漏电保护装置的设计与实现软件设计(编辑修改稿)

漏电保护装置的设计与实现软件设计(编辑修改稿)内容摘要：

作电流和动作时间调整方便、使用耐久。 但电子式漏电保护装置对使用条件要求严格，抗电磁干扰性能较差，当主电路缺相时，可能会因缺失辅助电源而丧失保护功能。 结构特征分类 （ 1）开关型漏电保护装置。 它是一种将零序电流互感器、中间环节和主要开关组合安装在同一机壳内的开关电器，通常称为漏电开关或漏电断路器。 其特点是：当检测到出点、漏电后，保护器本身即可直接切断被保护主电路的供电电源。 这种保护器有的还建有短路保护及过载保护。 （ 2）组合型漏电保护装置。 它是一种由漏电继电器和主开关通过电气连接组合而成的漏电保护装置。 当发生触电、漏电故障时，有漏电继电器进行信号检测、处理和比较，通过其脱扣器或继电器动作，发出报警信号；也可通过控制触电去操作主开关切断供电电源。 漏电继电器本身不具备直接断开 主电路的功能。 9 （ 1）固定位置安装、固定接线方式的漏电保护装置； （ 2）带有电缆的可移动使用的漏电保护装置。 按主开关的极数和穿过零序电流互感器的线数可将漏电保护装置分为：单级二线漏电保护装置、二极漏电保护装置、二极三线漏电保护装置、三极漏电保护装置、三极四线漏电保护装置和四极漏电保护装置。 其中，单级二线漏电保护装置、二极三线漏电保护装置、三极四线漏电保护装置均有一根直接穿过零序电流互感器而不能被主开关断开的中性线。 运行方式分类 （ 1）不需要辅助电源的漏电保 护装置 （ 2）需要辅助电源的漏电保护装置。 此类中又分为辅助电源中断时可自动切断的漏电保护装置和 辅助电源中断时不可自动切断的漏电保护装置。 按动作时间可将漏电 保护装置分为：快速动作型漏电保护装置、延时型漏电保护装置和反时限型漏电保护装置。 按动作灵敏度可将漏电保护装置分为：高灵敏度型漏电保护装置、中灵敏度型漏电保护装置和低灵敏度型漏电保护装置 [6]。 漏电分析 电网一旦发生漏电故障，原来三相对称的运行状态就要发生变化，绝大部分情况下其对地的对称性遭到破坏，因而 各相对地电压不再对称，并产生零序电压和零序电流等新的参数。 运用对称分量法、节点电压法及戴维南定理等理论，可以对供电单元发生漏电时的状态进行升入的定量分析，分析的结果将为设计完善可靠的漏电保护系统提供理论根据 [7]。 10 由于三相电源的中性点不接地，所以不论电网发生什么类型的漏电故障，电网的线电压将不发生变化，仍是三相对称的。 单相漏电和两相漏电均属于不对称故障，故障发生后，电网各相对地电源就不再对称，并且变压器中性点也要发生位移，产生对地电压（零序电压），如果系统中有零序回路，则在回路中有零序电流流通。 考虑到低 压电网与其各相对地的绝缘阻抗可以构成一具有一个节点的网络，故采用节点电压法来进行漏电分析较为方 便，但这种分析方法要用到的零序电压、零序电流及零序阻抗的概念， 出自对称分量法的理论。 针对一个节点的网络，节点电压法的定义为：联到节点的各支路电动势和该支路阻抗之商的向量和，等于该节点电压与联到该节点各支路阻抗并联值之商。 即 / = ) （ 21） 式中 —— 节点电压； —— 联到节点的所有支路阻抗并联值（理解为节点内所有支路）； —— 节点内各支路的电动势 —— 与各 同支路的阻抗 当忽略变压器、线路等元件的阻抗后，正常时电网的电源中性点 N 与大地 之间只有 3 个支路并联，并分别 由 各相电动势与各相对地的零序阻抗 组成，故构成一具有一个节点的网络。 发生单相漏电或两相漏电时，就相当 于在漏电相的零序阻抗上并联了过渡电阻 ，这样，我们就可以直接应用节点电压法求出中性点与大地的电位差 ，即零序电压 ，进而根据边界条件和回路电压定律求得其他故障参数的表达式 [4]。 利用节点电压法分析单相漏电 单项漏电时情况如图 21 所示。 图中变压器二次侧中性点不接地， 为 相漏电的过渡电阻，其变化范围约为 0~11KΩ, 为个相对地绝缘电阻，为各相对地电容。 对于漏电回路，变压器、线路及大地的阻抗均为 11 欧姆数量级及以下，远小于 r 和容抗 ,可以忽略。 正常时电网的电源中性点 N 与大地 之间只有三条支路并联，并分别由各相电动势与各相对地的零序阻抗 组成，故构成一具有一个节点的网络。 发生单相漏电或两相漏电时，相当于在漏电相的零序阻抗上并联了过渡电阻 ，因而可以直接应用节点电压法求出中性点与大地的电位差 ，进而根据边界条件和回路电 压定律求得其故障参数的表达式。 此时的零序电路如图 22 所示。 图 21 利用节电电压法分析单项漏电的电路图 N 点为变压器二次侧中性点， 为大地，设在 相发生单相漏电，过渡电阻为。 显然当未发生单相接地时，电路相当于三项对地接有一阻抗为 的三相星形负载，根据公式（ 21）可得 =0，也就是不产生零序电压，因此也不会有零序电流，三相对地只有较小的各相泄漏电流，并在地中达到平衡。 12 图 22 单相漏电的等效电路图 N 点为变压器二次侧中性点， 为大地，设在 相发生单相漏电，过渡电阻为。 显然当未发生单相接地时，电路相当于三项对地接有一阻抗为 的三相星形负载，根据公式（ 21）可得 =0，也就是不产生零序电压，因此也不会有零序电流，三相对地只有较小的各相泄漏电流，并在地中达到平衡。 需要说明的是电网每相对地零序阻抗 的含义。 由于电网为中性点绝缘 系统，入地的漏电电流 必须经过非故障相的绝缘电阻 和对地电容 构成回路，故 是电网每相对地绝缘电阻 r 和电容容抗 并联以后的阻抗值（电缆线路对地感抗很小可忽略）。 (22) 式中 , 当发生单相漏电时，相当于在 相的零序阻抗 上又并联了一个过渡电阻 ， 因而破坏了原由 组成的三相星形负载的对称性。 根据公式（ 21），并令 13 的并联值为 ， 故得零序电压 = = = = = （ 23） 式中 a、 —— 向量算子； 各相零序电流 （ 24） 根据回路电压定律得故障相的对地电压 （ 25） 同理，非故障相的对地电压 (26) 14 (27) 电网经 入地的漏电电流 (28) ZsV 与各相对地电压的向量关系图如 23 所示 图 23 各相对地电压的向量关系图 利用节点电压法分析两相漏 电 等效电路如图 25 所示，分别在 两相发生了经过过渡电阻 ，同样破坏了原由三个 上各并联了一个电阻 ，同样破坏了原由三个 所组成的三相星形负载的对称性。 15 图 24两相漏电的等效电路图 利用节点电压法，可以求得两相漏电各故障参数的向量表达式如下： (29) (210) (211) (212) (213) 电网经 入地的各相漏电电流，可据边界条件求得 (214) (215) 16 电网 的总入地漏电电流 (216) 比较两种漏电故障 （ 1） 两种故障下零序电压与各相对地电压的向量关系是完全相似的； （ 2） 在相同的电网参数和故障条件下（ trR ）下，单相漏电的 zszs IV、 有效值大于两相漏电； （ 3） 在中性点绝缘的电网中发生单相漏电、两相漏电等不对称漏电故障时，比产生具有一定大小和相位的 ，而故障处的各相对地电压则分别等于各相正常时的相电 压与零序电压 和 的向量和，电网线电压仍保持其对称性。 （ 4） 当两相 漏电过渡电阻 0 时，电网就发生两相接地短路，成为 短路加漏电的复合型故障，所以分析过程稍复杂些；当单相漏电过渡电阻 时，由于系统中性点绝缘，虽被称之为单相接地短路，却完全不属于短路的范围，这是一种最严重的漏电故障。 在工程实际中，电网发生两相漏电的几率远不如单相漏电高，其故障程度（仅就漏电而言）也比单相漏电轻。 单相漏电故障约占 85%左右，而且有相当一部分（约30%以上）单相漏电若不及时切除， 将发展成更严重的短路故障，所 以单相漏电是低压电网漏电故障的主流 ,因此本课题主要对单相漏电进行研究， 所 设计 出的 漏电保护器 主要针对单相漏电。 [8] 单相漏电 各 故障参数的变化 这一部分主要分析在电网单相漏电（含人体触电）的情况下，零序电压、零序电流、人身触电电流及各相对地电压的变化规律和它们之间的相位关系。 两相漏电的情况可用相同方法研究。 17 单相漏电时零序电压的变化规律 在放射式供电系统中，有 n 条供电线路， 如图 25 所示。 设第 i 条支路的对地电容为 ；对地绝缘电阻为 ，正常工作时 ，系统处 于三相平衡状态， 图 25 放射式电网参数分布图 此时系统每相对地阻抗参数为：  ni iC1C 18 当线路 1 的 A 相发生漏电故障时，将导致系统中性点位移，产生零序电压 ，设漏电电阻为 R，则零序电压 为： (217) 将 代入上式得： (218) 超前 180176。 Φ角度，其中Φ值为： Φ = (219) 则 (220) (221) 的模为： 19 (222) 则 随参数 r、 和 R 变化的规律为： （ 1） 当系统对地绝缘电阻不变，即 r 和 R 为定值时 (223) 这是一个直径为 ，且直径通过向量 的圆的极坐标方程，对应不同的 同的 r 和 R 值，圆具有不同的直径。 但所有圆的直径都通过向量 ，直径变化时产生的圆族内切与圆心。  角随 变化范围为： 当 C=0 时， ； 当 C= 时， ； 即当 C 由 0 到 ， 在 之间变化，这说明该圆为一半圆。 （ 2） 当系统对地电容不变，即 C 和 R 为定值时 (224) 这是一个直径为 ，与向量 相切于坐标原点的极坐标方程，系统具有不 有不同的 C 和 R 值，圆就具有不同的直径。 该圆族也内切于坐标原点， 角随系统对地绝缘阻抗 r 变化的范围为： 当 r=0 时， = 当 r= 时， = 20 即当 C 和 R 为定值时， r 在 至 区间变化是， 角在 至 区间变化。 这说明 的变化轨迹为部分圆弧，最大角度为。 同时满足 r 和 C 变化条件的 向量的模为两圆交点至坐标原点的距离，方向指向坐 标原点 . （ 3） 系统对地绝缘电阻和对地电容不变，即 r 和 C 为定值时，两院的直径 D都随 R 值变化， D 随 R 变化的规律为双曲线。 直径 D 和 角随 R 变化规律为： 电故障发生时， R 值是变化的。 因此，分析 R 值变化对漏电参数的影响是非常必要的 当 R=0 时， ，。 此时两圆交于纵坐标 点，即， ； 当 R 有零逐渐增大时， 双曲线规律减小， 角 逐渐增大， ； 当 R 趋近于 都趋近于其渐近线 D=0， ， ，此时，系统工作在三相平衡状态，即非故障状态。 对于一个固定的电力系统来说，常常具有固定的 r 值和 C 值，而漏电故障的形成往往有一个过程，也就是说在漏电故障发生时， R 值是变化的。 因此，分析 R 值变化对漏电参数的影响是非常必要的。 各相对地电压 当 A 相发生漏电故障时，由于零序电压 的存在，将导致对地电压的不平衡。 随着 r 和 C 的变 化， C 相的对地电压将可能超过线电压，因此而成为绝缘的薄弱环节。 同理，当 B（ C）相漏电时， A（ B）相得对地电压有可能超过系统线电压，成为绝缘的薄弱环节。 零序电流 零序电流是漏电保护中使用的重要参数之一，其具有下列特征： 21 （ 1） 由于零序电流不能经变压器的中性点构成回路，因此各支路中的零序电流将流过漏电点； （ 2） 漏电支路测得的零。