漏電保護器在海洋平臺的應用

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，海洋平臺作為油氣采集、臨時存儲及簡單處理的重要場所，其危險性極大。同時，受日曬雨淋、鹽霧侵蝕、用電設備緊湊及操作空間狹小等諸多因素的影響，海洋平臺的電氣安全一直存在著隱患。為了避免海洋平臺電氣安全事故的發(fā)生，需要根據海洋平臺的環(huán)境特點，因地制宜地選擇供配電系統接地型式，并選擇相應的接地保護方式。

1 海洋平臺配電系統的特點

低壓配電系統分TN系統、TT系統及IT系統3種形式。每種接地形式的低壓配電系統都有其自身的優(yōu)缺點和適用范圍。設計工作者應該根據作業(yè)場所的環(huán)境條件、用電設備的特點和用電要求等因素加以具體選擇。當前，海洋平臺一般選用IT系統供電，這是由其自身的特點決定的：1）海洋平臺遠離陸地，對不間斷供電的要求高。例如，平臺的消防設施和緊急逃生設施就不允許斷電；2）海洋平臺環(huán)境惡劣，鹽霧和潮濕容易使用電設備和供電線路的絕緣受損，出現接地故障。

2 海洋平臺手持式和移動式用電設備漏電保護問題

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

2）海洋平臺手持式和移動式用電設備接地故障分析

（1）單相接地故障

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

在低壓配電系統中，用電設備的一相絕緣擊穿，使其設備外殼帶電。當單相接地故障電流Id=Ia+Ib≥30mA時，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。此時在用電設備處安裝漏電保護器是唯一的解決方法。

（2）異相接地故障

當發(fā)生單相接地故障時，另外兩相對地電壓升高，電氣設備的絕緣要求承受較高的電壓，可能會導致絕緣破壞使故障進一步擴大，造成異相接地故障的發(fā)生。根據《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-1995中的第4.4.14條：IT系統外露可導電部分可用共同的接地極接地，亦可個別地或成組地用單獨的接地極接地。

當外露可導電部分為共同接地，則發(fā)生第二次異相接地故障時，故障回路的切斷應符合TN系統接地故障保護的要求。

海洋平臺是鋼結構體，本身就是導體，相當于用電設備外露可導電部分共用接地極接地。當發(fā)生異相接地故障時，故障回路的切斷應符合TN系統接地故障保護的要求。按照規(guī)范要求，在TN系統中，手持式和移動式用電設備應設置漏電保護器。

3 漏電保護器的工作原理

漏電保護器是一種電流動作型漏電保護，它適用于中性點接地的TN系統和TT系統，也適用于對地電容較大的中性點不接地的IT系統。漏電保護器主要由3部分組成：檢測元件（零序電流互感器）、中間環(huán)節(jié)（作用是對來自零序互感器的漏電信號進行放大和處理，并輸出到執(zhí)行機構）、操作執(zhí)行機構（接收中間環(huán)節(jié)的指令信號，實施動作，自動切斷故障處的電源）。

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，漏電保護器所保護的電路中沒有人身觸電及漏電等接地故障時，三相負荷電流和對地漏電流基本平衡，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生的磁通向量之和也為零，即：ΦA+ΦB+ΦC=0，這樣在TA的二次線圈中就沒有感應電勢輸出，漏電裝置不動作。

當電路中發(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生的磁通向量之和不為零，即ΦA+ΦB+ΦC≠0，這樣在TA的二次線圈中就有一個感應電動勢，此信號進入中間環(huán)節(jié)，如果達到漏電保護器的整定值，使勵磁線圈通電，驅動斷路器，立即切斷供電電源，達到防觸電保護的目的。

4 結論

已往海洋平臺的電氣設計中，對于手持式和移動式用電設備的配電保護，基本沒有或很少裝設漏電保護器。更有一些設計者認為，在海洋平臺的IT供電系統中手持式和移動式用電設備沒有必要裝設漏電保護器。從上述看來，這種想法只是考慮了其中的一個方面，是片面的、有害的。

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

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

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