漏電保護(hù)器在海洋平臺(tái)的應(yīng)用

宿淑嬌，張 龍

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

2.中海油能源發(fā)展有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300452

0 引言

在海洋石油及天然氣開采過程中，海洋平臺(tái)作為油氣采集、臨時(shí)存儲(chǔ)及簡(jiǎn)單處理的重要場(chǎng)所，其危險(xiǎn)性極大。同時(shí)，受日曬雨淋、鹽霧侵蝕、用電設(shè)備緊湊及操作空間狹小等諸多因素的影響，海洋平臺(tái)的電氣安全一直存在著隱患。為了避免海洋平臺(tái)電氣安全事故的發(fā)生，需要根據(jù)海洋平臺(tái)的環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜地選擇供配電系統(tǒng)接地型式，并選擇相應(yīng)的接地保護(hù)方式。

1 海洋平臺(tái)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

低壓配電系統(tǒng)分TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)及IT系統(tǒng)3種形式。每種接地形式的低壓配電系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。設(shè)計(jì)工作者應(yīng)該根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所的環(huán)境條件、用電設(shè)備的特點(diǎn)和用電要求等因素加以具體選擇。當(dāng)前，海洋平臺(tái)一般選用IT系統(tǒng)供電，這是由其自身的特點(diǎn)決定的：1）海洋平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，對(duì)不間斷供電的要求高。例如，平臺(tái)的消防設(shè)施和緊急逃生設(shè)施就不允許斷電；2）海洋平臺(tái)環(huán)境惡劣，鹽霧和潮濕容易使用電設(shè)備和供電線路的絕緣受損，出現(xiàn)接地故障。

2 海洋平臺(tái)手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備漏電保護(hù)問題

1）海洋平臺(tái)手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備發(fā)生接地故障一般有以下原因：（1）手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備由于需要頻繁移動(dòng)，電纜與用電設(shè)備的接頭容易松脫，使相線碰設(shè)備外殼而發(fā)生接地故障；（2）手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備在使用過程中電纜反復(fù)彎曲，使芯線部分折斷，刺破電纜絕緣與外部可導(dǎo)電部分接觸而發(fā)生接地故障。

2）海洋平臺(tái)手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備接地故障分析

（1）單相接地故障

國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC4.79(電流通過人體的效應(yīng))確定，通過人體的交流50Hz電流不超過30mA時(shí)，人體不會(huì)因發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)而死亡，它與人體潮濕程度、接觸電壓高低沒有直接關(guān)系。大多數(shù)海洋平臺(tái)低壓配電系統(tǒng)接地型式一直沿用中性點(diǎn)不接地的IT系統(tǒng)，這樣如果發(fā)生直接觸及單相帶電導(dǎo)體、單相接地或者間接觸電故障時(shí)，單相接地故障電流為另外兩相對(duì)地電容電流的向量和，通常兩相對(duì)地電容電流的向量和很小，即故障電流很小，這種情況下不會(huì)構(gòu)成電擊危險(xiǎn)，因此也可以不切斷供電電源。但是，隨著海洋平臺(tái)用電設(shè)備的增多，電力電纜線路隨之增多，電容電流相應(yīng)的增大，發(fā)生故障時(shí)單相接地電流也隨之增大。如果用電設(shè)備的外殼沒有可靠接地或者接地線斷開時(shí)，單相接地故障電流只能通過人體形成回路，當(dāng)通過人體的交流50 Hz電流超過30mA時(shí)，人體就可能會(huì)因發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)而死亡。

在低壓配電系統(tǒng)中，用電設(shè)備的一相絕緣擊穿，使其設(shè)備外殼帶電。當(dāng)單相接地故障電流Id=Ia+Ib≥30mA時(shí)，就超過了人體能承受的交流電流安全閥值，一定要立即切斷供電以確保安全。此時(shí)在用電設(shè)備處安裝漏電保護(hù)器是唯一的解決方法。

（2）異相接地故障

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，另外兩相對(duì)地電壓升高，電氣設(shè)備的絕緣要求承受較高的電壓，可能會(huì)導(dǎo)致絕緣破壞使故障進(jìn)一步擴(kuò)大，造成異相接地故障的發(fā)生。根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-1995中的第4.4.14條：IT系統(tǒng)外露可導(dǎo)電部分可用共同的接地極接地，亦可個(gè)別地或成組地用單獨(dú)的接地極接地。

當(dāng)外露可導(dǎo)電部分為共同接地，則發(fā)生第二次異相接地故障時(shí)，故障回路的切斷應(yīng)符合TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)的要求。

海洋平臺(tái)是鋼結(jié)構(gòu)體，本身就是導(dǎo)體，相當(dāng)于用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分共用接地極接地。當(dāng)發(fā)生異相接地故障時(shí)，故障回路的切斷應(yīng)符合TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)的要求。按照規(guī)范要求，在TN系統(tǒng)中，手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備應(yīng)設(shè)置漏電保護(hù)器。

3 漏電保護(hù)器的工作原理

漏電保護(hù)器是一種電流動(dòng)作型漏電保護(hù)，它適用于中性點(diǎn)接地的TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，也適用于對(duì)地電容較大的中性點(diǎn)不接地的IT系統(tǒng)。漏電保護(hù)器主要由3部分組成：檢測(cè)元件（零序電流互感器）、中間環(huán)節(jié)（作用是對(duì)來自零序互感器的漏電信號(hào)進(jìn)行放大和處理，并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)（接收中間環(huán)節(jié)的指令信號(hào)，實(shí)施動(dòng)作，自動(dòng)切斷故障處的電源）。

三相線A，B，C穿過零序電流互感器，零序電流互感器的副邊線圈接中間環(huán)節(jié)及脫扣器。

在正常情況下，漏電保護(hù)器所保護(hù)的電路中沒有人身觸電及漏電等接地故障時(shí)，三相負(fù)荷電流和對(duì)地漏電流基本平衡，由基爾霍夫電流定律知道，流過零序電流互感器TA的一次線圈電流的相量和約為零，即IA+IB+IC=0

因此，各相線電流在零序電流互感器鐵心所產(chǎn)生的磁通向量之和也為零，即：ΦA(chǔ)+ΦB+ΦC=0，這樣在TA的二次線圈中就沒有感應(yīng)電勢(shì)輸出，漏電裝置不動(dòng)作。

當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障，回路中有漏電電流流過，這時(shí)穿過TA的三相電流向量和不等于零，其相量和為漏電電流，即I△=IA+IB+IC≠0。因此，各相線電流在零序電流互感器鐵心所產(chǎn)生的磁通向量之和不為零，即ΦA(chǔ)+ΦB+ΦC≠0，這樣在TA的二次線圈中就有一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此信號(hào)進(jìn)入中間環(huán)節(jié)，如果達(dá)到漏電保護(hù)器的整定值，使勵(lì)磁線圈通電，驅(qū)動(dòng)斷路器，立即切斷供電電源，達(dá)到防觸電保護(hù)的目的。

4 結(jié)論

已往海洋平臺(tái)的電氣設(shè)計(jì)中，對(duì)于手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備的配電保護(hù)，基本沒有或很少裝設(shè)漏電保護(hù)器。更有一些設(shè)計(jì)者認(rèn)為，在海洋平臺(tái)的IT供電系統(tǒng)中手持式和移動(dòng)式用電設(shè)備沒有必要裝設(shè)漏電保護(hù)器。從上述看來，這種想法只是考慮了其中的一個(gè)方面，是片面的、有害的。

[1]陳振生.配電系統(tǒng)的接地與漏電保護(hù)器的配置技術(shù).電氣開關(guān)，2003（5）：17-21.

[2]何亨文，諶承志.IT供電系統(tǒng)及其漏電保護(hù).礦山機(jī)械，2004（1）：58-60.

[3]任元會(huì)，卞鎧生，姚家袆.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國電力出版社，2005：923-925.