煤矿供电技术 6供电系统的过电流保护.

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1、1 第六章 工厂供电系统的过电流保护 第一节 过电流保护的任务和要求 第二节 熔断器保护 第三节 低压断路器保护 第四节 常用的保护继电器 第五节 高压电力线路的继电保护 第六节 电力变压器的继电保护 第七节 高压电动机的继电保护 2 一. 过电流保护装置的类型和任务 为了保证工厂供电系统的安全运行，避免过负荷和短路对 系统的影响，因此在工厂供电系统中装有各种类型的过电流保 护装置。 工厂供电系统的过电流保护装置有：熔断器保护、低压断 路器保护和继电保护。 第一节 过电流保护的任务和要求 3 (1) 熔断器保护 适用于高低压供电系统。由于其装置简单经济， 所以在工厂供电系统中应用非常广泛。但是

2、其断流能力较小，选 择性较差，且其熔体熔断后要更换熔体才能恢复供电，因此在要 求供电可靠性较高的场所不宜采用熔断器保护。 (2) 低压断路器保护 又称低压自动开关保护，适用于要求供电可 靠性较高和操作灵活方便的低压供配电系统中。 (3) 继电保护 适用于要求供电可靠性高、操作灵活方便特别是自 动化程度较高的高压供配电系统中。 熔断器保护和低压断路器保护都能在过负荷和短路时动作， 断开电路，切除过负荷和短路部分，而使系统的其他部分恢复正 常运行。但熔断器大多主要用于短路保护，而低压断路器则除了 可作过负荷和短路保护外，有的还可作低电压或失压保护。 4 1.电力系统的故障与不正常运行 1）故障：相

3、间短路、中性点直接接地系统的单相接地短路 、变压器和电动机、电力电容器等可能发生的匝间或层间 短路。危害：产生很大的短路电流，产生很大的热量和 电动力，造成设备损坏，影响其它设备的正常运行，甚至 造成系统解列。 2）不正常运行：过负荷、一相断线、小电流接地系统中的 单相接地等。长时间过负荷会加速设备绝缘老化，甚至 损坏设备，发展成为故障。一相断线会造成点击过负荷。 小电流接地系统的单相接地会造成非故障相电压升高，威 胁绝缘，井下发生容易造成人身触电及瓦斯煤尘爆炸事故 。 p为避免故障和不正常运行造成的严重后果，保证供电安 全可靠，在电力系统中必须设置继电保护装置。 继电保护装置的作用与任务 5

4、 继电保护装置 p装置作用：能反映电力系统中设备或线路发生故障或不正 常运行状态，并能使断路器跳闸和发出信号的自动装置。 p基本任务： p1）当被保护线路或设备发生故障时，继电保护装置能自动 迅速准确有选择地通过断路器将故障元件断开，保证系统 其他部分正常运行。 p2）当被保护线路或设备出现不正常运行时，保护装置能发 出信号，提醒工作人员采取有效措施，消除不正常运行状 态。 p3）继电保护装置能够与系统其他自动化装置配合，缩短事 故停电时间，提高系统运行可靠性。 6 二、继电保护工作原理 系统出现故障或不正常运行时，会引起电压、 电流幅值变化、电压、电流相位变化等。利用故障 时参数与正常参数的

5、差异，可以组成不同形式的继 电保护装置。 如： p过流保护：利用过流故障时电流增大特征 p低电压保护：某些故障发生时电压降低 p瓦斯保护：变压器油箱内部故障，产生瓦斯分解 7 二、对继电保护装置的基本要求 p四性：可靠性、灵敏性、快速性、选择性 可靠性： 1）要求保护装置本身应具有较高的可靠性，不出问题， 随时处于可靠的准备动作状态； 2）要求保护性能可靠，即当本保护范围内发生过流故障 时，它一定动作（不拒动）；当保护范围以外发生过流 故障时，它一定不动作（不误动）。 快速性：指在故障电流没有造成危害之前，将过流故障切除 。 选择性：保护装置只切除故障设备或线路的电源，使事故停 电的范围最小，

6、有利于生产与安全。 8 灵敏性： 动作灵敏是指保护装置对故障的反应能力要强，对于短 路保护，即使是在保护范围末段发生最小两相短路时，它也 能可靠的动作。衡量短路保护装置这一能力的参数叫灵敏度 ，又称灵敏系数，用Kr表示。 保护范围末端最小两相短路电流，kA; 短路保护装置一次动作电流值，kA 对于主保护，Kr1.5;对于后备保护，Kr 1.2；熔断器 保护，Kr 47。 9 一. 熔断器在供配电系统中的配置 熔断器在供配电系统中的配置，应符合选择性保护的原则，也就是 熔断器要配置得能使故障范围缩小到最低限度。此外应考虑经济性，即供 电系统中配置的数量要尽量地少。 图6-1是熔断器在低压放射式配

7、电系统中合理配置的方案，既可满足 保护选择性的要求，又使配置的熔断器数量较少。图中熔断器FU5用来保 护电动机及其支线。当k-5处发生短路时，FU5熔断。熔断器FU4主要用来 保护动力配电箱母线。当k-4处发生短路时，FU4熔断。同理，熔断器FU3 主要用来保护配电干线，FU2主要用来保护低压配电屏母线，FU1主要用 来保护电力变压器。在k-1k-3处短路时，也都是靠近短路点的熔断器熔 断。 第二节 熔断器保护 10 图6-1 熔断器在低压放射式线路中的配置 必须注意：低压配电系统中的PE线和PEN线上，不允许 装设熔断器，以免PE线或PEN线因熔断器熔断而断路时，致 使所有接PE线或接PEN

8、线的设备外露可导电部分带电，危及 人身安全。 11 (一) 保护电力线路的熔断器熔体电流的选择 保护电力线路的熔断器熔体电流，应满足下列条 件： (1) 熔体额定电流IN.FE 应不小于线路的计算电流 I30（Ica），以使熔体在线路正常运行时不致熔断， 即 二. 熔断器熔体电流的选择 12 式中K为小于1的计算系数。 对供单台电动机的线路熔断器来说，此系数K应根据熔断器的特性和电动 机的启动情况来决定： 启动时间在3s以下（轻载启动），宜取 K =0.250.35； 启动时间在38s（重载启动），宜取 K =0.350.5； 启动时间超过8s或频繁启动、反接制动，宜取K =0.50.8。 对

9、供多台电动机的线路熔断器来说，此系数K应视线路上容量最大的一台 电动机的启动情况、线路尖峰电流与计算电流的比值及熔断器的特性而定， 取为K =0.51；如果线路尖峰电流与计算电流的比值接近于1，则可取K =1 。 但必须说明，由于熔断器品种繁多，特性各异，因此上述有关计算系数K 的取值方法，不一定都很恰当，故GB50055-1993通用用电设备配电设计 规范规定：保护交流电动机的熔断器熔体额定电流“应大于电动机的额定 电流，且其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动机启动电流和启动时间的交 点。当电动机频繁启动和制动时，熔体的额定电流应再加大12级。” (2) 熔体额定电流IN.FE还应躲过线路的尖

10、峰电流Ipk ，以使 熔体在线路上出现正常的尖峰电流时也不致熔断。由于尖峰 电流是短时最大电流，而熔体加热熔断需一定时间，所以满 足的条件为 13 式中Ial为绝缘导线和电缆的允许载流量；KOL 为绝缘导线和电缆 的允许短时过负荷倍数。 (3) 熔断器保护还应与被保护的线路相配合，使之不致发生 因过负荷和短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而熔体不熔断的 事故，因此熔断器熔体电流还应满足以下条件 如果熔断器只作短路保护，对电缆和穿管绝缘导线，取 KOL=2.5；对明敷绝缘导线，取KOL=1.5 。 如果熔断器不只作短路保护，而且要求作过负荷保护时， 例如住宅建筑、重要仓库和公共建筑中的照明线路，有可

11、能 长时间过负荷的动力线路，以及在可燃建筑物构架上明敷的 有延燃性外层的绝缘导线线路等，则应取KOL=1；当 A 时，则取为KOL=0.85 。对有爆炸性气体和粉尘的区域内的 线路，应取KOL=0.8。 14 (二) 保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择 保护电力变压器的熔断器熔体电流，根据经验，应满足下 式要求： 上式考虑了以下三个因素： (1) 熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流。油浸式 变压器的正常过负荷，室内为20%，室外为30%。正常过负 荷下熔断器不应熔断。 (2) 熔体电流要躲过来自变压器低压侧的电动机自启动引起 的尖峰电流。 (3) 熔体电流还要躲过变压器自身的励磁涌流。

12、励磁涌流又 称空载合闸电流，是变压器在空载投入时或者在外部故障切 除后突然恢复电压时所产生的一个电流。 15 图6-2 变压器空载投入时励磁涌流的变化曲线 由图6-2可以看出，励磁涌流中含有数值很大的非周期分量，而且衰减较慢（ 与短路电流非周期分量相比），因此其波形在过渡过程中相当长一段时间内，都 偏向时间轴的一侧。很明显，熔断器的熔体电流如果不躲过励磁涌流，就可能在 变压器空载投入时或电压突然恢复时使熔断器熔断，破坏了供电系统的正常运行 。 16 (三) 保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择 由于电压互感器二次侧的负荷很小，因此保护电压互感器 的RN2型熔断器熔体额定电流一般为0.5A。 三

13、. 熔断器的选择与校验 选择熔断器时应满足下列条件： (1) 熔断器的额定电压应不低于线路的额定电压。对高压熔断 器，其额定电压应不低于线路的最高电压。 (2) 熔断器的额定电流应不小于它所装熔体的额定电流。 (3) 熔断器的类型应符合安装条件（户内或户外）及被保护设 备对保护的技术要求。 17 (3) 对具有断流上下限的熔断器（如RW4等型跌开式熔断器 ） 其断流上限应满足式（6-7）的校验条件，其断流下限应 满足下列条件 (2) 对非限流熔断器（如RW4、RM10等型） 由于非限流 熔断器不能在短路电流达到冲击值之前熄灭电弧，切除短路 故障，因此需满足的条件为 (1) 对限流式熔断器（如R

14、N1、RT0等型） 由于限流式熔断 器能在短路电流达到冲击值之前完全熔断并熄灭电流，切除短 路故障，因此满足的条件为 (6-6) (6-7) (6-8) 18 注：表中K值适用于符合IEC标准的一些新型熔断器如RT12、RT14、RT15、NT等型熔断器 。对于老型熔断器，可取K =47，即近似地按表中熔断时间为5s的熔断器来取值。 四. 熔断器保护灵敏度的检验 为了保证熔断器在其保护区内发生短路故障时可靠地熔断 ，按规定，熔断器保护的灵敏度应满足下列条件 (6-9) Ik.min为熔断器所保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短 路电流（对TN系统和TT系统，为线路末端的单相短路电流或单相

15、接地故障电流；对IT系统和中性点不接地系统，为线路末端的两相 短路电流；对保护变压器的高压熔断器来说，为低压侧母线的两相 短路电流换算到高压侧之值）；K为灵敏系数的最小比值，如表6-1 所示。 表6-1 检验检验 熔断器保护护灵敏度的最小比值值K 1110980.4s 7 6554.55s熔断 时间时间 250500A80200A4063A1632A410A熔体额额定电电流 19 继电器 20 一. 概 述 继电器：在检测的信号达到设定值时，其电气输出电路被 接通或被分断的自动电器。 按输入量性质分：电气继电器、非电气继电器 按用途分：控制继电器、保护继电器，前者用于自动控制 电路中，后者用于继电保护电路中。 保护继电器按功能分：测量继电器和有或无继电器两大类 。 测量继电器装设在继电保护电路中的第一级，用来反应被 保护元件的特性变化。当其特性量达到动作值时即行动作，它 属于基本继电器或启动继电器。 有或无继电器是一种只按电气量是否在其工作范围内或者 为零时而动作的电气继电器，包括时间继电器、信号继电器、 中间继电器等，在继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能， 属于辅助继电器，亦称逻辑继电器。 第四节 常用的保护继电器 21 继电器按组成元件分：电磁式、感应式、晶体管式、微机式 保护继电器按反应的