低压配电设计中各种接地系统分析［J］. 中国新技术新产品， 2015（9）: 73.

王国伟（1983-），男，汉族，辽宁阜新人，硕士，工程师，主要从事煤矿选煤厂的电气设计工作。

E-mail: wangguowei37@163.com

Analysis on Neutral Grounded System in Coal Preparation Plant

Guowei Wang（Beijing Huayu Engineering Co.， Ltd.， Beijing， 100120， China）

The power distribution system of 660 V and 380 V are more popular in coal preparation plant. This paper mainly discusses the neutral point direct grounding system and neutral point through the high resistance grounding system， that is， 380 V grounding system and 660 V grounding system， and the neutral grounded system of 660 V （the neutral grounded system with the high resistance）， which expounds practical method of resistance selection to grounded resistor， and the setting method about the system leakage protector. This method has good feasibility.

Grounded System； Grounded Resistance； Electric Leakage Protection

TF808

A

2095-8412 （2016） 04-738-03

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.042