远距离照明综合保护装置_大学毕业设计说明书(编辑修改稿)

远距离照明综合保护装置_大学毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

自动调节；（ 3）保护装置动作时间较长。 其他的漏电保护方式 、三相半波整流直流检测式 附加电源直流检测式漏电保护由于其电容电 流的补偿是静态补偿，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运行过程中都能达到最佳补偿的状态，从而降低了保护的安全性。 此外，如果在运行过程中出现严重的过补偿，远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 16 页 也并不安全。 这些现象的存在都是由于电网对地电容的存在，是三相电网交流成分不能完全消除。 这就需要考虑一种全新的保护方法来弥补附加电源直流检测式保护的不足。 三相半波整流直流检测式漏电保护就是利用三个整流二极管将三相电网的交流电流变为可检测的直流电流而构成保护。 二极管的存在消除了电容的影响，其原理电路如后 图 33 所示。 图 33 三相半波整流直流检测式漏电保护 图 33 中，三个整流管 1D 2D 3D 分别接到电网的 a,b,c 三相，另一端接在一起，成星形连接，构成人为中性点，经检测电阻 RL 或经直流继电器接地。 由于变压器的中性点绝缘，所以经三个整流管整流以后的直流电流，经检测电阻 LR 到地，再经对地绝缘电阻 ra,rb,rc后返回 电网对地的绝缘状况，同附加电源直流检测式相比，省去了附加直流电源，二极管整流后检测和利用该直流电流，即可构成直流检测式保护系统。 三相电网电压波形和整流后各相电压波形如下图（ 34）所示。 以 a 相为例，6/5~6/  t 时， a 相电压总是高于 b,c 两相电压， a 相整流管 1D 导通，而 b,c 两相则在反向电压作用下使 3D 、 2D 处在截止状态。 在整个周期里，三个二极管依次 导通。 现以a 相为例，研究其电压的变化。 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 17 页 图 34 三相半波整流直流检测式漏电保护电网及各相电压波形图 在 6/5~6/  t 范围内， a 相 1D 导通，电流经 a 相， 1D 大地， ra‖ rb 后电阻回到电网，此时，虽然 b,c 两相对地绝缘电阻相等，但电流瞬时值不同，为求得该电流的平均值，先要求出各相平均电压： a 相平均电压： lalalaaUtUttdUU)c o s(23)(s in22/36/5 6/6/56/  b 、 c 相平均电压为： lalalacbUUtdtUUU)()3/2s i n (22/3 6/5 6/   lalaacab UUUU )]([  (34) 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 18 页 对于 127v 电网， laU =127v 则负载 RL（检测电阻）上的平均电流： lablabL Rr URrcra UI  2/// (35) 这与附加直流电源检测式漏电保护的原理公式类似，（参见式 33）。 随着绝缘电阻的降低， lI 别便不断增加，当其数值达到动作值时，漏电保护装置动作达到保护目的。 这种保护方式构成的漏电保护装置结构简便，由于直接将电网电流变成直流加以检测，就省去了直流附加电源，而获得了与直流检测式相同的保护特性。 此外，由于它具有较高的直流电压，所以能够比较准确真实地反映电网的绝缘水平。 这种保护方式的主要缺点在于动作值受电源电压波动的影响较大，同时对整流管的反向电压要求较高。 因此，它一般用于电压较低的地方，如 127v 网络。 断线故障的分析和保护 断线故障时井下另一种常 见故障。 由于井下环境恶劣，工作场地狭窄，供电电缆被砸断，扯断，脱空的现象常有发生。 而人们往往对断线故障不够重视。 因为当电网中某处发生单相，两相甚至三相全断故障时，断线处前部分的灯依然亮着，故而不太引起人们的注意。 但是，断线处无人注意，带电的断头裸露在巷道中，造成了严重的事故隐患。 因此，我们很有必要对断线故障作分析讨论，并研究其保护方法。 目前，断线故障还未能引起应有的重视，很多供电系统没有设置断线保护，独立的断线保护系统还未有较系统地研究。 而实际上，断线保护没有必要单独设置，它可以与漏电保护综合在同一装置中。 断线故障时至三相电网中发生一相，两相或三相线路中断的故障。 发生断线时，线路中的电压，电流将发生变化。 本设计要将漏电，断线保护结合在一起，因此，我们来讨论一下漏电保护电路中当电网发生断线时检测电流和检测电压的变化，研究一下如何在实验漏电保护的同时能实现对断线故障的保护。 看一下，图 31 直流检测式保护电路，由式 31， 32，我们知道检测电流为： 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 19 页   rR UzrR jdRjRRlR UzIzsk3 发生单相断线时，如 ra=∞， rb=rc=r， 则： r rcrbra /1/1/1 1  =r/2 发生两相断线时， ra=rb=∞ ,rc=r,则： r =r 发生三相断线时： r =∞； 而正常时： r =r/3 也就是说，发生断线时 r 将增大。 实际上，绝缘电阻 r 值是很大的，一次往往检测不出来。 我们常用 三个电阻构成人为的中性点接地系统，如 图 35 所示， 图 35 人为中性点接地 这样，发生断线时， r 的变化就可以引起较明显的检测信号的变化而达到检测目的。 利用三相半波整流构成的直流检测式断线保护回路如下图 36 所示。 井 D1~D3 整流后， fzR 上的检测电压 fZU = iU 加在运放下的反相输入端，运放的同相输入端接一个正的参考电位 NV。 构成一个比例放大电路。 调节 1R 的阻值，是正常时 NV = iV ，则有： （ NV iV ） / 1R =（ NV 0V ） / 3R 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 20 页 即： 0V =[ NV / 3R （ iV NV ） / 1R ]= NV 图 36 断线保护电路 而断线时， iV ＜ NV ，则 0V 值增大，达到一定程度时，直流继电器 ZJ 吸合，其常开或常闭触点断开主回路，是系统断电，停止运行，从而达到保护的目的。 该保护电路可加在漏电保护回路中与之构成综合的漏电 断线一体化保护电路。 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 21 页 第四章 漏电、断线保护一体化电路设计 设计思路 通过前面几章的讨论与分析，我们已经知道了几种漏电，断线保护方法。 而在生产实际中需要的是具有多种保护功能的综合性的保护装置。 本设计的任务是将漏电保护和断线保护结合在一起，构成综合的漏电，断线保护一体化电路。 前面对漏电的讨论，当系统发生漏电故障（对照明电网，多为单相漏电）时，对地绝缘电阻上的电流将发生变化，如某点处电压的升（降），将此电压引到一个比较电路，使之与基准电压，及绝缘电阻下降到危险值以下时对应的电压相比较，当电压变化到高（低）与基准值时，使相应的继电器动作跳闸，达到保护目 的。 当电路中发生断线故障，检测电压也将发生变化，很明显，断线时检测电压的变化与漏电时正好相反。 这就需要设计一种综合的电压取样电路，使之能兼顾反映两种变化。 电路的设计既要能使保护装置对两种故障都能保护，又要能使操作人员能直观的，迅速地做出判断。 后面的设计就是要体现这种设计思想。 下面具体介绍电路的组成，性能和原理。 电路及原理分析 性能介绍 根据设计思想，我们先要画出保护电路原理框图，以便以后为指导设计各部分电路。 设计原理框图如下：（图 41） 图 41 设计原理图 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 22 页 由原理框图可知，本电路保护回路部分有指示回路，稳压电源，综合取样电路，鉴别电路，终端电路，执行电路等几部分组成。 综合取样电路和鉴别电路兼顾漏电保护和断线保护，使之一体化。 供电性能 供电电压为井下照明电网低压 127v 三相；照明变压器 ,4kvA 通用。 求达到的保护性能 a) 送电前的漏电闭锁 漏电闭锁是在低压网络中，对电动机，照明网络及其供电电缆的绝缘水平进行合闸前的监视。 漏电闭锁保护能使有故障的供电回路不投入工作。 根据《煤矿安全规程》（ 1980年）规定：“井下低压电网应装设带有漏电闭锁的检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置。 ”根据这项规定，本设计带由漏电闭锁能力。 动作整定值为： Rg≤ 5 k。 b) 送电后的漏电跳闸 动作整定值为： Rg≤ 5 k。 c) 对于断线故障，同样要求在送电前有断线闭锁功能，送电后有断线跳闸功能。 d) 对于负荷侧任意出发生漏电故障或断线故障，保护电路均能反映并可靠地动作。 本设计为了提高可靠性和实用性，在电路中采用了电压跟随电路。 因 为在实际运行中有供电电压和系统电压的波动。 本设计照明网络首 端的供电电压允许有177。 10%额定电压的波动。 同时要求照明网络末端电压不应低于 50%额定电压。 保护原理 本设计的漏电保护采用传统的三相半波整流直流检测式保护方式。 综合取样电路采用三个二极管对地构成直流检测环节，通过取样电压的变化来反映漏电，断线故障的发生。 故障信号送鉴别回路。 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 23 页 故障鉴别回路利用集成运算放大器构成电压比较器电路，通过取样电压与基准电压比较来控制保护元件（继电器）的动作。 同时利用 555 定时器电 路完成动作的自锁，以保证可靠动作。 各种故障信号由取样电路送至鉴别回路后，经确认后，继电器得电，其常闭接点打开，从而断开交流接触器 CJ 电磁线圈的电源， CJ 断点跳闸，从而实现保护。 同时相应指示灯亮，指示回路应能互锁，以便于正确指示何种故障发生，给维修工作带来方便。 利用终端电路，使得不论网络何处发生断线，漏电，保护回路均能作出反映并动作。 稳压电源采用三端集成稳压器，输出 +15v 直流电压，供整个保护装置电子线路用。 为了提高保护性能，增加保护动作的可靠性，在电路中特增置了漏电信号跟随电路，使供电电压在波动177。 10%额定电压的情况下，仍能够可靠地动作。 各部分电路介绍与原理分析 整个保护电路是有主控电回路，控制回路和保护回路三个大部分组成。 下分别介绍： 主回路 主回路由隔离开关 1k，一次熔断器 1RD， 2RD，主变压器 ZB，二次熔断器 3RD， 4RD，交流接触器 CJ 常开接点 CJ1~3 等元件组成。 完成整个照明网络和保护系统的供，停电功能。 如下图所示：（图 42） 图 42 主供电回路 主变压器 ZB 选择： 660（ 380） /127v,Y,△ /Y 接 ,4kvA 通用 a、熔断器选择： 远距离照明综合保护装置 _大学 毕业设计说明书 第 24 页 查《煤矿电工手册》第 5 册中关于低压熔断器选择的规定，根据着名变压器一次侧额定电流选择一次熔断器 1RD， 2RD 额定电流为 1NI =15A 所配装熔体的额定电流由下式确定： KTrINF ~ = 1NI 对于 380/127v 照明变压器： KTr= 故： AINF 615* ~  所以： 1RD， 2RD 选用 RL115 型螺旋式熔断器，额定电压 500v，所装熔体额定电流6A。 同理可得到二次熔断器 3RD， 4RD 参数为：选用 RM1060 型封闭管式熔断器，额定电压 250V，额定电流 60A，所装熔体额定电流 15A。 b、交流接触器 CJ 选用： CJ1020 交流接触器，额定电压 127V，额定电流 20A，隔离开关 1K 选用： HZ10/E 160TH组合开关。 控制回路 控制回路由交流接触器线圈 CJ，送电按钮 QA，停电按钮 TA，直流继电器常闭接点1 1J ，交流接触器常开接点 4CJ ，熔断器 RD 等元件组成，是保护电路作用于主回路的具体的执行电路。 用来控制系统的正常送电和故障停电，控制回路如下图所示：（图 43） 装置通入运行时，首先闭合 1K，使 ZB， KB（控制变压器，见后文“保护回路”）有电工作。 当 127V 网络，即负荷侧无故障时，按压送电按钮 QA，则常开接点 1QA 闭合，回路接通， CJ 得电，此时 4CJ 闭合， 1TA 为常闭接点；从而使回路实现自保。 同时，主回路中 3~1CJ 闭合，负荷侧得电，系统开始运行。 在保护回路中的。