浅谈剩余电流测量在排查路灯漏电隐患中的应用
【摘要】单相接地故障是造成城市路灯设施漏电隐患的主要原因通过研究剩余电流保护器ＲＣＤ的工作原理找到了利用钳表快速地测量回路中剩余电流的方法从现场作业的角度出发提高人工排查漏电隐患的效率
【关键词】路灯剩余电流漏电隐患维护作业
0引言
路灯是指给道路提供照明功能的一种用电设备其特点是分布广灯杆基本使用钢铁材料灯杆顶部的灯具灯杆内的电缆线都带电由于路灯杆较多分布于人行道或绿化带灯杆与人很容易接触到因此当漏电发生时很容易引起人体触电的事故近年来随着城市规模的不断扩大城市人口与日俱增城市照明范围也随着日益扩大市民也对城市照明提出了更高的要求在这个背景下路灯设施的数量和密度在不断增加这也给城市照明设施的管理增加了难度而时有发生的路灯漏电伤人事件也给城市照明设施的管理者提出了一个难题:如何做到既能保证照明的效果又能把安全隐患消除本文将主要探讨漏电现象的原理如何快速排查隐患并分享实际工作中的一些经验
１漏电原因分析
路灯设施漏电分为灯杆带电和电缆漏电这两类现象产生的场景有以下几种:
1）路灯杆内电缆绝缘损坏导致电线与灯杆接触使灯杆带电
2）灯头漏电照明灯头虽然设计有防水功能但绝缘发生变化或者线路被雷击后灯头存在漏电的可能
3）路面积水侵入灯杆内部导致漏电城市内涝时路灯杆若淹没于水中水位超过灯门高度接线头防水措施不足会导致漏电
4）电缆绝缘变化路灯供电线路比较长有的线路可能长达数公里并且都埋于地下时间久了会受侵蚀发生绝缘变化或受外力影响导致电缆皮破损电缆绝缘降低就可能导致漏电在电路分析中以上漏电现象多为单相接地故障?低压配电设计规范?ＧＢ/Ｔ５００５４２０１１第５.２.９条规定ＴＮ系统中配电线路的间接接触防护电器切断故障回路的时间应符合下列规定:配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路不宜大于５ｓ假设某一段路灯线路长１ｋｍ采用ＶＶ－１ｋＶ４×２５ｍｍ２＋１×１６ｍｍ２电缆当线路末端发生单相金属性接地故障时?故障电流Ｉｄ＝1２２.３Ａ对于常用的额定电流为６３Ａ的断路器很难在５ｓ内切断电路如果发生单相非金属性接地故障现有的断路器更可能是根本无法切断故障回路[１]单相接地故障中故障点电压会下降另外两相电压会升高但是由于ＬＥＤ路灯电源大多数是宽范围设计电压低至９０Ｖ也可以正常工作因此无法通过肉眼观察亮灯情况来发现故障路灯线路由于电缆与大地接触且距离很长电缆的对地分布电容所产生的漏电容易超过一般漏电保护器的整定范围导致无法合闸常规的漏电保护器也无法加装因此在实际的维护管理中我们需要增加人工排查故障的方式提高线路的安全性单相接地故障发生时保护导体ＰＥ线内会流过漏电电流我们可以通过测量出漏电电流来排查出故障回路[２]一段路灯线路长１ｋｍ采用ＶＶ－１ｋＶ４×２５ｍｍ２＋１×１６ｍｍ２电缆当线路末端发生单相金属性接地故障时故障电流Ｉｄ＝１２２３Ａ对于常用的额定电流为６３Ａ的断路器很难在,５ｓ内切断电路如果发生单相非金属性接地故障
现有的断路器更可能是根本无法切断故障回路[１]单相接地故障中故障点电压会下降另外两相电压会升高但是由于ＬＥＤ路灯电源大多数是宽范围设计电压低至９０Ｖ也可以正常工作因此无法通过肉眼观察亮灯情况来发现故障路灯线路由于电缆与大地接触且距离很长电缆的对地分布电容所产生的漏电容易超过一般漏电保护器的整定范围导致无法合闸常规的漏电保护器也无法加装因此在实际的维护管理中我们需要增加人工排查故障的方式提高线路的安全性单相接地故障发生时保护导体ＰＥ线内会流过漏电电流我们可以通过测量出漏电电流来排查出故障回路[２]
2不同类型电流产生的原理
2.1不平衡电流产生的原理
三相五线制中时任何一相总的单相负荷都有两个回路一是和零线组成２２０Ｖ回路二是和另一相串联构成３８０Ｖ回路当三相平衡的时候电源相间的线电压与每一相回路的相电压之间会形成一个和谐的回路而此时零线上是没有电流的当负荷不平衡的时候串联在线电压之间的两相负荷就不一样大了而由于串联电路中电流相等于是负荷大的一相多余的电流就从零线流走了这个电流就是不平衡电流[３]
如图１所示假设Ｌ１相接了一个灯Ｌ２相接了两个灯Ｌ３相接了三个灯Ｌ１相的一个灯通过零线和Ｌ２相两个灯串联接于Ｌ１Ｌ２线电压Ｌ１相的一个灯也通过零线和Ｌ３相三个灯串联接于Ｌ１Ｌ３线电压此时系统处于不对称状态三相不平衡在线电压与Ｌ１相Ｌ２相共三个灯的回路中电流处处相等而Ｌ１相和Ｌ２相各自回路的负载电流却不等而系统之所以还可以运行是因为Ｌ１Ｌ２相多余负荷的电流从零线走了因此此时的Ｎ线是带电的
2.2零序电流产生的原理
三相系统的电压电流都可以分解为正序负序和零序分量在三相平衡且无故障发生时系统处于对称运行状态没有负序零序分量只有正序分量若出现了负序或零序分量则说明系统存在问题[４]单相接地故障会产生零序电流假设三相平衡当电路中发生触电或漏电故障时回路中有漏电电流流过这时三相电流相量和不等于零其相量和为Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝ＩＩ即零序电流[５]虽说单相接地故障会产生零序电压和零序电流但是在实际工作中我们发现由于路灯低压设施数量庞大线路长接线不规范等诸多问题导致在实际运行中三相不平衡的情况较为常见线路中经常有不平衡电流因此我们难以通过直接测量零序电流的方式去排查单相接地故障
2.3漏电电流产生的原理
法快速检测线路中的剩余电流既然如此我们就可以通过测量剩余电流的方式快速方便地排查出单相接地故障剩余电流保护的原理是让三相线路及中性线共同穿过一个ＣＴ电流互感器如下图三相线路与中性线的电流矢量和为ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ当线路正常没有发生单相接地故障时此电流矢量和为０忽略正常泄露电流当发生单相接地故障时ＰＥ线会流过接地故障电流ＩＤ则电流矢量和为ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩＤ[６]
3漏电电流的检测
在实际操作时我们在路灯箱变的低压出线端任选一个回路用钳形表把Ａ相Ｂ相Ｃ相和零线用钳形表同时钳住此时测得的电流数值就是ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ而这个数也等于ＩＤ也就是故障电流漏电电流在这个过程中不对称分量被抵消因此测得的剩余电流由单相接地故障所产生的漏电电流图３是现场操作的图片
4实际应用
我们用这个方法对１３３台箱变进行了剩余电流的检测表１和表２是部分测量数据其中Ｎ１~Ｎ１０代表回路编号表１中有一台箱变ＮＳ３￣１００的Ｎ５回路的数值达到了２０.２Ａ明显超出正常范围经过排查后我们在一处灯杆内找到了故障原因如图４所示该灯杆灯门内的接线端被外力拉入至底下的灯盘位置我们猜测可能是台风山竹袭来时倒伏树木牵扯了路灯电缆导致接线端被拉到低位而该灯杆内低位非常潮湿导致接线头绝缘老化加速潮湿的环境使线头产生放电现象使灯杆带上漏电压其电压达到了１０３Ｖ由于只是其中一相的绝缘老化击穿空气通过灯杆与大地连接产生的漏电流只有十几安培空气开关无法跳闸导致此灯杆可以带病工作且能正常亮
灯常规巡查难以发现故障表２中也有一台箱变ＮＳ３￣１２５的Ｎ２回路数值明显较大达到了２３Ａ我们对该回路进行排查后找到了故障点故障点也在一处灯杆内该灯杆的灯门内电缆接线头绝缘胶布烧断导致电缆头散开电缆头与灯杆金属表面直接接触造成了单相接地故障表１和表２中除两个故障回路外其余大部分回路测得的数值相对较低由于路灯线路长且每个回路的总长度差异较大电缆对地的分布电容也会产生些许的漏电流因此并不是说测出了剩余电流数值就说明回路存在故障正常的线路也可能被检测出轻微的剩余电流在这个基础上我们暂时无法给出一个精确的安全数值只能在维护作业时从数值*大的回路开始逐个排查
5安科瑞ASJ系列产品介绍
安科瑞ASJ系列剩余电流动作继电器和多回路剩余电流监测仪可与低压断路器或低压接触器等组成组合式剩余电流保护装置主要适用于交流50Hz额定电压400V及以下的TT和TN系统配电线路用来对电气线路进行接地故障保护防止接地故障电流引起的设备损坏和电气火灾事故也可用来对人身触电危险提供间接接触保护
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器
ASJ60系列剩余电流监测仪
5.1功能介绍
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器具有以下功能A型或者AC型剩余电流测量剩余电流越限报警指示额定剩余动作电流可设定极限不驱动时间可设定两组继电器输出具有就地远程测试复位功能
ASJ60系列剩余电流监测仪具有以下功能16路剩余电流监测1路预警继电器输出16路报警继电器输出2路DI输入自动重合闸功能远程通讯功能远程分合闸功能
5.2技术指标
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器技术指标
项目 | 指标 | ||
AC型 | A型 | ||
辅助电源 | 电压 | AC110/220V（±10%） | AC/DC85~270V |
功耗 | <5W | <5W | |
输入 | 额定剩余动作 电流I△n | 0.030.10.30.5A | 0.030.050.10.30.51351030A |
极限不驱动时间△t | 0.10.5s | 00.060.10.20.30.50.81410s | |
额定剩余不动作 电流I△no | 50%I△n | 50%I△n | |
动作特性 | AC正弦交流电流 | AC正弦交流电流 脉动直流电流 | |
频率 | 50Hz±5Hz | 50Hz±5Hz | |
动作误差 | -20%~-10%I△n | -20%~-10%I△n | |
输出 | 输出方式 | 一组常开一组转换 | 一组常闭或常开一组转换 |
触点容量 | 5A250VAC 5A30VDC | AL1:8A250VAC;5A30VDC AL2:6A250VAC;5A30VDC | |
复位方式 | 就地远程 | 就地远程自动 | |
环境 | 工作温度 | 运行温度-20℃~+55℃存储温度-30℃~+70℃ | |
工作湿度 | ≤95%RH不结露无腐蚀性气体场所 | ||
海拔高度 | ≤2000m | ||
污染等级 | 3级 | ||
安装类别 | Ⅲ类 |
ASJ60系列剩余电流监测仪技术指标
项目 | 指标 | |
电源 | 电压范围 | AC/DC85V~265V |
*大功耗 | ≤10VA | |
输入 | *大测量支路数 | 16路 |
剩余电流测量范围 | 1mA~30A | |
额定剩余动作电流I△n | 1mA~30A连续可调 | |
动作特性 | AC正弦交流电流及脉动直流电流 | |
频率 | 50Hz±5Hz | |
动作延时 | 0~10s可设 | |
开关量 | 2路无源干接点输入 | |
输出 | 输出方式 | 1路水浸报警继电器（常开） 16路剩余电流报警继电器（常开） |
触点容量 | AC250V/3ADC30V/3A | |
重合闸 | 次数 | 0~99连续可设 |
间隔时间 | 0~999秒连续可设 | |
通讯 | 方式1 | RS485通讯Modbus-RTU协议 |
方式2（可选） | 4G无线通讯 | |
环境要求 | 温度 | 工作温度-10℃~55℃存储温度-30℃~70℃ |
湿度 | ≤95%不结露 | |
海拔 | ≤2500m | |
平均无故障工作时间 | ≥50000小时 |
5.3选用说明
剩余电流动作继电器在应用时应注意低压系统的接线型式
系统形式 | 系统接线 | 说明 |
TT系统 | 采用ASJ因为当发生单相接地故障时故障电流很小且较难估计达不到开关的动作电流外壳上将出现危险电压 | |
TN-S系统 | 可采用ASJ更快速灵敏切断故障以提高安全可靠性此时PE线不得穿过互感器N线穿互感器且不得重复接地 |
其余接线型式需要改造成以上两种型式使用防止出线误动作或者不动作的情况剩余电流互感器的选择应根据主回路的额定电流为参考选择
型号 | 孔径 | 主回路额定电流 | 变比 |
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 |
实际应如图所示互感器安装在主回路或者支路上通过测量剩余电流判断是否驱动断路器动作
ASJ10/20剩余电流继电器典型应用
ASJ60剩余电流监测仪典型应用
5.4注意事项
当采用剩余电流动作保护器（RCD）作为电击防护附加防护措施时应符合下列规定
- 额定剩余电流动作值不应大于30mA
- 额定电流不超过32A的下列回路应装设剩余电流动作保护器（RCD）
- 供一般人员使用的电源插座回路
- 室内移动电气设备
- 人员可触及的室外电气设备
- 剩余电流动作保护器（RCD）不应作为保护措施
- 采用剩余电流动作保护器（RCD）时应装设保护接地导体（PE）
6结束语
我们使用的这种快速检测剩余电流的方法可以在路灯维护作业过程中提高人工排查故障回路的效率快速发现漏电安全隐患通过一段时间的现场检验确定了该方法的可操作性但是我们还无法整定出安全数值使得检测的过程还存在瑕疵未来我们还将对回路长度与电缆对地分布电容造成的泄漏电流之间的关系进行研究完善通过检测剩余电流排查路灯漏电隐患的方法
参考文献
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