磁力起动器的漏电保护毕业论文(编辑修改稿)

磁力起动器的漏电保护毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

不应超过 秒，实际上配电设备开关实际切断时间以及保护装置的动作时间之和可能大于 秒，这样就达不到保护效果。 为减少动作时间，要求保护装置不应过于复杂，必要时甚至可以通过牺牲保护装置的可靠性达到这一点 . (5)自检性：自检性功能是指在任何时间和条件下，保护装置都能对本身的各个环节及单元的完好情 况进行自检，以保证漏电保护装置能时刻有效地对被保护对象的漏电故障进行监测和保护。 目前国内外绝大多数的漏电保护装置均具备此功能。 对配电要求不高的场合应尽量少使用此功能，甚至简化不用 . (6)闭锁性：漏电闭锁环节是保护网络在送电前发生漏电或运行中发生接地故障跳闸后均能闭锁，不允许在故障状态下合闸送电，以免故障范围扩大 . 本文的主要研究内容及工作任务 本论文的研究对象是井下中性点不接地的低压电网系统，研究重点主要放在发生单相漏电故障时。 通过对中性点不接地低压电网的漏电分析，提出了基于附加直流电源检测和零序 电流方向的漏电保护判据。 将选择性漏电保护理论应用于漏电保护装置之中。 根据实验室条件进行了漏电保护原理的实验。 本文通过对漏电保护原理的认识，模拟漏电故障时产生的零序电流和零序电压，设计选择性漏电保护装置的硬件电路。 设计了零序电流和零序电压采集，处理和比较，对 7 故障情况输出电平信号，实现对漏电的保护。 8 第二章 漏电保护原理 漏电保护的主要目的是防止人身触电和漏电电流引爆瓦斯煤尘，对于中性点不接地的供电单元，漏电保护有多种方式，如附加电源直流检测式、零序功率方向式、人为旁路接地式、自动复电式等等。 本章讨论各 种漏电保护的原理、整定方法，分析其基本电路的工作原理，并进行评价。 在目前国内外技术水平的条件下，只靠一种保护方式已不能构成针对一供电单元的完善的漏电保护系统。 附加电源直流检测式漏电保护 保护原理 电网若发生漏电故障，最容易检侧到的是电网各相对地绝缘电阻的下降。 可以设想在三相电网中附加一独立的直流电源，使之作用于三相电网与大地之间，这样，在三相对地的绝缘电阻上将有一直流电流流通，该电流大小的变化直接反 图 21 附加电源直流检测式漏电保 护原理 应了电网对地绝缘电阻的变化，有效地检侧和利用该电流，就可以构成附加电源直流检测式漏电保护。 这种设想的电气原理图如图 21所示。 直流电源 Uz:通过由三相电抗器 SK 所组成的人为中性点 (也可以通过变压器中性点 N)加在三相电网与地之间，直流电流 Iz 由电源正极流出人地，经绝缘电阻 ar 、 br 、 cr 进人三相线路，再由三相电抗器 LK、千欧表 k (直流毫安表 )和直流继电器 ZJ 返回电源负极。 对于稳定的直流，电容 NC 、和电网对地电容 Ca,Cb, Cc 相当于开路，不会有电流流过，因而 Iz 可由下式求得，即 9 0/3s k JUzIz R R R R R r        式中： ZU 附加直流电源电压， V。 skR 三相电抗 器每相线圈的直流电阻，  : 0R 零序电抗器的直流电阻， 。 JR 直流继电器线圈的支流电阻， 。 ER 接地电阻， 。 r ar 、 br 、 cr 并联后的总电阻，即 1 1 / 1 / 1 /a b cr r r r   对于直流回路， r 相当于三相电网各相对地的绝缘电阻并联。 若一相〔如 a相 )绝缘电阻降低，其余两相为正常或无限大，则 r = ar ，若 a, b 两相绝缘电阻同时降低，且ar =br =r，而 c相都为正常或无限大，则 r =r/2。 若三相绝缘电阻同时下降，且 ar =br =cr =r,则 r =r/3 在公式 (21)中， ER 很小 (≤ 2 )可以忽略，而 JR 、 R 、 0R 和 skR 均为定值，若令R = JR +R + 0R + skR /3 为保护装置 (或检漏继电器 )的内阻，则该式可化简为 ZZ UI Rr  当 R 和 ZU 一定时，直流继电器 ZJ 和千欧表中的电流值 将随着 r 的值变化，在 ZJ被选定后，其动作电流 dzI 是已知的，因此，当 r 下降到一定程度 (漏电故障发生 )，使得电流 ZI 〉 dzI 时， ZJ 便会动作，其常开或常闭接点将接通自动馈电开关的分励脱扣线圈，或断开其无压释放线圈，使自动馈电开关跳闸，而达到漏电保护的目的。 10 动作值整定 作为直流检测型的漏电保护装置 (或继电器 )，它的动作值应能直接反映电网对地的绝缘状态，所以不能以 ZJ 的动作电流 dzI 来作为动作值，而必须以 r 为动作值并加以整定。 由于人身安全电流为 30mA，故 r 的整定一定要满足人身触电电流 maI ≤ 30mA 的条件。 我国井下低压电网现行的直流检测型漏电保护继电器的动作 电阻值如表 2一 1所示。 表 21 漏电保护的动作电阻值 井下低压供电单元的对地电容主要取决于电缆的长度、截面、绝缘材料的厚度和电介质的性质，而长度的变化是最大的，电缆总长度越长，电网对地电容越大，容抗越小，但电网对地容抗的大小并不能表明它是否有漏电故障。 因此，这种保护方式的动作电阻值，不应受电网对地阻抗不平衡的影响，在设计保护电路时 ，应设法不让交流电流通过直流继电器 ZJ。 图 21 中的 (* ~ * * )NC F F就是为此而设置的。 NC 联接在零序电抗器LK与大地之间，构成电网对地的交流通路，因电网对地阻抗不平衡而产生的交流电流 (零序电流 )被 NC 旁路入地，不再通过 ZJ。 另一方面， NC 具有隔直的功能，它本身并不影响ZJ的正常工作，故常称 NC 为隔直电容。 评价 附加电源直流检测式漏电保护具有以下优点 : 保护全面，它的保护范围几乎能覆盖整个低压供电单元，惟一不能保护的 是一段数米长的并下动力变压器低压侧至总低压开关的电缆。 此外，这种保护方式的动作无死区，故障跳闸不受故障类型 (对称的或不对称的 )和发生的时间、地点的影响。 对整个供电单元具有电容电流补偿，漏电电流和人身触电电流较小，等于人为地减轻了故障程度。 保护装置为一单独的防爆型电气设备、在电气联接上仅与总开关有连接线，因而不增加供电单元的复杂程度。 这种保护装置与供电单元中各分组馈电开关、磁力起动器中的漏电闭锁单元一起，可以构成一个简单易行、可靠性高、成本低廉且易于查找故障支路的漏电保护系统。 动作值整定简单，数值固定而且能直接反应电网对地的绝缘状况 .易于为现场维修人员所接受。 附加电源直流检测式漏电保护的缺点如下 : 11 (1)保护无选择性，即在供电单元内无论何处发生漏电，都将引起总开关跳闸，停电范围大。 在保护系统中虽有各处漏电闭锁的配合，但恢复正常部分尤其是远离总开关的配电点等的供电仍需一定时间和工人操作。 (2)电容电流补偿是静态补偿，电感电抗值调定以后就不能随电网对地电容的变化而自动变化，因而不能保证在整个生产过程都达到最佳补偿状态，降低了保护的安全性。 此外，若对 电网可能的最大电容调节在最佳补偿状态，一旦运行的变化使电容值降低，便会出现过补偿，也并不安全。 (3)保护装置的动作时间较长，当 XR ≥ 1K 时，动作时间大于 50ms，再加上自动开关的固有分闸时间 100~200 rns，故使人的触电时间较长，以 30mA178。 s 的标准要求，触电电流应在 100mA 及以下，因而又加重了电容电流补偿的负担。 (4)这种保护方式对电动机断电后加于电网上的反电势的危害无能为力。 根据 实测，井下较大容量的 660V 电动机在断电后 1S 时的反电势仍达 125V 以上，故可能对工作人员造成伤害。 零序功率方向式漏电保护 保护原理 图 22放射式供电单元单相接地时的零序电流分布 在中性点不接地的放射式电网中，如果某一支路发生不对称漏电故障或人身触电事故，则所有的支路都将有零序电流 (主要是电容电流 )流过，漏电电流 gI 或人身触电电流 12 maI。 便等于这些零序电流的总和，即等于 3 0I。 如图 2— 2 所示，从电源的母线往负荷端看，流过故障支路的零序电流，不仅大小而且方向都和非故障支路不同。 在故障支路中流过的是各非故障支路零序电流之和，而各非故障支路中流过的只是本支路的零序电流，因而必小于前者。 利用装设在各支路的零序电流互感器来反应各支路零序电流的大小，可以做到有选择性的漏电保护，这就是利用零序电流幅值的保护原理。 当 r→∞时，流过故障支路的零序电流 0I′ 由下式决定，即   0 222319 gaC C UIR C C′′′ 式中 C′ 故障支路每相对地电容值。 另一方面，故障支路零序电流的方向是由线路流向母线，而各非故障支路的零序电流方向则由母线流向线路并入地，二者的相位基本上是相反的，当电网对地电阻 r 为无限大时发生单相直接接地故障，二者的相位就恰好相差 180176。 前者滞后零序电压 90176。 ，后者超前零序电压 90176。 利用故障支路和非故障支路零序电流的方向不同也可以做到有选择性的漏电保护，这就是利用零序电流方向的保护原理。 要判明电网中故障时各支路零序电流的方向 (相位 )，必须要有一个相位不随支路号数而变的参量作为参照，或者说是基准，这个参量就是零序电压。 电网发生不对称漏电故障而产生的零序电压是在故障点出现的 3 个大小相等、相位相同的电压，它们分别作用到三相电网的每一相上，即分布在整个电网中，在变压器中性点处则是 3 个电压的并联，所以不论在供电单元的任何地方。 如变压器中性点、各支路的人为中性点、负荷中性点等处测得的零序电压都是大小相等、相位相同的，这就为利用零序电压的相位为基准来判断零序电流的方向 (相位 )创造了有利的条件。 利用零序电压的大小也可以实现漏电保护，但没有选择性。 利用零序电流或零序电压的幅值大小来判断保护的供电单元内是否发生漏电，同时利用各支路的零序电流与零序电压的相位关系来判断，而后动作，有选择地切除放障支路的电源。 这种保护方案就称为零序功率方向式漏电保护，简称方向保护。 它之所以称为“零序功率”，是因为它同时利用了零序电流和零序电压两个参量 (不一定是幅值相乘的关系 )的缘故，实际上是借用了地面功率方向过流保护的称呼。 方向保护的原理如图 23 所示。 当电网中某支路发生漏电故障或人身触电事故时，由取样电路分别从电网中取出琴序电压和各支路的零序电流信号，经放大整形后，由 相位比较电路来判别故障支路，最后启动执行电路，切断故障支路的电源，从而实现了有选择性的漏电保护。 就是对零序电压和零序电流进行幅值和相位综合处理以判断故障支路，进而切除故障支路电源的原理。 13 图 23零序功率方向式漏电保护原理 动作值整定 利用零序电流的大小来整定方向保护，首先要确定符合实际的电网对地电容数值范围，因它对零序电流的大小影响最大。 其次，还要确定是否要在电网中设置附加接地电容器组，因它增加了对地电容的数值。 实测数据 表明，井下 660V 供电单元，对于固定式矿用变压器，其容量最大为 320kV178。 A，低压电网总长度一般不超出 ，每相对地电容不大于。 对于移动变电站，目前低压为 66OV 的最大容量为 500kV178。 A，虽然可能采用屏弊型电缆引起对地电容的增加，但其低压电网总长度常小于 1km，故实际每相对地电容亦未超过 1uF。 根据实测数据再考虑附加三相电容器组的增值，就可以确定每相对地电容的变化范围。 采用方向保护是否需要在电网中设置附加接地电容器组，能否设置零序电感支路来补偿对地电容电流，目前还有一些不同的看法。 下面分析设置附加电容器组的必要性。 采用方向保护若不在供电单元总开关处设置接地电容器组，则有以下问题 : (l)由于流过故障支路零序电流互感器的零序电流是总的零序电流与故障支路本身的零序电流之差，故当供电单元只剩下一条支路运行恰又发生漏电故障时，保护装置不动作。 (2)在混合式供电单元中，若较长的干线发生略小于整定值的漏电，而其他短支路的对地电容又远小于该干线时，则实际渡过零序电流互感器的零序电流就非常小，只能达到几个毫安，这种数量级的电流很容易被电网参数不对称、保护元件参数误差及其 他干扰而引起的零序电流所淹没，因而无法鉴别。 事实上，如果保护装置作到能灵敏地反应10mA 及以下的零序电流，则其误动率将明显增加而难以使用。 (3)对于不设附加接地电容而设电容电流补偿电路的方案，则会使以下两种动作死区的范围扩大。 虽然多采用欠补偿，但因供电单元是一随生产情况而变化的动态电网，当运行支路减少到一定程度时，静态的欠补偿就可能变为完全补偿甚至过补偿。 这样不仅使保护装置有可能取不出零序电流信号，而且使零序电流的相位又增加了一个变化的因素，使相位的比较鉴别更加困难。 所以，在采用方向保护的电网中设 置电容电流补偿电路是不可取的。 附加接地电容器组的每相取值原则是 :应不小于供电单元中最长一条线路的每相对地电容值，因而根据大多数实际供电单元的情况可取为 ～。 至此我们可以确定。