磁力起動器的漏電保護畢業(yè)論文

1、論文題目：磁力起動器的漏電保護專 業(yè)：電氣工程及其自動化本 科 生： 沈少峰 （簽名） 指導教師： 高 赟 （簽名） 摘要：簡述了漏電的概念、產生原因、危害、對漏電保護的研究，分析對比了漏電保護的原理、分析了電網單相接地故障時零序電流分布情況，得出了采用零序電流方向保護原理來選線的方案。以零序電流和電壓相位的關系作為漏電選線的直接依據，實現了對電網漏電的選擇性保護。該方法不需要快速傅立葉分析、計算有功功率等復雜的設計運算，簡化了設計，使系統(tǒng)具有簡單，判斷迅速，靈敏的特點。選擇性漏電保護是指當電網發(fā)生漏電故障時，能夠有選擇地發(fā)出故障信號或切斷故障支路電源申范圍，不便于尋找漏電故障而非故障部分繼續(xù)

2、土作。從而減小故障停電范圍，便于尋找漏電故障，縮短漏電停電時間，提高了供電的可靠性。關鍵詞： 漏電 、零序電流 、零序電流方向保護原理、供電可靠性目錄第一章 緒論11.1引言11.2選題背景21.3課題研究意義21.4產生漏電的原因31.5井下低壓電網發(fā)生漏電的危害41.6選擇性漏電保護的發(fā)展現狀51.7漏電保護的要求51.8本文的主要研究內容及工作任務7第二章 漏電保護原理92.1附加電源直流檢測式漏電保護92.1.1保護原理92.1.2動作值整定112.1.3評價112.2零序功率方向式漏電保護122.2.1保護原理122.2.2動作值整定142.2.3評價152.3旁路接地式漏電保護16

3、2.3.1保護原理162.3.2故障相的選擇方法172.3.3評價172.4其他漏電保護方式簡介172 4.1利用3個整流管的漏電保護172.4.2序零電壓式漏電保護182.4.3零序電流式漏電保護182.4.4自動復電式漏電保護18第三章 漏電保護的硬件設計213.1漏電保護原理的分析213.2硬件的設計223.2.1信號的采集233.2.2漏電信號采集、處理單元電路243.2.3變壓器253.2.4互感器263.2.5單相橋式整流電路273.2.6單片集成穩(wěn)壓電源283.2.7雙電壓比較器電路lm39330第四章 調試32第五章 總結33致謝34參考文獻35附錄1 漏電信號采集、處理電路3

4、6附錄2 信號的采集和直流穩(wěn)壓電源37附錄3 英文譯文38譯文38原文410第一章 緒論磁力起動器（又稱電磁起動器），是由交流接觸器和熱繼電器組裝在鐵殼內，與控制按鈕配套使用的起動器。用以對籠型電動機作直接起動或正反轉控制。電磁起動器中的的熱繼電器起過載保護作用。接觸器兼起欠壓和失壓保護作用。配以帶熔絲的閘刀開關作隔離開關后，又有了短路保護。如果配的熱繼電器帶有斷相保護裝置，則電磁起動器還起斷相保護作用。這樣，電磁起動器就有了較完善的保護功能。智能磁力起動器主要用于煤礦井下一些小型設備,控制電機的啟動和停止，如小水泵、風扇和小型刮板運輸機等,作為短路保護。1.1引言 漏電的定義：在電力系統(tǒng)中，

5、當帶電導體對大地的絕緣阻抗降低到一定程度，使經該阻抗流入大地的電流增大到一定程度，我們就說該帶電導體發(fā)生了漏電故障，或者說該供電系統(tǒng)發(fā)生了漏電故障。流入大地的電流，叫做漏電電流。日常所見到的架空線路離地面很高，但空氣也是一種絕緣物質，對電有一定的絕緣電阻，加上沿線對地的分布電容，所以正常時帶電的架空導線上也有微小的泄漏電流經空氣人地，不過其數值很小，一般可以忽略不計，這種現象不能稱作漏電故障。電纜線路和各種電氣設備與架空線路一樣，正常運行時也有微小的泄漏電流人地，同樣不能說它們發(fā)生了漏電故障。具體地，當人地電流由于某種原因增大至數十毫安、數安培甚至數十安培時，線路或電氣設備就可能已發(fā)生了漏電故

6、障。當入地電流增大至數百安培及以上時，它又超出了漏電故障的范圍，進人過流(短路)故障的范圍。 漏電電流與正常的泄漏電流之間沒有嚴格的界限，這種界限還與電網的結構、電壓等級、中性點接地方式等因素有關。漏電保護裝置的動作值往往就是這種界限的標志;同樣，漏電電流與短路電流之間也沒有嚴格的界限，而過流保護裝置的動作值往往就是這種界限的標志。 在中性點直接接地的低壓供電系統(tǒng)中，如果一相帶電導體直接與大地接觸，這時流入地中的電流通過大地，接地極、供電變壓器繞組及導線構成回路，由于元件的阻抗都很小，因而回路中將產生很大的電流，可達數百、數千安培，此時，有關的過流保護裝置將動作，切斷故障線路的電源。這種故障不

7、屬于漏電故障的范圍，通常稱之為單相接地短路。但是，若在該系統(tǒng)中發(fā)生一相帶電導體經一定數值的過渡阻抗接地(如人體電阻等)，人地電流就小多了，其值常不足1a，此時過流保護裝置根本不會動作，而漏電保護裝置則應該動作，所以說，這種故障又屬于漏電故障的范圍。 在中性點絕緣(不接地)的低壓系統(tǒng)中，若發(fā)生一相帶電導線直接或經一定的過渡阻抗接地，則流人地中的電流只能通過電網三相對地電容和對地絕緣電阻而與變壓器中性點構成回路。由于電網對地阻抗很大，故入地電流也常不足1a，過流保護裝置不動作，這種情況屬于漏電故障。至于中性點經高阻抗接地或經消弧線圈接地的供電系統(tǒng)，其情況與中性點絕緣的供電系統(tǒng)類似，只是人地電流稍大

8、一些，當發(fā)生一相帶電導線直接或經一定的過渡阻抗接地時，都屬于漏電故障。 對于目前國內井下廣泛采用的變壓器中性點絕緣的供電系統(tǒng)，漏電故障的明確定義:在中性點絕緣的供電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地(包括直接接地和經過渡阻抗接地)或兩相、三相對地的總絕緣阻抗下降到危險值的電氣故障就叫做漏電故障，簡稱漏電。顯然，在這種供電系統(tǒng)中，人身觸及一相帶電導體的情況，屬于單相經過渡阻抗接地，對人來說是發(fā)生了觸電，對整個供電系統(tǒng)來說就是發(fā)生了漏電。 漏電的種類：根據煤礦井下電網的實際情況，漏電故障可分為集中性漏電和分散性漏電兩類。所謂集中性漏電，是指發(fā)生在電網中某一處或某一點、而其余部分的對地絕緣水平仍然正常的漏電。所謂

9、分散性貓電，是指整條線路或整個電網的對地絕緣水平均勻下降到低于允許水平的漏電。集中性漏電又分為長期集中性漏電、間歇集中性漏電和瞬間集中性漏電3種類型。長期集中性漏電是指電網中的某一設備或電纜，由于某種原因使絕緣擊穿或帶電導體碰殼而造成的漏電故障，如果沒有相應的保護裝置，或者保護裝置拒動，這種漏電故障將長期存在。間歇性漏電，一般指電網內某臺設備的負荷端，如磁力起動器負荷側的電纜和末端的電動機，由于某種原因使絕緣擊穿、帶電導體碰殼而發(fā)生的漏電故障，這種漏電故障的存在與磁力起動器的停、送電狀態(tài)有關，如果磁力起動器合閘，這部分線路就發(fā)生漏電，如果磁力起動器分閘，其漏電故障就消失。瞬間集中性漏電，主要指

10、人員或其他接地的導體偶爾觸及設備的帶電部分后，立刻又擺脫或分開的情況。1.2選題背景漏電保護是保證煤礦井下安全供電的三大保護(保護接地漏電保護和過流保護)之一，是防止人身觸電的重要措施。我國礦井下的工作環(huán)境比較潮濕，相對濕度往往高達95%以上，為此，對其使用的電氣設備和電纜的絕緣提出較高的要求。盡管如此運行中的電氣設備及其供電電纜，由于工作環(huán)境惡劣，漏電現象時有發(fā)生。因此，裝設漏電保護裝置對礦井安全生產尤為重要主要體現在：(1)防止漏電流引燃瓦斯和煤塵，當空氣中的瓦斯?jié)舛仍?%15%，氧氣濃度適當，并遇上點火源時，便會引起爆炸。電纜與其他井下電氣設備相比更易受損。當電纜受損后，由于絕緣被破壞，

11、便有漏電流。漏電流就有可能成為點火源。由于瓦斯的可能點燃能量很低，僅為0.28mj。因此，及時有效的漏電保護裝置可降低漏電流引燃瓦斯、煤塵的可能性。(2)防止漏電流燒損電氣設備對于高壓電路，由于電網分布電容大、電壓高、漏電流大。因此，漏電流的長期存在可燒毀電氣設備。尤其是橡膠電纜，如果單相 漏電故障不及時處理，則其漏電流可能會使電纜的絕 緣受損而發(fā)展成兩相短路，使故障事態(tài)擴大。對低壓電 路，由于漏電流小，一般漏電流不能直接燒毀電氣設備。但是由于漏電流長期存在，電氣設備局部發(fā)熱使其絕緣局部老化加劇，必將大大縮短電氣設備的壽命，而漏電保護則使電網不可能長時間地存在漏電流。因此，可有效地防止漏電流燒

12、損電氣設備。1.3課題研究意義我國煤礦井下低壓電網的中性點全部為不接地方式，漏電是井下低壓電網的主要故障形式之一，約占其總故障的70%左右，它不但會導致人身觸電事故，還會形成單相接地，進而發(fā)展成為相間短路，由此引發(fā)的電弧會造成瓦斯和煤塵爆炸。漏電保護的原理和裝置的種類較多，但從適用于井下低壓電網的漏電保護原理來看，目前主要有以下幾種：附加直源檢測保護原理、零序電壓保護原理、旁路接地式保護原理、零序電流大小及零序電流方向保護原理。前三種保護原理為 非選擇性漏電保護，供電電網的任何地方出現漏電故障，保護裝置即動作并切除整個工作面電網，且無法確定故障支路。后兩種保護原理為選擇性漏電保護，可以判斷出故

13、障支路，有選擇地將故障支路切除。但是，隨著礦井規(guī)模的擴大，供電系統(tǒng)復雜性的提高，對漏電保護提出了更高的要求。因此，研究選擇性漏電保護理論與技術應用對礦井安全生產具有重要意義。 本論文的研究對象是井下中性點不接地的低壓電網系統(tǒng)，研究重點主要放在 發(fā)生單相漏電故障時。通過對中性點不接地低壓電網的漏電分析，提出基于零序電流方向保護原理的的選線漏電保護方案，實現礦井低壓電網的選擇性漏電保護。1.4產生漏電的原因 井下低壓供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電的原因，大致有以下幾個方面。(1) 電纜或電氣設備本身的原因敷設在井下巷道內的電纜，由于井下環(huán)境潮濕，且運行多年，其絕緣老化或潮氣人侵，引起絕緣電阻下降，使正常運行時

14、系統(tǒng)對地的絕緣阻抗偏低而發(fā)生漏電。在這種供電系統(tǒng)中，還會因偶然的過電壓沖擊，使絕緣水平較低處發(fā)生擊穿，產生集中性漏電。 開關設備長期使用，接線板潮濕可能造成漏電;其內部元件(主要是控制變壓器、接觸器、繼電器、線圈等)或導線，因某種原因使絕緣惡化、導線頭碰殼也會造成漏電;自動饋電開關中的過流繼電器，當調整螺桿擰得過低時也會因相對地放電而造成漏電。 長期使用的電動機，工作時發(fā)熱膨脹，繞組有一定的范性形變，停機后冷縮而形成縫隙，井下潮氣、煤塵容易侵人，久而久之，就會因絕緣受潮、繞組散熱不良等原因使絕緣材料變質、老化而造成漏電。此外，電動機內部接頭脫落，使一相導線接觸金屬外殼而產生的漏電也較常見。 (

15、2)因施工安裝不當引起漏電電纜施工接線錯誤，如誤將相線與地線相接，通電后就會發(fā)生漏電;橡套電纜接頭違反施工工藝要求，如采用了“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭等，這些接法都破壞了橡套的絕緣，在井下潮氣的侵蝕下易發(fā)生漏電，此外，這些接法的機械強度都較低，容易被拉斷而造成漏電。電纜與設備連接時，由于芯線接頭不牢，封堵不嚴、壓板不緊，運行或移動時造成接頭脫落或接頭松動，使相線與金屬外殼直接搭接而漏電，或者是因接頭發(fā)熱過度使絕緣損壞而漏電口橡套電纜懸掛方法違反規(guī)定，采用鐵絲或銅絲懸掛，時間一長因橡套強度低使鐵絲或銅絲嵌人絕緣層內，接觸芯線而產生漏電。井下并道狹窄，油浸紙絕緣愷裝電纜在巷道內敷設或進出俐室時

16、轉彎非常不便。從保護絕緣的愿望出發(fā)，要求電纜在轉彎或盤繞時，其曲率半徑不得小于電纜外徑的15倍，否則就容易把電纜內部的絕緣層折裂;但是在實際敷設時人們很少注意這一要求，或是現場情況無法滿足這一要求，因而使電纜的絕緣層受損，運行時間一長，就可能發(fā)生漏電。開關或其他電氣設備的內部接線錯誤，或接線頭松脫碰殼，當合閘通電時便發(fā)生漏電。(3)因管理維護不當引起漏電由于管理不嚴，電纜被埋壓或脫落浸泡于水溝中。電纜被埋壓后其熱量不易散發(fā)，時間一久將使絕緣老化而漏電;電纜浸泡于水中，由于受井下水的酸性侵蝕及滲透作用，也會使絕緣因受潮而漏電。電氣設備長期過負荷運行造成絕緣老化損壞而漏電。電動機因長期被煤石堵塞風

17、道，造成通風不良而發(fā)熱使絕緣老化受損而漏電。對已受潮或遭水淹的電氣設備，未經嚴格的于燥處理和對地絕緣電阻、耐壓試驗，又投人運行，極有可能發(fā)生漏電或其他電氣故障。(4)因維修操作不當引起漏電井下巷道狹窄，環(huán)境較暗，工人工作時勞動工具(鍬、鎬、釬等)易將電纜割傷或碰傷，造成漏電。此外，采掘機械移動時，由于司機人員照顧不到，使供電電纜受到拉、擠、壓、絞等作用，也可能造成漏電。在并下進行冷、熱補橡套電纜和澆灌電纜接頭時，由于線芯連接不牢固、絕緣膠澆灌不均勻，以及硫化熱補或冷補質量低劣、故在運行期間芯線接頭容易發(fā)熱，使油和絕緣膠往外滲漏，嚴重時就會產生漏電。開關設備檢修后，殘留在開關內的線頭、金屬碎片等

18、未能清掃干凈，或將小零件與電工工具等忘在開關內，如果這些東西碰到相線，送電后就會發(fā)生漏電。修理電氣設備時，由于停送電操作錯誤、帶電操作或施工不慎，可能造成人身觸及一相而漏電。開關分、合閘時，由于滅弧機構有故障，造成電弧熄滅困難，電弧接觸外殼而漏電。此外，當發(fā)生漏電而切斷總電源后，為尋找漏電支路而分別強行送電也是造成重復漏電的原因。(5)因意外事故引起漏電井下電纜常因頂板失落、礦車出軌、支柱傾倒等意外機械事故所損傷而導致漏電。井下電纜因短路故障造成局部對地絕緣損壞，當處理短路故障后未經對地絕緣電阻側定而恢復送電時，就會發(fā)生漏電。大氣過電壓沿下共電纜人侵，擊穿其對地絕緣而發(fā)生漏電。1.5井下低壓電

19、網發(fā)生漏電的危害 煤礦井下低壓電網大部分在采區(qū)，環(huán)境條件惡劣，又是工人員和生產機械比較集中的地方，電網若發(fā)生漏電，將導致危險。 (1)人身觸電當電氣設備因絕緣損壞而使外殼帶電，而工作人員又接觸此外殼時，就會導致人身觸電事故，此時人地電流的一部分將要從人體流過，其數值大到一定程度就會造成工作人員的傷亡。工作人員觸及刺破橡套電纜外護套而暴露在空氣中的芯線是一種更加嚴重的人身觸電，此時，入地電流絕大部分流經人體，因而對工作人員的危險性更大。(2)引起瓦斯及煤塵爆炸我國大部分煤礦都有瓦斯和煤塵爆炸的危險，當井下空氣中瓦斯或煤塵達到爆炸濃度且有能量達到d. 28 m1的點火源時，就會發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸。

20、井下的點火源大都是電火花，而漏電所產生的電火花則占有相當的比例，當電網發(fā)生單相接地或設備發(fā)生單相碰殼時，在接地點就會產生電火花，若此電火花具有足夠的能量，就可能點燃瓦斯和煤塵。(3)燒損電氣設備，引起電火災長期存在的漏電電流，尤其是兩相經過渡電阻接地的漏電電流，在通過設備絕緣損壞處時將散發(fā)出大量的熱，使絕緣進一步損壞，甚至使可徽性材料(如非阻燃性橡套電纜)著火燃燒。在井下，“雞爪子鉀接頭處所用的絕緣膠布就容易著火燃燒。(4)引起短路事故據統(tǒng)計，約有3a%的單相接地故障發(fā)展為短路的原因是很簡單的。長期存在的漏電電流及電火花使漏電處的絕緣進一步損壞，最后危及相間絕緣而造成短路。(5)產重影響生產按

21、規(guī)程要求，一旦電網發(fā)生漏電，就必須停電處理，因而嚴重影響生產，降低煤礦企業(yè)的經濟效益。漏電故障的處理少則數小時，長則達幾個班次，有的工作面幾乎每班都發(fā)生漏電停電事故。另一方面，停電使局部通風機停轉，通風惡化，瓦斯積聚，反過來又威脅了礦井的安全。1.6選擇性漏電保護的發(fā)展現狀漏電保護的主要目的是通過切斷電源的操作來防止人身觸電傷亡和漏電 電流引爆瓦斯煤塵。我國對漏電保護的研究是從煤礦井下低壓電網的漏電保護開 始的，至今已有四十余年的歷史。四十年的實踐證明，它對我國礦井安全供電發(fā) 揮了巨大的作用 。它已成為我國礦井安全供電的不可缺少的組成部分。正因為它在安全供電方面作用重大，因此，漏電保護已陸續(xù)在

22、各行各業(yè)的供電網中安家落戶。早在20世紀30年代，英國就在磁力啟動器中裝設了漏電保護裝置，但這種漏電保護裝置只適用于變壓器中性點直接接地的供電系統(tǒng)。由于變壓器中性點 直接接地供電系統(tǒng)在供電安全方面顯示出它的一些弱點，這種供電系統(tǒng)后來在 礦井電網中被逐漸淘汰。1949年前蘇聯(lián)開始研制中性點不接地供電系統(tǒng)使用的 漏電保護裝置(pyb型防爆漏電繼電器)，采用的是附加直流源的原理。同時，西德、波蘭、日本等國也先后開發(fā)出適合于本國礦井供電系統(tǒng)的漏電保護裝置。我 國在20世紀50年代初，引進了蘇聯(lián)的漏電保護裝置，并在礦井中推廣應用。同時進行了仿制，形成jy82型隔爆檢漏繼電器產品，一直延用到80年代末，甚

23、至有的礦井現在還在使用。隨著煤炭生產機械化程度的提高，這種產品就逐漸不能 適應生產的要求。因此，60年代我國自行設計和生產了jl80,jl82型隔爆檢漏繼電器。70年代又研制生產了jjkb30型隔爆檢漏繼電器，隨著科學技術的發(fā)展 和礦井電網電壓等級的升高，我國自行研制了多種類型的漏電保護裝置。選擇性的漏電保護是指當電網發(fā)生漏電故障時，能夠有選擇地發(fā)出故障信號 或切斷故障支路電源。選擇性漏電保護系統(tǒng)是漏電保護技術的發(fā)展趨勢，是防止人身觸電的重要保護措施。它可以保證只切除漏電故障線路和設備，非故障部分繼續(xù)工作，減小故障停電范圍，而且便于尋找漏電故障，縮短漏電停電時間，提高供電的可靠性。選擇性漏電保

24、護作為一門綜合性學科隨著科學技術的進步在不斷地發(fā)展。1.7漏電保護的要求井下的空氣潮濕，空間狹窄，盡管在選擇電氣設備和電纜時對其絕緣性能及等級做了嚴格要求，運行的電氣設備及其供電電纜漏電和單相接地的可能性仍然很大;特別是工作面的電纜，由于移動、被砸、碰、擠壓的機會較多，極易損壞，漏電的可能性就更大。一旦發(fā)生漏電，就可能導致人身觸電、火災、爆炸，相間短路導致事故擴大等惡性事故，所以，井下許多供電設備規(guī)定應裝設漏電保護裝置。磁力啟動器是礦井供電系統(tǒng)中控制電動機的電控設備，其性能優(yōu)劣直接關系著電動機運行的可靠性和安全性。從漏電保護種類、性能及相關因素對磁力啟動器的要求出發(fā)，對現有漏電保護方式進行詳細

25、分析。漏電保護裝置必須具備下列性能，保障系統(tǒng)的可靠性、安全。(1)可靠性：漏電保護裝置的任務是保障供電安全，因此保護動作應可靠，不拒動，也不誤動作，也就是說一旦具有動作條件，保護裝置應可靠動作，而條件不具備時則不動作。這樣才能提高供電系統(tǒng)的本質可靠性，縮短采礦、運輸等工程的停工時間，防止事故蔓延，限制故障的破壞范圍.(2)選擇性：對設備對地漏電或線路單相接地保護要具有選擇性，也稱動作的選擇性。即按規(guī)定的時限僅切斷漏電設備或故障線路，并且在故障狀態(tài)及故障狀態(tài)以后，不向非損壞接線開關發(fā)出切斷指令。有了選擇性功能以后，在被保護范圍以內的故障就能及時地被發(fā)現，防止了向事故設備或線路再送電，而在被保護范

26、圍以外或無漏電故障時，保護裝置不動作，從而提高了可靠性和安全性.(3)靈敏性：保護裝置的靈敏性(也稱靈敏度)是指對被保護電氣設備可能發(fā)生的故障和不正常的運行方式的反應能力。為了使保護裝置在故障時能起到保護作用，要求保護裝置應有較好的靈敏性。由于靈敏性用靈敏度系數來表示，它決定于在被保護范圍內金屬性接地時接地電流的計算值與保護裝置動作電流值的比值。對于反映中性點絕緣的架空網絡為1.5。電纜網絡為:1.25。變壓器低壓側為1.25-1.5。接地電流的計算值是在基頻電流條件下根據最不利的故障形式來確定的。針對網絡可能發(fā)生的狀態(tài)，保護裝置的靈敏度以大于2為宜，因為在這種條件下，保護裝置所處的狀態(tài)不僅能

27、反映金屬性接地故障，而且還能反映接觸電阻接地故障，其中單相接地電流的數值比金屬性接地電流的數值要小，而且與網絡的電容值有關.(4)快速性：快速切除短路故障可以減輕電流對電氣設備的破壞程度，加速恢復供電系統(tǒng)正常運行的過程，減小對用戶的影響。要求對于礦井lokv電壓的配電線路，整個切斷時間不應超過0.2秒，實際上配電設備開關實際切斷時間以及保護裝置的動作時間之和可能大于0.2秒，這樣就達不到保護效果。為減少動作時間，要求保護裝置不應過于復雜，必要時甚至可以通過犧牲保護裝置的可靠性達到這一點.(5)自檢性：自檢性功能是指在任何時間和條件下，保護裝置都能對本身的各個環(huán)節(jié)及單元的完好情況進行自檢，以保證

28、漏電保護裝置能時刻有效地對被保護對象的漏電故障進行監(jiān)測和保護。目前國內外絕大多數的漏電保護裝置均具備此功能。對配電要求不高的場合應盡量少使用此功能，甚至簡化不用.(6)閉鎖性：漏電閉鎖環(huán)節(jié)是保護網絡在送電前發(fā)生漏電或運行中發(fā)生接地故障跳閘后均能閉鎖，不允許在故障狀態(tài)下合閘送電，以免故障范圍擴大.1.8本文的主要研究內容及工作任務本論文的研究對象是井下中性點不接地的低壓電網系統(tǒng)，研究重點主要放在發(fā)生單相漏電故障時。通過對中性點不接地低壓電網的漏電分析，提出了基于附加直流電源檢測和零序電流方向的漏電保護判據。將選擇性漏電保護理論應用于漏電保護裝置之中。根據實驗室條件進行了漏電保護原理的實驗 。本文

29、通過對漏電保護原理的認識，模擬漏電故障時產生的零序電流和零序電壓，設計選擇性漏電保護裝置的硬件電路。設計了零序電流和零序電壓采集，處理和比較，對故障情況輸出電平信號，實現對漏電的保護。第二章 漏電保護原理漏電保護的主要目的是防止人身觸電和漏電電流引爆瓦斯煤塵，對于中性點不接地的供電單元，漏電保護有多種方式，如附加電源直流檢測式、零序功率方向式、人為旁路接地式、自動復電式等等。本章討論各種漏電保護的原理、整定方法，分析其基本電路的工作原理，并進行評價。在目前國內外技術水平的條件下，只靠一種保護方式已不能構成針對一供電單元的完善的漏電保護系統(tǒng)。2.1附加電源直流檢測式漏電保護2.1.1保護原理電網

30、若發(fā)生漏電故障，最容易檢側到的是電網各相對地絕緣電阻的下降?？梢栽O想在三相電網中附加一獨立的直流電源，使之作用于三相電網與大地之間，這樣，在三相對地的絕緣電阻上將有一直流電流流通，該電流大小的變化直接反圖2-1附加電源直流檢測式漏電保護原理應了電網對地絕緣電阻的變化，有效地檢側和利用該電流，就可以構成附加電源直流檢測式漏電保護。這種設想的電氣原理圖如圖2-1所示。直流電源uz:通過由三相電抗器sk所組成的人為中性點(也可以通過變壓器中性點n)加在三相電網與地之間，直流電流iz由電源正極流出人地，經絕緣電阻、進人三相線路，再由三相電抗器sk.零序電抗器lk、千歐表k (直流毫安表)和直流繼電器z

31、j返回電源負極。對于穩(wěn)定的直流，電容、和電網對地電容ca,cb, cc相當于開路，不會有電流流過，因而iz可由下式求得，即 式中：-附加直流電源電壓，v; -三相電抗器每相線圈的直流電阻，: -零序電抗器的直流電阻，; -直流繼電器線圈的支流電阻，; -接地電阻，; -、并聯(lián)后的總電阻，即對于直流回路，相當于三相電網各相對地的絕緣電阻并聯(lián)。若一相如a相)絕緣電阻降低，其余兩相為正常或無限大，則=，若a, b兩相絕緣電阻同時降低，且=r，而c相都為正?；驘o限大，則 =r/2;若三相絕緣電阻同時下降，且=r,則=r/3在公式(2-1)中，很小(2)可以忽略，而、和均為定值，若令=+/3為保護裝置(

32、或檢漏繼電器)的內阻，則該式可化簡為 當和一定時，直流繼電器zj和千歐表中的電流值將隨著的值變化，在zj被選定后，其動作電流是已知的，因此，當下降到一定程度(漏電故障發(fā)生)，使得電流時，zj便會動作，其常開或常閉接點將接通自動饋電開關的分勵脫扣線圈，或斷開其無壓釋放線圈，使自動饋電開關跳閘，而達到漏電保護的目的。2.1.2動作值整定作為直流檢測型的漏電保護裝置(或繼電器)，它的動作值應能直接反映電網對地的絕緣狀態(tài)，所以不能以zj的動作電流來作為動作值，而必須以為動作值并加以整定。由于人身安全電流為30ma，故的整定一定要滿足人身觸電電流30ma的條件。我國井下低壓電網現行的直流檢測型漏電保護繼

33、電器的動作電阻值如表2一1所示。表2-1漏電保護的動作電阻值井下低壓供電單元的對地電容主要取決于電纜的長度、截面、絕緣材料的厚度和電介質的性質，而長度的變化是最大的，電纜總長度越長，電網對地電容越大，容抗越小，但電網對地容抗的大小并不能表明它是否有漏電故障。因此，這種保護方式的動作電阻值，不應受電網對地阻抗不平衡的影響，在設計保護電路時，應設法不讓交流電流通過直流繼電器zj。圖2-1中的就是為此而設置的。聯(lián)接在零序電抗器lk與大地之間，構成電網對地的交流通路，因電網對地阻抗不平衡而產生的交流電流(零序電流)被旁路入地，不再通過zj;另一方面，具有隔直的功能，它本身并不影響zj的正常工作，故常稱

34、為隔直電容。2.1.3評價 附加電源直流檢測式漏電保護具有以下優(yōu)點: 保護全面，它的保護范圍幾乎能覆蓋整個低壓供電單元，惟一不能保護的是一段數米長的并下動力變壓器低壓側至總低壓開關的電纜。此外，這種保護方式的動作無死區(qū)，故障跳閘不受故障類型(對稱的或不對稱的)和發(fā)生的時間、地點的影響。 對整個供電單元具有電容電流補償，漏電電流和人身觸電電流較小，等于人為地減輕了故障程度。 保護裝置為一單獨的防爆型電氣設備、在電氣聯(lián)接上僅與總開關有連接線，因而不增加供電單元的復雜程度。 這種保護裝置與供電單元中各分組饋電開關、磁力起動器中的漏電閉鎖單元一起，可以構成一個簡單易行、可靠性高、成本低廉且易于查找故障

35、支路的漏電保護系統(tǒng)。 動作值整定簡單，數值固定而且能直接反應電網對地的絕緣狀況.易于為現場維修人員所接受。 附加電源直流檢測式漏電保護的缺點如下: (1)保護無選擇性，即在供電單元內無論何處發(fā)生漏電，都將引起總開關跳閘，停電范圍大。在保護系統(tǒng)中雖有各處漏電閉鎖的配合，但恢復正常部分尤其是遠離總開關的配電點等的供電仍需一定時間和工人操作。 (2)電容電流補償是靜態(tài)補償，電感電抗值調定以后就不能隨電網對地電容的變化而自動變化，因而不能保證在整個生產過程都達到最佳補償狀態(tài)，降低了保護的安全性。此外，若對電網可能的最大電容調節(jié)在最佳補償狀態(tài)，一旦運行的變化使電容值降低，便會出現過補償，也并不安全。 (

36、3)保護裝置的動作時間較長，當1k時，動作時間大于50ms，再加上自動開關的固有分閘時間100200 rns，故使人的觸電時間較長，以30ma s的標準要求，觸電電流應在100ma及以下，因而又加重了電容電流補償的負擔。(4)這種保護方式對電動機斷電后加于電網上的反電勢的危害無能為力。根據實測，井下較大容量的660v電動機在斷電后1s時的反電勢仍達125v以上，故可能對工作人員造成傷害。2.2零序功率方向式漏電保護2.2.1保護原理圖2-2放射式供電單元單相接地時的零序電流分布在中性點不接地的放射式電網中，如果某一支路發(fā)生不對稱漏電故障或人身觸電事故，則所有的支路都將有零序電流(主要是電容電流

37、)流過，漏電電流或人身觸電電流。便等于這些零序電流的總和，即等于3。如圖22所示，從電源的母線往負荷端看，流過故障支路的零序電流，不僅大小而且方向都和非故障支路不同。在故障支路中流過的是各非故障支路零序電流之和，而各非故障支路中流過的只是本支路的零序電流，因而必小于前者。利用裝設在各支路的零序電流互感器來反應各支路零序電流的大小，可以做到有選擇性的漏電保護，這就是利用零序電流幅值的保護原理。當r時，流過故障支路的零序電流由下式決定，即式中-故障支路每相對地電容值。另一方面，故障支路零序電流的方向是由線路流向母線，而各非故障支路的零序電流方向則由母線流向線路并入地，二者的相位基本上是相反的，當電

38、網對地電阻r為無限大時發(fā)生單相直接接地故障，二者的相位就恰好相差180前者滯后零序電壓90，后者超前零序電壓90。利用故障支路和非故障支路零序電流的方向不同也可以做到有選擇性的漏電保護，這就是利用零序電流方向的保護原理。要判明電網中故障時各支路零序電流的方向(相位)，必須要有一個相位不隨支路號數而變的參量作為參照，或者說是基準，這個參量就是零序電壓。電網發(fā)生不對稱漏電故障而產生的零序電壓是在故障點出現的3個大小相等、相位相同的電壓，它們分別作用到三相電網的每一相上，即分布在整個電網中，在變壓器中性點處則是3個電壓的并聯(lián)，所以不論在供電單元的任何地方。如變壓器中性點、各支路的人為中性點、負荷中性

39、點等處測得的零序電壓都是大小相等、相位相同的，這就為利用零序電壓的相位為基準來判斷零序電流的方向(相位)創(chuàng)造了有利的條件。利用零序電壓的大小也可以實現漏電保護，但沒有選擇性。利用零序電流或零序電壓的幅值大小來判斷保護的供電單元內是否發(fā)生漏電，同時利用各支路的零序電流與零序電壓的相位關系來判斷，而后動作，有選擇地切除放障支路的電源。這種保護方案就稱為零序功率方向式漏電保護，簡稱方向保護。它之所以稱為“零序功率”，是因為它同時利用了零序電流和零序電壓兩個參量(不一定是幅值相乘的關系)的緣故，實際上是借用了地面功率方向過流保護的稱呼。方向保護的原理如圖2-3所示。當電網中某支路發(fā)生漏電故障或人身觸電

40、事故時，由取樣電路分別從電網中取出琴序電壓和各支路的零序電流信號，經放大整形后，由相位比較電路來判別故障支路，最后啟動執(zhí)行電路，切斷故障支路的電源，從而實現了有選擇性的漏電保護。就是對零序電壓和零序電流進行幅值和相位綜合處理以判斷故障支路，進而切除故障支路電源的原理。零流取樣零壓取樣放大整形相位比較執(zhí)行電路圖2-3零序功率方向式漏電保護原理2.2.2動作值整定 利用零序電流的大小來整定方向保護，首先要確定符合實際的電網對地電容數值范圍，因它對零序電流的大小影響最大;其次，還要確定是否要在電網中設置附加接地電容器組，因它增加了對地電容的數值。 實測數據表明，井下660v供電單元，對于固定式礦用變

41、壓器，其容量最大為320kva，低壓電網總長度一般不超出2.5km，每相對地電容不大于0.8uf;對于移動變電站，目前低壓為66ov的最大容量為500kva，雖然可能采用屏弊型電纜引起對地電容的增加，但其低壓電網總長度常小于1km，故實際每相對地電容亦未超過1uf。根據實測數據再考慮附加三相電容器組的增值，就可以確定每相對地電容的變化范圍。 采用方向保護是否需要在電網中設置附加接地電容器組，能否設置零序電感支路來補償對地電容電流，目前還有一些不同的看法。下面分析設置附加電容器組的必要性。 采用方向保護若不在供電單元總開關處設置接地電容器組，則有以下問題: (l)由于流過故障支路零序電流互感器的

42、零序電流是總的零序電流與故障支路本身的零序電流之差，故當供電單元只剩下一條支路運行恰又發(fā)生漏電故障時，保護裝置不動作。 (2)在混合式供電單元中，若較長的干線發(fā)生略小于整定值的漏電，而其他短支路的對地電容又遠小于該干線時，則實際渡過零序電流互感器的零序電流就非常小，只能達到幾個毫安，這種數量級的電流很容易被電網參數不對稱、保護元件參數誤差及其他干擾而引起的零序電流所淹沒，因而無法鑒別。事實上，如果保護裝置作到能靈敏地反應10ma及以下的零序電流，則其誤動率將明顯增加而難以使用。 (3)對于不設附加接地電容而設電容電流補償電路的方案，則會使以下兩種動作死區(qū)的范圍擴大。雖然多采用欠補償，但因供電單

43、元是一隨生產情況而變化的動態(tài)電網，當運行支路減少到一定程度時，靜態(tài)的欠補償就可能變?yōu)橥耆a償甚至過補償。這樣不僅使保護裝置有可能取不出零序電流信號，而且使零序電流的相位又增加了一個變化的因素，使相位的比較鑒別更加困難。所以，在采用方向保護的電網中設置電容電流補償電路是不可取的。附加接地電容器組的每相取值原則是:應不小于供電單元中最長一條線路的每相對地電容值，因而根據大多數實際供電單元的情況可取為0.20.25uf/相。至此我們可以確定各相對地電容c的合理范圍為0.251.25uf具體的零序電流動作值整定數據，一般要考慮與傳統(tǒng)的直流檢測式漏電保護動作電阻值相適應，因此對于660v電網可取為35m

44、a左右。這一整定值相當于在c=0.251.25uf,r情況下，電網單相對地電阻降至1011k之間，漏電保護裝置動作。關于動作值整定的幾點討論(1)虛設整定值的概念35 ma零序電流動作整定值，表面上看是比較適宜。但實際上對保護裝置來說是一虛值。從供電單元的整體概念講。上述整定的具體含義是:當電網總的零序電流達到35 ma時，應立即切斷故障支路的電源。在三相對地電容相等的情況，相當于電網發(fā)生經1011k電阻接地的臨界漏電故障，這與直流檢測式漏電保護的動作電阻值基本吻合。但在工程實際上，裝于各支路上的零序電流互感器只能反應流經本支路的零序電流，具體地說，流過故障支路的零序電流是總的零序電流與故障支

45、路本身零序電流之差，因而當保護裝置動作時，實際流過零序電流互感器的零序電流必小于前面所確定的35ma動作值。最不利的情況是:在放射式電網中，其他支路均未送電或支路極短，僅有一條較長支路在運行中發(fā)生漏電，其對地電容又恰達到電網附加電容的數值。此時流過故障支路的零序電流將等于17.5ma.所以前面所定的35ma動作值實際上是虛設整定值。(2)真實整定值的選擇根據上面的分析，似乎只需將整定值改為17.5ma,就可以將虛設整定值變?yōu)檎鎸嵳ㄖ?，其實不然，這就是方向保護動作值整定的復雜所在。隨著生產過程的變化，供電單元為一動態(tài)電網，其電網長度經常發(fā)生變化，從而使電網的r, c值也發(fā)生變化，嚴重影響真實整

46、定值的確定，尤其是c的變化對總的零序電流影響更大。在另一極端，當在一很短的支路上發(fā)生漏電故障時，流過故障支路的零序電流就近似等于總的3整定為17.5ma,相應的單相接地過渡電阻值已超出20k，細算為21.5k左右。為了照顧變化的兩個極端，真實整定值對于660v電網可整定為20ma，它相當于虛設整定值的數值范圍4020ma，亦即電網正常時發(fā)生單相經919k電阻接地，保護裝置動作。相應的動作電阻值不固定而且變動范圍較大是采用零序功率方向式漏電保護的一大缺點。顯然，當發(fā)生單相接地或人身觸電時，通過故障支路的零序電流將遠超過20ma，保護裝置必然可靠動作。雖然真實動作值20ma是固定的，即只要該支路零

47、序電流達到20ma保護裝置就動作，但在不同的參數組合下，相應的動作電阻卻各不相同，其范圍為919k。而且,在有的情況下雖然rg已達10k或9.5k,卻因故障支路的零序電流達不到20ma而不動作;有的情況下雖然rg還遠高于11k，如17、18k等，卻因故障支路的零序電流已超出20ma而動作。如何縮小動作電阻值的范圍，很值得作進一步的研討。2.2.3評價 零序功率方向式漏電保護具有以下優(yōu)點: (1)保護有較強的橫向選擇性，當支路發(fā)生漏電時，停電范圍很小;在有提高安全性的措施后，設置延時環(huán)節(jié)可使保護還具有縱向選擇性。 (2)由于沒有三相電抗器、零序電抗器等大型元件，故保護裝置易于插件化，裝設于開關或

48、起動器的隔爆外殼內，不需另加隔爆型電氣設備，有利于構成縱、橫向都有選擇性的漏電保護系統(tǒng)。 (3)這種保護方式既可在變壓器中性點不接地的供電系統(tǒng)中使用，又可以在中性點接地的供電系統(tǒng)中使用。 零序功率方向式漏電保護的缺點如下: (1)只能保護如單相漏電、人身觸電和兩相漏電等不對稱漏電故障，對三相對地阻抗均勻下降等對稱性漏電故障不起保護作用，亦即保護有死區(qū). (2)由于不能設置電容電流補償電路，而要設置附加接地電容器組，故增加了電網的對地電容值，使得漏電電流和人身觸電電流增大，降低了安全性。因此，這種保護方式只能與動作速度快的真空型開關相配合才能保證安全性。 (3)單純設置延時環(huán)節(jié)來達到縱向的選擇性

49、，將使安全性進一步降低。 (4)動作電阻值不固定，雖然保護裝置的真實動作值固定為20 ma，但隨著電網參數的變化和故障點的不同，相應的動作電阻值將有較大的變化范圍，這使得設計和調試保護電路都比直流檢測式漏電保護復雜。 (5)保護裝置對斷電后電動機反電勢對人身的危害無能為力。單純采用方向保護來構成漏電保護系統(tǒng)其綜合指標將低于原直流檢蕩式漏電保護系統(tǒng)。2.3旁路接地式漏電保護2.3.1保護原理 前面介紹的兩種漏電保護方式有一個共同的缺點，即對發(fā)生人身觸電斷電后電動機反電勢和電網電容儲能對人體的危害無能為力，因此有必要探索新的保護方式。運行中的電動機突然被切斷電源后，由于機械慣性，電機轉子在短時內將

50、繼續(xù)轉動，其鐵芯剩磁切割定子線圈而產生反電勢，即電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)，向電網饋送電能，但因本身得不到能源供應，故一般在數秒至數十秒內衰減為零。根據實測105kw電動機在660v和1140v電網中切除時的反電勢如表2-2所示。表22 105kw電動機斷電后的反電勢 可見，即使是負荷率較高，電動機斷電后1s時的反電勢仍大于l00v，因而會對人身造成危害;此外，反電勢加到漏電處所產生的電火花也足以引燃瓦斯煤塵，斷電后作用于人體的電流除電動機反電勢外，還來自電網對地電容所儲存的電荷對人體的放電。這兩種因素得即使有檢漏繼電器也并不能完全確保人身及并下的安全。采用旁路接地式漏電保護在一定條件下可以解決上

51、述問題。旁路接地漏電保護的基本依據是:在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相漏電并不影響電網線電壓的對稱性，整個電網仍可以帶負荷運行。它的基本設想是;當電網發(fā)生單相漏電或人身觸及一相時，由選相電路選出故障相并由執(zhí)行電路使故障相直接接地(通過預設的接地極)，此時人地電流絕大部分經旁路接地極人地，而漏電處的電流或人身觸電電流則變得很小;接著開關跳閘，切除電源，而瞬間產生的電容放電與電動機反電勢均被旁路，對人身無危害?，F有的一些旁路接地式漏電繼電器和實驗裝置，能在30ms以內使故障相可靠接地(井下接地網)，并使通過人身的電流降到10ma甚至5ma及以下，因而提高了漏電保護系統(tǒng)的安全性。2.3.2故障相的選擇方

52、法正確地選出故障相是實現旁路接地的技術關鍵，目前比較可靠的選相方法有兩種:一種是自然選相法，即利用故障相電壓最低的特點選擇故障相;另一種是移相疊加選相法。2.3.3評價 旁路接地式漏電保護具有以下優(yōu)點: (1)保護有較高的安全性，當發(fā)生人身觸電時，能在3050ms內將人身觸電電流降至510ma及以下;當發(fā)生單相漏電時能顯著減小漏電處的入地電流，因而限制了裸露的漏電電火花能量。 (2)在一定條件下能有效地削弱斷電后電動機反電勢和電網電容儲能對觸電人員的危害:對反電勢和電容向漏電點的饋送能量，也有同樣的削弱作用。 (3)保護范圍全面，只要單相漏電或人身觸電發(fā)生在供電單元內，保護就會動作，旁路分流能

53、作用于供電單元的任何處所。 旁路接地式漏電保護的缺點如下:(1)對故障種類的反應能力不全面，只能保護人身觸及一相和=定范圍內的單相漏電，對其他種類的漏電故障不起保護作用。因此，它不能單獨構成一漏電保護系統(tǒng)。(2)保護無選擇性。(3)準確地選出故障相在技術上有一定的難度，最低幅值選相法不能適應電網參數和故障程度的變化，只能在一定的條件下采用;移相疊加選相法效果較好，但電路較復雜。(4)動作值的整定亦有一定的難度，并存在與其他保護方式配合協(xié)調的問題。2.4其他漏電保護方式簡介2.4.1利用3個整流管的漏電保護圖2-4利用3個整流管的漏電保護的原理 (1)3個整流管da、db、dc分別接到電網的a,

54、b,c三相，另一端聯(lián)接在一起(星形聯(lián)接)，并經繼電器或負載電阻接地。由于變壓器的中性點不接地，經3個整流管整流以后的直流電流，必須流經大地電網對地的絕緣電阻、才能返回電源，所以該電流的大小就直接反應了電網對地的絕緣狀況，利用檢測該電流的大小，可以構成這種方式的漏電保護。 (2)特點及應用這種保護方式構成漏電保護裝置結構簡單，不需要另設直流電源，即可獲得直流檢測式漏電保護所具有的保護特性。此外，由于它具有較高的直流電壓，所以能夠較真實地反應電網的絕緣水平。動作值受電源電壓波動的影響較大和對整流管的反向電壓要求較高(2.5)是這種保護方式的缺點，因此它只在電壓較低的地方使用，如在127v煤電鉆綜合

55、保護中采用構成.2.4.2序零電壓式漏電保護 利用漏電時零序電壓的大小來反應電網對地的絕緣程度，當零序電壓大到一定程度，就使饋電開關跳閘，這就是零序電壓式漏電保護的原理。這種方式的漏電保護有很多缺點，如動作電阻值不固定，無選擇性，不能保護對稱性漏電故瘴，只能在變壓器中性點非直接接地的電網中等，因而一般只用于6kv及以上電網的絕緣監(jiān)視裝置中。2.4.3零序電流式漏電保護 如果電網中發(fā)生了非對稱性漏電故障，就必然會產生零序電壓，此時如果存在零序回路，則在回路將出現零序電流。該電流可以用零序電流互感器檢測出來，并加以利用，使繼電器動作，這就是零序電流式漏電保護的原理。 利用各支路零序電流的方向不同，

56、可以實現放射式電網的橫向選擇性漏電保護。零序電流式漏電保護既可以在中性點不接地系統(tǒng)中使用，也可以在中性點接地系統(tǒng)中使用。目前利用零序電流的大小和方向所構成的選擇性漏電保護裝置，已成功地用于煤礦660kv電網的漏電保護。 動作電阻值不固定，不能保護對稱性漏電故障及不能補償電容電流是這種保護方式的缺點。2.4.4自動復電式漏電保護 所謂自動復電，實際上就是地面供電系統(tǒng)的自動重合閘技術在井下的運用。具有自動復電功能的保護系統(tǒng)，可以減少故障停電時間，提高電網的供電可靠性，并具有選擇性。 (1)工作原理 在一個低壓供電單元中，這種選擇性自動復電漏電保護系統(tǒng)由帶重合閘的饋電開關(總開關應用真空型)，磁力起

57、動器與直流檢測式漏電保護、閉鎖、延時插件等構成。其基本保護原理是:在該供電單元中任何地方發(fā)生任何性質的漏電故障或人身觸電事故時，設在總開關處的直流檢測式漏電保護插件動作，使總開關跳閘斷電，于是單元內所有開關，起動器均失壓脫扣斷電，約經q.5。延時，各處漏電閉鎖電路投人運行，選擇性尋找故障支路，并將故障支路的開關閉鎖;而后約 1-2 s，從總開關開始逐級自動恢復其正常部分的供電。可見，這種保護方式的實質是斷電后的選擇，即漏電跳閘、選擇性復電。 (2)優(yōu)缺點 自動復電式漏電保護有以下優(yōu)點: 保護性能比較完善 由于采用直流檢惻式漏電保護而滿足了對保護系統(tǒng)全面性的要求，比單純的功率方向選擇性漏電保護優(yōu)越，不論電網何處發(fā)生什么性質的漏電故障，均能可靠的