对地绝缘电阻

对地绝缘电阻（精选4篇）

对地绝缘电阻 篇1

0 引言

煤矿井下低压电网大量使用电缆线, 电缆线的对地绝缘电阻和分布电容的数值变化与井下漏电电流的大小有着密切关系。随着井下电缆线路截面的增大、长度的延长, 对地绝缘电阻将随之下降, 而对地分布电容则随之增大。对地绝缘电阻是反映电缆绝缘性能的重要指标[1], 井下高温、潮湿、煤尘和负荷变化大等都会加速对地绝缘电阻的下降, 使漏电电流增大。另外, 即使对地绝缘电阻保持在较高数值, 漏电电流也会随着对地分布电容的增大而增加, 当漏电电流数值超过《煤矿安全规程》规定的30 mA要求时[2], 会增大人体触电的危险性, 极易引发电雷管超前引爆事故、火灾事故和瓦斯煤尘爆炸事故, 给井下安全生产带来严重的安全隐患[3]。因此, 有必要对煤矿井下低压电网对地绝缘电阻及分布电容进行定期测量, 从而提高煤矿井下低压电网供电的可靠性和安全性。

绝缘电阻测试仪可准确地测量对地绝缘电阻, 但不能测量对地分布电容[4]。采用交流伏安法和交直流伏安法可以在真实的电缆工作环境和工作电压条件下一次性完成对地绝缘电阻及分布电容的测量工作。因此, 为了验证这两种方法理论的正确性和测量结果的准确性, 在不考虑其它电气设备漏电的情况下, 本文介绍了这两种方法的理论分析和公式推导, 并借助井下低压电网模拟电路, 采用这两种方法进行了对地绝缘电阻及分布电容测量实验。

1 交流伏安法理论分析

煤矿井下变压器中性点不接地供电系统交流伏安法测量电路如图1所示 (其中r和C分别为对地绝缘电阻和对地分布电容) 。

1.1 交流伏安法理论分析条件

交流伏安法理论分析及公式推导的条件是电网参数对称, 即

(1) 相电压对称

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式中:undefined为变压器中性点对地电压, undefined。

(2) 对地绝缘电阻对称

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(3) 对地分布电容对称

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1.2 交流伏安法理论分析[5]

(1) 电网对称状态运行分析

如图1所示, 电网正常运行时的相电压为

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对地绝缘阻抗为

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式中: Zϕ为相对地绝缘阻抗;r为相对地绝缘电阻;Xc为相对地容抗。

此时, 三相对地绝缘阻抗以大地为中性点, 以星形连接方式连接负载。负载中性点的电位与变压器中性点的电位相等, 对称状态下变压器中性点对地电压为零, 即U0=0, 流过三相对地绝缘阻抗的漏电电流矢量和为

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(2) 电网不对称运行状态分析

在电网W相接入附加电阻R0后, W相对地绝缘阻抗发生改变, 电网运行电路如图2所示。

W相对地绝缘阻抗为

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此时, 由于三相电网对地绝缘阻抗不对称, 导致电网由对称运行状态变为不对称运行状态, 如图3所示, O偏移到O′, 负载中性点和变压器中性点之间出现电位差, 即

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三相对地电压分别为

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根据基尔霍夫第一定律, 流入大地节点的电流之和等于零, 即

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设三相对地阻抗相等, 即

ZU=ZV=ZW=Zϕ

则

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由于

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则

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流过R0的电流为

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设UW=Uϕ, 则R0两端的电压为

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(3) 计算W相接入电流表后的总导纳

电网W相接入电流表后, 电网运行电路如图4所示。

由于电流表的内阻Zm<

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其中:undefined;undefined。

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仅考虑电流表Im的数值, 设UW =Uϕ, 则

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此时, 电网三相对地总导纳Y′为

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式中:Yϕ为对称状态下的一相对地导纳;g0为附加电阻R0的电导, g0=1/R0。

由于三相电网对地总导纳为

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用复数运算表示为

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式中:g、b分别为三相对地绝缘总电导及总电纳。

用标量表示为

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(4) 求三相对地电导g和电纳b

未接入附加电阻时, 三相电网对地导纳为

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联式 (19) 和式 (20) 解方程:

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得

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在电网每相对地电导和电纳对称时:

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则各相对地绝缘电阻及分布电容为

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式中:ω为角频率, ω=2πf=314 rad/s。

2 交直流伏安法理论分析

2.1 测量电网一相对地绝缘电阻

如图5所示, 首先用直流电桥测出检漏继电器三相电抗器的一相直流电阻RSKϕ, 然后计算出检漏继电器三相电抗器总直流电阻:

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利用检漏继电器, 通过测量直流电压和直流电流, 计算出电网每相对地绝缘电阻r。

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式中:U、I分别为检漏继电器三相电抗器中性点与接地线之间的直流电压及直流电流。

2.2 测量电网对地电压及对地电流

(1)

如图6所示, 用交流电压表分别测量三相对地电压UU、UV和UW, 计算出平均电压值:

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(2) 如图7所示, 用交流电流表分别测量三相对地电流IU、IV和IW, 计算出平均电流值:

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(3) 计算电网对地分布电容:

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3 2种测量方法的误差分析

通过上述理论分析可知, 交流伏安法和交直流伏安法都是间接测量电路参数后, 计算出电网的对地绝缘电阻及分布电容。由于2种方法在测量电路参数时, 都会受电工仪表测量精度等级、读数误差、电网电压波动、电网参数不对称、温度和测量中的读数时间等因素的影响[6,7], 必然带来不同程度的测量误差。

现借助井下低压电网模拟电路, 分别用交流伏安法和交直流伏安法测量对地绝缘电阻及分布电容。

3.1 交流伏安法测量结果

模拟电路参数:绝缘电阻r=30 kΩ, 对地分布电容C=0.5 μF, 电网线电压U=380 V, 附加接地电阻R0=6 kΩ。采用交流伏安法测出的电路电压和电流值如表1所示。将测量数据代入式 (18) 和式 (20) 计算出Y′和Y;用式 (22) 计算出g和b, 代入式 (24) 计算出r和C, 计算结果如表2所示。

从表2可看出, 采用交流伏安法测量的对地绝缘电阻值与实际值误差较小, 而对地分布电容值与实际值误差较大。产生误差的主要原因:一是实测电路参数和计算公式中忽略了电流表和电压表的内阻对测量结果的影响;二是W相接入附加电阻R0的大小对误差影响较大, 选择R0=1/Y时误差会相对较小。

3.2 交直流伏安法测量结果

模拟电路参数:对地绝缘电阻r=40 kΩ, 对地分布电容C=1 μF, 电网额定线电压U=380 V, JY82型检漏继电器三相电抗器直流电阻RSK=136 Ω。 采用交直流伏安法测出的电路电压和电流值如表3所示。将测量数据代入式 (28) 和式 (29) 计算出r和C, 计算结果如表4所示。

从表4可看出, 采用交直流伏安法测量的对地绝缘电阻值及分布电容值与实际值误差较小, 具有较高的测量精度。

4 结语

实验结果表明, 交流伏安法测量电路参数少, 对电表精度等级要求较高, 计算公式复杂、计算量大, 需要附加电阻。该方法在理论上是正确可行的, 但受电网对称性和电网电压波动影响较大, 测量误差较大。交直流伏安法测量参数少, 计算简单, 电网电压波动和不对称等因素对测量误差影响较小, 是一种准确、快捷的测量方法。该方法要利用检漏继电器测量电压和电流, 接线时可断开检漏继电器中的欧姆表, 将电流表接入欧姆表位置即可。

在煤矿井下应用交流伏安法、交直流伏安法这两种测量方法时, 必须严格遵守《煤矿安全规程》规定, 在无瓦斯的采区变电所内进行, 并进行瓦斯浓度检测, 通过测量三相对地电压, 确定电网无接地现象后, 暂时断开检漏继电器执行电路, 用最短的时间完成参数测量工作。

摘要：为了验证交流伏安法和交直流伏安法测量煤矿井下低压电网对地绝缘电阻值及分布电容值的准确性, 介绍了这两种方法的理论分析和计算公式推导, 并利用井下低压电网模拟电路对这两种方法的测量结果进行了比较, 得出了交直流伏安法测量的对地绝缘电阻值和分布电容值误差较小的结论。

关键词：煤矿低压电网,绝缘电阻,分布电容,交流伏安法,交直流伏安法

参考文献

[1]邱绍坤.电线电缆绝缘电阻测量技术[J].电工技术, 2005 (7) :83-85.

[2]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2010.

[3]李斌, 袁振海.矿井低压电网零序直流选择性漏电保护原理的研究及实现[J].工矿自动化, 2007 (1) :57-59.

[4]金希柱, 黄泽彬.使用绝缘电阻表测量绝缘电阻时应注意的问题[J].中国计量, 2002 (7) :37.

[5]李景恩.矿井供电[M].北京:煤炭工业出版社, 1992.

[6]袁洪军, 王洪庆.如何准确测量电线电缆的绝缘电阻[J].煤矿安全, 2006, 37 (7) :49-51.

[7]赵岩, 田增国, 齐永奇.绝缘电阻与接地电阻测试系统的设计[J].国外电子测量技术, 2007 (4) :85-87.

对地绝缘电阻 篇2

1 故障查找使用仪表及修复材料的选择

1.1 仪表选择

对地故障查找主要由脉测Metrotech9860XT-SFL光缆外皮绝缘故障定位仪, LJ-1型对地查找仪和3M对地查找仪[1], 上述三种型号仪表各有特点及缺陷。

脉测Metrotech9860XT-SFL外皮绝缘故障定位仪由美国生产, 其特点是:查找故障点准确率高, 可靠, 使用方便, 探测器轻巧, 测试人员劳动强度低。缺点是:造价高, 对使用环境要求高, 维护不便。

LJ-1型对地查找仪由中国通信第一工程局科研所生产, 其特点是:造价低, 使用方便。缺点是:查找漏电小的故障点时不够准确, 探测器体积、重量较大, 测试人员劳动强度大。

3M对地查找仪由美国3M公司生产, 其特点是:仪表灵敏度高, 适宜查找小漏电故障, 判定路由较方便、准确。

根据以上三种仪表的特点, 经过实际测量, 分不同情况, 使用不同仪表。

(1) 光缆出场测试资料反映缆皮质量较好, 分析测试可能是由于施工中损伤引起, 对地故障则使用LJ-1型对地查找仪, 查找比较简便。

(2) 光缆出厂资料质量较好, 使用LJ-1型对地查找仪查找后, 无较大的漏电点, 但仍然不能达标, 则需使用3M对地查找仪。

(3) 光缆故障点多, 或是由于光缆本身制造问题引起故障, 使用脉测9860能够查找到故障点或故障带。

(4) 光缆缆皮磨损严重, 或光缆制造材质引起慢渗等的查找, 只能通过上述三种仪表反复查找判定故障段, 但是比较困难。

1.2 材料选择

(1) 修复材料可选择市话电缆接续用外护热缩管, 也可以选用热熔胶带。

(2) 热缩管修复效果好, 操作方便, 但造价高。

(3) 热熔胶带造价低, 但操作工艺要求高。

(4) 经过反复试验, 采用热缩管较适宜。

2 故障测试连接方式

如图1所示。

(1) 要先检查接头盒是否绝缘良好, 如接头盒进水, 先处理接头盒进水, 否则会损坏仪表。

(2) 若缆长超过2Km, 则将信号先放在A端测试A近端一半, 再放到B端测B端一半, 显示信号相反。

3 故障测试方法及故障分析和修复

1) 按图连接仪表及被测光缆, 检查仪表电源及显示正常。

2) 悬空所有可能接地点, 有监测装置的, 在连接仪表前先测试检查监测装置及监测缆绝缘良好, 接头盒进水的先处理接头盒进水。

3) 选择信号器频率置于9.8kHz或82kHz, 将信号输出功率显示于SFL档。

4) 打开信号器开关, 使开关置ON, 测信号器会显示故障阻抗。

根据实测经验, 一般情况阻抗值大小和故障点距及故障点损坏漏电见表1。

使用探测A字架与光缆平行, 每隔3～6s插入一次, 当发现A字架信号指示强度大于3个格时应仔细检查。越接近故障点信号会越大, 过故障点后, 信号强度随之变小, 且箭头方向反向, 信号强度最大处为可疑故障点。

确认故障点:

在可疑点把A字架的一脚插入地下, 围绕故障点并以插入脚为中心轴转动A字架。箭头总是指向故障点为确认故障点。

开挖出故障缆, 进行修复, 若修复后绝缘还不达标, 则继续查找。将所有故障查找修复后仍不能达标, 则可能是缆皮慢渗[2]引起的, 大段慢渗问题, 处理起来相当困难, 目前还没有好的办法。

慢渗是这样确定的:使用脉测9860[3]测试发现故障为一段漏电, 将缆挖出后, 缆皮没有外伤, 抬起光缆绝缘无变化。使用热熔管将此段处理后, 漏电有所改变, 但绝缘上升微弱, 处理后效果不大。

施工中造成损伤是这样确定和修复的:使用脉测9860沿光缆径路测试, 当发现有较大漏电点, 将光缆挖出后, 将缆身擦干净发现损伤, 在损伤部位使用热缩管修复, 漏电消失, 测试绝缘达标, 若不达标说明还有故障点, 再继续查找, 至绝缘达到标准。

在盐碱地段, 设计进行高密度护套防盐碱设计, 另外光缆厂商投标成本等因素造成光缆敷设后经过一段时间绝缘下降甚至出现为零的状况。慢渗和沙眼:光缆出现慢渗时间一长, 缆内进入少量潮气, 使绝缘下降, 绝缘值一般在0.1～0.5MΩ之间, 光缆沙眼主要是制造原因, 一般较小的沙眼在光缆敷设后72h内绝缘下降, 但不为零, 较大沙眼及地下水位较高地段, 敷设后72h内绝缘降为零兆。

4 修复方法如下

(1) 将故障点开挖出并挖出作业坑。

(2) 将光缆轻抬出水面, 将坑内积水抽出。

(3) 将光缆外皮故障点用细砂纸轻擦至不光滑, 但长度不能超出热熔管长度。

(4) 将拉链式热熔管套在光缆故障点处。

(5) 用喷灯加热至热熔管端头有胶流出, 并确认缩好, 自然冷却。

5 主要收获

通过项目研究, 摸索及攻关, 使得公司通信专业相关人员, 在查找处理光缆对地绝缘不良的技术有很大提高, 特别是处理疑难问题的能力上了一个台阶, 其收获主要有:找出了影响光缆对地指标的主要原因, 特别是工程施工中造成的绝缘不良原因, 为今后的施工找到了预防光缆对地绝缘故障的方法, 对保证光缆线路施工质量具有现实意义;熟练的掌握了几种仪表的使用方法和光缆绝缘故障分析、修复方法, 对今后工程中发生的光缆对地绝缘故障的及时处理, 提供了强有力的技术保证。

通过项目的实施, 使工程技术人员提高了技艺, 施展了才能, 特别是调动了技术人员学习科学技术、开动脑筋进行技术革新的积极性, 为技术人员进行技术创新提供了一个较好的平台和条件。对促进施工生产、提高企业技术水平、增强企业竞争力起到积极的作用。

摘要：光缆对地绝缘特性不仅能反映光缆制造质量的优劣和施工技术水平, 这一特性还直接关系到光缆的光特性和使用寿命。从实际工程角度出发, 阐述对敷设后光缆对地绝缘故障的查找方法及故障分析, 以工程实际积累经验介绍故障对地修复方法, 来提高光缆对地绝缘故障修复的效率。

关键词：光通信,光缆,绝缘,故障,修复

参考文献

[1]熊敬辉.浅谈直埋光缆金属护套对地绝缘不良的查找[J].电信工程技术与标准化, 2001 (4) :53-56.

[2]杨中长, 霍鹏.查找光缆金属护层对地绝缘的经验[J].现代有线传输, 2004 (2) :22-23.

对地绝缘电阻 篇3

高压断路器导电部分的对地绝缘及断口之间的绝缘一般通过支柱或支持绝缘子、套管、绝缘拉杆、气体或液体介质、灭弧绝缘筒或瓷套实现[1,2,3,4,5,6]。若上述部件出现缺陷,则可能造成断路器对地或断口绝缘故障。目前断路器绝缘故障的切除时间一般是保护采样数据窗时间、保护延时、断路器开断时间三者之和,此时间越长,对电网的暂态稳定、相邻设备的正常运行和人身安全的负面影响越大。本文提出了一套断路器对地及断口绝缘故障快速监测系统,其与失灵保护跳闸回路配合使用时,可在断路器发生对地或断口绝缘故障时快速作用于相邻断路器跳闸,避免保护采样数据窗时间和保护延时带来的危害。

现有文献提出的断路器绝缘监测方法很多,它们都是通过断路器的各种外部特征判断断路器的绝缘性能,如通过监测断路器内部的放电情况[9,10]、湿度和压力[11,12]或断路器灭弧室物质的化学成分[12]来判断绝缘性能。这些方法大多原理复杂,且不能在断路器发生严重绝缘故障后快速响应,即无法和二次装置配合使用以快速切除断路器绝缘故障。

文献[13]提出了一种双断口断路器对地绝缘故障监测的方法,该方法利用双断口断路器横向电磁环境对称的特点来实现对地绝缘故障的监测,进而通过继电保护装置将故障切除。该方法虽然一定程度上实现了双断口断路器对地绝缘故障较为快速的监测,但是不适用于其他类型的断路器,且没有给出双断口断路器断口绝缘故障监测的实现过程。另外该方法在判别故障时存在一定延时,且易受相邻运行设备磁场的干扰而导致误判。

参照文献[13]的双断口断路器对地绝缘故障监测的方法和文献[14]提出的绝缘子闪络监测方法,本文提出了一种断路器对地及断口绝缘故障快速监测方法。该监测系统适用面广,可用于所有类型的断路器;当断路器发生对地绝缘故障时,该系统能瞬时响应;当断路器发生断口绝缘故障时,该系统能快速响应;当断路器正常运行时,该系统不存在误判的情况。

1 实现断路器对地及断口绝缘故障快速监测的必要性

高压断路器对地或断口绝缘故障的切除一般需通过失灵保护,现有失灵保护的长延时[7,8]会对电网、设备和人身安全带来一定的负面影响,下面以单断口断路器对地绝缘故障(见图1)为例进行说明。

假设图中线路的2套主保护均为分相电流差动保护,则有:当接地点在断口母线侧(K1点)时,母差保护动作,跳本侧母线上所有断路器,但断路器A的内部绝缘可能在接地时已经损坏,那么母差保护动作跳闸后断路器A动静触头间将会有持续不灭的电弧,此时该故障需要通过失灵保护才能切除;当接地点在断口电流互感器侧(K2点)时,由于该点属于死区范围,所以该故障仍需通过失灵保护才能切除。高压断路器绝缘故障的切除时间较长会带来两方面的危害。

a.增加断路器内部的发热。断路器的发热和故障切除时间成正比,所以故障切除时间过长会增加断路器内部的热量积聚,从而可能引起断路器爆炸事故,对相邻运行设备和现场人员的安全造成威胁。

b.对电网的暂态稳定造成负面影响。较长的故障切除时间会使系统中发电机功角特性曲线的故障切除角变大,加速面积增加,即转子在电网故障期间动能的积累增大,功角恢复稳定的时间延长。

若能实现断路器绝缘故障的快速监测,并与失灵保护的跳闸回路配合,跳开与故障断路器相邻的断路器,就可快速切除故障,避免故障切除时间较长。

2 断路器对地及断口绝缘故障快速监测系统

本文提出的断路器对地及断口绝缘故障快速监测系统原理如图2所示。

2.1 监测系统的组成

监测系统由Rogowski线圈、或非门组成的基本RS触发器、无限大增益运算放大器、电阻、双向击穿二极管、光耦、断路器辅助开关、时间继电器及其辅助开关组成。

本系统可分成对地绝缘故障瞬时判别电路和断口绝缘故障延时判别电路2个部分,它们分别实现对断路器对地绝缘击穿和断口绝缘击穿的监测功能。

2个Rogowski线圈的型号相同,分别置于断路器的2个极端,且朝向相同(如正面都朝上)。2个线圈的引出端子串联后接到对地绝缘故障瞬时判别电路中的运算放大器A1的输入端。线圈1还通过断路器辅助开关QF和断口绝缘故障延时判别电路中的运算放大器A2的输入端相连。

传统的Rogowski线圈是均匀密绕在环形非磁性骨架上的空心螺线管,具有无饱和、响应速度快等特点,其输出电压能准确反映所包罗电流的导数的大小。若设i为Rogowski线圈所包罗电流,则图2中Rogowski线圈的输出电压为[15]:

其中,M为线圈互感,S为线圈截面积,N为线圈匝数,l为线圈总长度。由式(1)可知,Rogowski线圈的输出电压仅和所包罗的电流有关,不受外部磁场的干扰和影响。

由或非门组成的基本RS触发器功能[16]如表1所示。

图2所示系统首次使用前,需对基本RS触发器进行初始化,即使FA1和FA2复归按钮先合后分,这样R(R*)端会先置1再置0。初始化后触发器输入R(R*)端、S(S*)端为0,输出Q(Q*)端为0。

图2中,QF为断路器的辅助开关,断路器合闸时QF分开,断路器分闸时QF合上;双向击穿二极管VD1和VD2起到了信号过冲保护的作用。二极管反向击穿电压可防止Rogowski线圈输出信号过大而损坏电子元器件,从而提高了监测系统的可靠性;所有电阻及光耦的型号和参数可任意选择,没有限制。

2.2 对地绝缘故障瞬时判别电路的工作过程

对地绝缘故障瞬时判别电路在断路器分、合闸时都能瞬时监测断路器内部导电部分对地绝缘击穿。

若设图2中线圈1所包罗的电流为i1,线圈2所包罗的电流为i2,断路器对地绝缘故障时短路电流为i3,则可进行如下分析。

断路器无对地绝缘故障时,A1的输入为:

此时A1的输出电压为0,光耦IC1及IC2中的发光二极管都不发光,2个光敏三极管截止;触发器的R端和S端状态恒为0,触发器不动作,即断路器无对地绝缘故障时触发器输出Q端始终为0。

若t=0时断路器发生绝缘故障,假设:接地电阻为R,高压带电导体电压u,则此时:

由式(3)可知,断路器发生对地绝缘故障的瞬间u1≠0,则此时运算放大器的输出瞬时突变为偏置电压+VCC或-VCC,光耦IC1或IC2内的发光二极管发光,光敏三极管相应导通,触发器S端瞬时置1,Q端输出为1,且由于R端恒为0,由表1可知Q端输出保持。触发器的Q端可作为开入量接入失灵保护的跳闸回路,作用于相邻断路器跳闸,快速切除故障。

由于2个Rogowski线圈的输出电压仅和其所包罗的电流有关,不受相邻运行设备产生磁场的干扰和影响,所以在没有发生对地绝缘故障时本监测系统不存在误判的可能。

故障处理完毕后需使FA1按钮先合后分,让R端先置1再置0,恢复基本RS触发器的初始状态。

2.3 断口绝缘故障延时判别电路的工作过程

断口绝缘故障延时判别电路能在断路器分闸时实现断路器断口绝缘击穿的监测功能。断口绝缘故障延时判别电路和对地绝缘故障瞬时判别电路的结构相似,只是增加了断路器辅助开关QF、时间继电器J及其辅助开关。时间继电器延时为T,其辅助开关可实现延时闭合瞬时断开功能。

不难看出,断口绝缘故障延时判别电路和对地绝缘故障瞬时判别电路的工作过程类似:当断路器分闸时,开关QF合上,断口绝缘故障延时判别电路投入使用,若某时刻断口绝缘击穿,则由类比上文的分析可知S*′端立即置1,由于时间继电器的存在,S*端经延时T后置1,即Q*端会在发生断口击穿延时T后输出为1并保持。Q*端可作为开入量接入失灵保护的跳闸回路,作用于相邻断路器跳闸,快速切除故障。当断路器合闸时,辅助开关QF分开,断口绝缘故障延时判别电路退出使用。

装设时间继电器J是为了消除断路器内部电弧通断时刻和辅助开关QF分合时刻不同步带来的危害。QF合上时刻(分开时刻)和断路器内部电弧熄灭时刻(燃弧时刻)的不同步会使监测系统产生误判:当断路器分闸时,若开关QF先合上而断路器电弧后熄灭,那么这段时间内Rogowski线圈输出始终有电压,通过分析可知,S*′端会置1,如果不装设时间继电器J及其接点,那么此时判别电路会由于这个“不同步”的时间误动作,而装设了时间继电器且整定一定延时后,可以避免误动情况的发生;当断路器合闸时,对于断路器触头间先产生电弧而开关QF后分开的情况可进行相似分析。

时间继电器的延时应同时大于开关QF合位时刻与断路器触头电弧完全熄灭时刻的时间差、断路器触头产生电弧时刻与开关QF分位时刻的时间差。但延时并不是越长越好,延时越长,故障切除时间越长,对电网暂态稳定、设备及人身安全越不利。

2.4 监测系统的响应时间

基本RS触发器与其他带有时序电路的触发器相比,其动作时间不受时序电路脉冲周期的影响,仅由或非门内晶体管的传输延迟决定,此延迟极小,可达纳秒级。

断路器发生对地绝缘故障时,图2所示系统的响应时间由运算放大器的传输延迟、光耦内晶体管的传输延迟和触发器的触发时间组成,每部分的时间都仅由其内部晶体管的传输时间决定,可达纳秒级,总时间对于电力系统而言可忽略不计,即可看作是瞬时的,而断路器发生断口绝缘故障时系统的响应时间可认为仅是时间继电器的整定延时。

2.5 发生绝缘故障时相关电气量波形图

若假设:

a.a时刻断路器发生对地或断口绝缘故障;

b.b时刻监测系统手动复归;

c.相邻断路器的开断时间(分闸时间和电弧燃烧时间之和)为60 ms;

d.时间继电器J整定延时为10 ms;

e.高压带电导体电压

f.发生故障的时刻a满足ωa=π。

则发生断路器对地绝缘故障时的相关电气量波形图如图3所示,发生断路器断口绝缘故障时的相关电气量波形图如图4所示。图中,sIC1、sIC2、sIC3、sIC4表示4个光耦的通断情况,“1”为导通,“0”为截止。

根据图3,该断路器对地绝缘故障在a时刻发生,此时接地电流i3产生。由式(2)、(3)可知,此时图2中运算放大器A1的输入电压u1>0,即此时A1的输出电压为正的电源偏置电压VCC,那么这时光耦IC2内发光二极管发光,光敏三极管导通,基本RS触发器立即触发。触发器的输出Q通过故障断路器的失灵保护跳闸回路快速地向相邻断路器的跳闸线圈发跳令。待相邻的所有断路器可靠断开后(动静触头完全分开且电弧熄灭),该断路器接地绝缘故障切除。b时刻基本RS触发器手动复归,其输出Q归零。

对于图4,假设该断路器正常运行在热备用状态,而在a时刻发生断口击穿故障,击穿时产生断口电流i1。则类比式(1)—(3)可知,此时图2中运算放大器A2的输入电压u2>0,即此时运放A2的输出电压为正的电源偏置电压VCC,那么这时光耦IC4内的发光二极管发光,光敏三极管导通,S*′置高电平,经过时间继电器J的延时之后继电器辅助接点J闭合,之后S*置高电平,基本RS触发器触发。触发器的输出Q通过故障断路器的失灵保护跳闸回路给相邻断路器的跳闸线圈发跳令。待相邻的所有断路器可靠断开后(动静触头完全分开且电弧熄灭),该断路器断口绝缘故障切除。b时刻基本RS触发器手动复归,其输出Q归零。

过电压入侵也是造成断路器绝缘故障的因素之一。从上文可知,对于过电压入侵的情况,在产生绝缘击穿电流的瞬时,图2所示监测系统的动作过程与工频电压下发生绝缘故障的动作过程相似,同样可以成功响应;当过电压入侵造成断路器对地绝缘故障击穿时,图2所示系统能瞬时响应;当过电压入侵造成断路器断口绝缘击穿时,图2所示系统经延时T后能快速响应。

3 结语

本文提出了一种断路器对地及断口绝缘故障快速监测方法,当由该方法实现的监测系统与失灵保护的跳闸回路配合使用时,可以在发生断路器绝缘故障时快速切除故障,避免长时间切除故障带来的危害。

摘要：提出了一种断路器对地及断口绝缘故障快速监测方法,并通过该方法设计了一套监测系统。该监测系统由对地绝缘故障瞬时判别电路和断口绝缘故障延时判别电路组成,当断路器发生对地绝缘故障/断口绝缘故障时该系统能瞬时/快速响应,且该系统在断路器正常运行时不存在误判的可能。提出的监测系统可与断路器失灵保护跳闸回路配合使用,在发生断路器对地或断口绝缘故障时立即作用于相邻断路器跳闸,避免失灵保护长延时切除该故障对电网、设备和人身安全带来的危害。

对地绝缘电阻 篇4

土壤电阻率是土壤的一种基本物理特征, 是土壤在单位体积内的正方体相对两面间在一定电场作用下, 对电流的导电性能。当雷暴天气出现时, 雷暴云与地表面或地面物体表面相当于一只电容器, 地表面或地面物体表面会感应出与雷云底部极性相反的电荷, 当二者场强达到能击穿它们之间的空气绝缘层时, 就会出现闪电。

雷击具有选择性, 雷击位置经常在电阻率较小的土壤上, 而电阻率较大的多岩石土壤被雷击中的机会很少。这是因为土壤电阻率较小的区域很容易积累大量与雷云相反的异性电荷。

闪电通道的电阻很小, 当雷云底部的电荷与地面感应的异性电荷中和达不到维持电流时, 雷击过程便结束了。当雷击位置发生在电阻率较小的土壤上时, 由于地面积累的异性电荷多, 雷云电荷被中和得比较彻底, 雷电流就很大。当雷击位置发生在电阻率较大的多岩石土壤上时, 由于地面积累的异性电荷少, 雷云电荷就会有一部分不能中和掉, 因此雷电流就小[1]。

电阻率较大的多岩石土壤电阻率分布一般很不均匀, 各部分的感应电荷也会多少不等, 有些电阻率很高的地方甚至很难产生感应电荷。如果雷击发生在其中某块电阻率稍低的地方, 雷电流自然会向电阻率低的地方发展。当这块土壤的感应电荷即将中和完毕, 闪电通道还未中断时, 整个雷云电场实际上就加在了这块土壤上。由于这块土壤周围是电阻率比较高的土壤或岩石, 阻隔了雷电流向周围电阻率低的地方发展, 如果雷电不能击穿这层阻挡层, 雷击过程就会结束;如果雷电能击穿这层阻挡层, 就会在阻挡层留下雷击的破坏痕迹。随着雷电流幅值的增大, 土壤电阻率的影响亦加强。通常连续放电最容易在土壤电阻率高的地区发生, 在下行先导接近高土壤电阻率地区地面的过程中, 地面感应电荷不易迅速集中, 难以提供足够大的上行迎面先导, 其地闪的主放电电流也较小, 且易于形成连续放电。而土壤电阻率低的地方, 如粘土、泥炭、耕地和河塘等区域, 易于迅速集聚大量地面感应电荷, 地闪时雷电流相对较大, 因而线路感应过电压比较高, 易于造成线路雷击事故, 危害性较强。

因此, 土壤电阻率的测量和分析, 对雷电灾害风险区划的制定、防雷装置的设计、雷灾灾害的调查鉴定具有极其重要的意义。

二、桐乡区域内土壤电阻率的测量及分析

土壤电阻率一般取每边长为10mm的正方体的电阻值为该土壤电阻率ρ, 单位为Ωm。在进行土壤电阻率测量之前, 宜先了解土壤的地质期和地质构造。

土壤电阻率的测量方法有:土壤试样法、三点法 (深度变化法) 、两点法 (西坡Shepard土壤电阻率测定法) 、四点法等, 本次测量采用四点法, 使用多功能接地电阻测试仪MI2127。

测量方法:将小电极埋入被测土壤呈一字排列的四个小洞中, 埋入深度均为b, 直线间隔均为a。测试电流I流入外侧两电极, 而内侧两电极间的电位差V可用电位差计或高阻电压表测量。如图1所示。设a为两邻近电极间距, 则以a, b的单位表示的电阻率ρ为:

当测试电极入地深度b不超过0.1a, 可假定b=0, 则计算公式可简化为:ρ=2πaR[2]。

我们在采用等距法 (四点法) 测量时, 为达到数据准确, 改变了三种不同的a值进行测量, a值分别取5m、10m、20m。在桐乡市区域内平均分布选取了56个测点, 为达到数据的准确性, 我们选天气比较干燥的11月份对土壤电阻率进行测量, 因桐乡市区域内土壤结构主要为粘土和壤土, 故而取修正系数为1.4[3]。根据测量数据绘制土壤电阻率基线图, 如图1所示。

桐乡市为长江三角洲平原的一部分, 境内地势低平, 无一山丘, 大致东南高、西北低, 略向太湖倾斜, 平均海拔5.3米。桐乡市土壤电阻率基线图中, 深色区域代表土壤电阻率较低, 浅色区域代表土壤电阻率较高。从图中可以看出, 桐乡市区域内石门镇、河山镇及屠甸镇、高桥镇、崇福镇、大麻镇土壤电阻率相对较小, 其中, 屠甸镇、高桥镇、崇福镇、大麻镇自东往西呈递降趋势。

三、桐乡区域土壤电阻率的分布研究对地闪分布的影响分析

通过收集近七年来地闪数据资料, 绘制了地闪密度空间分布图, 如图2所示。

分析图2, 桐乡市梧桐街道东面、屠甸镇北面及高桥镇、崇福镇及大麻镇大部分区域为雷电地闪密度较大的区域, 桐乡市乌镇、龙翔街道、石门镇、河山镇、洲泉镇雷电地闪密度相对较小的区域。结合桐乡市土壤电阻率基线图与地闪密度空间分布图发现, 土壤电阻率较小的区域与地闪密度较大的区域有大面积的重叠, 从而印证了土壤电阻率较小的区域更容易积累雷云相反的异性电荷, 更易于为雷电的放电创造条件。

四、结语

影响雷云地闪分布的因素很多, 有一定的复杂性, 本文通过对桐乡市区域内土壤电阻率的科学测量及分布研究, 并结合桐乡市地闪密度空间分布图, 客观验证了土壤电阻率为影响雷云地闪的关键因素之一。同时, 土壤电阻率分布数据及地闪密度数据对桐乡市雷电灾害风险区划的制定、防雷装置的设计、雷灾灾害的调查鉴定等都具有重要的参考指导意义。

参考文献

[1].陈渭民.雷电学原理[M].北京:气象出版社, 2008

[2].梅卫群、江燕如.建筑防雷工程与设计[M].北京:气象出版社, 2009