【正文】 ....................................................................................55 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................56 致 謝 .........................................................................................................................57 附錄 軟件程序清單 .................................................................................................58 1 第一章 緒論 引言 黨的十一屆三中全會(huì)后工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，使電氣設(shè)備和家用電器大量增加，隨之帶來了與安全用電的矛盾。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 70 年代中期每年都有數(shù)千人傷亡于觸電事故， 1975 年我國(guó)觸電死亡人數(shù)高達(dá) 6000 多人，按用電 量 統(tǒng)計(jì)平均為 人 /千萬 kWh 。觸電死亡事故在各類傷亡事故中占相當(dāng)大的比重，當(dāng)時(shí)與先進(jìn)國(guó)家及發(fā)展中國(guó)家相比，我國(guó)安全用電處于低水平。從各種原因分析，大都缺乏安全用電知識(shí)及用電設(shè)備保護(hù)裝置不完善。其次從火災(zāi)事故分析中也可以看出，由于電器使用不當(dāng)或線路漏電造成電氣火災(zāi)占了火災(zāi)事故的 20%以上。如果有一種設(shè)備可以使人們安全地使用電，將會(huì)避免很多不必要的損失。所以在五花八門的電器接踵而來的同時(shí)，也誕生了各式各樣的保護(hù)器。其中有一種是專門保護(hù)人的，稱為漏電保護(hù)器 [1]。 漏電保護(hù)是利用漏電保護(hù)裝置來防止電氣事故的一種安全措施。漏電保護(hù)裝置又稱 剩余電流保護(hù)裝置（ Residual Current Operated Protective Device,縮寫 RCD）。漏電保護(hù)裝置是一種低壓安全保護(hù)電器，主要用于單相電擊保護(hù)，也用于防止由漏電引起的火災(zāi)，還可用于檢測(cè)和切斷各種單相接地故障。漏電保護(hù)裝置的功能是提供間接接觸點(diǎn)擊保護(hù)，而額定漏電動(dòng)作電流不大于 30mA 的漏電保護(hù)裝置，在其他保護(hù)措施失效時(shí)，也可作為直接接觸 電 擊的補(bǔ)充保護(hù)，但不能作為基本的保護(hù)措施[2]。 漏電保護(hù)的原理和裝置的種類較多，但從適用于低壓電網(wǎng)的漏電保護(hù)原理來看，目前主要有以下幾種：旁 路接地式保護(hù)原理、附加直流源檢測(cè)保護(hù)原理、零序電壓保護(hù)原理、零序電流大小及零序電流方向保護(hù)原理。前三種保護(hù)原理為非選擇性漏電保護(hù)，供電電網(wǎng)的任何地方出現(xiàn)漏電故障，保護(hù)裝置即動(dòng)作并切除整個(gè)工作面電網(wǎng)，且無法確定故障支路。后兩種保護(hù)原理為選擇性漏電保護(hù)，可以判斷出故 2 障支路，有選擇地將故障支路切除。但是，隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，供電系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，對(duì)漏電保護(hù)提出了更高的要求。 實(shí)踐證明，漏電保護(hù)裝置和其他電氣安全技術(shù)措施配合使用，在防治電氣事故方面有顯著的作用 ， 因此研究漏電保護(hù)理論與技術(shù)應(yīng)用對(duì)國(guó)民生活與安全生產(chǎn)具有重要意義。 漏電保護(hù)的發(fā)展 及 現(xiàn)狀 國(guó)外研究狀況 漏電保護(hù)技術(shù)是從二十世紀(jì)初在西歐國(guó)家發(fā)展起來的。漏電保護(hù)裝置的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個(gè)階段，即初始階段、發(fā)展階段和成熟階段。 1921 年德國(guó)正式發(fā)明了電壓動(dòng)作性漏電保護(hù)器，主要用 于保護(hù)設(shè)備外殼漏電 。自此，德國(guó)的 VDE 規(guī)程及英國(guó)的 BS 規(guī)程均制定了有關(guān)電壓動(dòng)作型漏電保護(hù)器的標(biāo)準(zhǔn)。 但是由于電壓型漏電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受外界干擾動(dòng)作特性穩(wěn)定性差、制造成本高、過電壓容易損壞漏電保護(hù)器等缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰使用，取而代之的是電流型漏電保護(hù)裝置。 英國(guó)早在 1930 年就開始在磁力起動(dòng)機(jī)里裝設(shè)漏電保護(hù)裝置，由于當(dāng)時(shí)采用的是變壓器中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)。故保護(hù)裝置采用了零序電流保護(hù)原理，隨后其他國(guó)家也相繼使用。 法國(guó)人在 1940 年制成了世界上第一臺(tái)靈敏度為 10mA，切斷時(shí)間為 的電流型漏電保護(hù)器。但由于當(dāng)時(shí)磁性材料的發(fā)展尚未達(dá)到一定的水平，并且制造靈敏的脫扣機(jī)構(gòu)的技術(shù)不完善。因此在第二次世界大戰(zhàn)之前，漏電保護(hù)器未能大批量生產(chǎn)并用于工程實(shí)際中去。 第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著電器化進(jìn)程的加快，電器設(shè)備用量日趨增加， 觸電及 電 氣 火災(zāi)的可能性也與日俱增。 因此人們對(duì)漏電保 護(hù)器寄予很大的希望。 前蘇聯(lián) 1949 年研制了用于中性 點(diǎn) 絕緣系統(tǒng)的漏電保護(hù)裝置（ PYB 型防爆漏電繼電器），它采用了附加直流電源的直流檢測(cè)原理。西德在 50 年代就開始批量生產(chǎn)漏電開關(guān)，但是將漏電保護(hù)裝置真正作為觸電保護(hù)手段用于實(shí)際工程則是在 60 3 年代以后的事情。 1956 年德國(guó)開始批量生產(chǎn)電流型保護(hù)器， 1962 年美國(guó)研制成功了靈敏度為 5mA 的電流型漏電保護(hù)器，英國(guó)生產(chǎn)了額定漏電動(dòng)作電流為 30mA，額定工作時(shí)間為 30mS 高靈敏快速型漏電 保護(hù)器。 60 年代后期，西歐各國(guó)漏電保護(hù)器的發(fā)展已趨于完善。到二十世紀(jì)七十年代各國(guó)開始 制定規(guī)程強(qiáng)制在一些場(chǎng)所安裝漏電保護(hù)器。 國(guó)內(nèi)研究狀況 我國(guó)研究漏電保護(hù)器起步晚于國(guó)外，前蘇聯(lián) 1949 年研制的用于中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的漏電保護(hù)裝置于 20 世紀(jì) 50 年代初被引進(jìn)我國(guó)，并在全國(guó)的礦井中推廣使用，大量的在國(guó)內(nèi)放置的產(chǎn)品（ JY82 型）還一直延續(xù)使用到現(xiàn)在，對(duì)我國(guó)供電安全和安全技術(shù)研究起了重要作用。進(jìn)入 20 世紀(jì) 60 年代，我國(guó)為了滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，根據(jù)這一原理，又 自選設(shè)計(jì)和制造了多種形式的礦用隔爆型檢漏繼電器，如 JL80型、 JL82 型和 JJKB30 型等，分別用于井下 660V和 1140V電網(wǎng)，取得 了很好的效果。 20 世紀(jì) 70 年代后期，隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)先后從英國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)、波蘭和日本 等國(guó)引進(jìn)了數(shù)百套綜合機(jī)械化采煤機(jī)組，各種類型的漏電保護(hù)裝置和電路也隨配套的供電控制設(shè)備同時(shí)引進(jìn)，這些引進(jìn)技術(shù)對(duì)促進(jìn)我國(guó)漏電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展有重要作用。各種引進(jìn)的漏電保護(hù)裝置，有直流檢測(cè)型的，有零序電流型的，有零序電壓型的，也有零序功率方向型的，他們各有所長(zhǎng)，很值得我們學(xué)習(xí)借鑒。 進(jìn)入二十世紀(jì)七十年代以后，我國(guó)用電量逐年增加，觸電事故也逐年增加，因此引起各部門的重視。在各部門的努力下，開始研制漏電保護(hù)器。 1986 年制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB6829《漏電電流動(dòng)作保護(hù)器（剩余電流動(dòng)作保護(hù)器）》 1995 年進(jìn)行了重新修訂，明確規(guī)定了漏電保護(hù)其產(chǎn)品的質(zhì)量要求、工作條件和試驗(yàn)方法，從此我國(guó)漏電保護(hù)其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)進(jìn)入科學(xué)化、規(guī)范化階段，產(chǎn)品系列逐步齊全，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高，并逐步強(qiáng)制規(guī)定用戶安裝漏電保護(hù)器。 我國(guó)漏電保護(hù)器的生產(chǎn)和應(yīng)用起步較晚，從 70 年代中期開始發(fā)展，并首先在農(nóng)村低壓電網(wǎng)中推廣應(yīng)用。經(jīng)過 4 80 年代和 90 年代的自行研制、開發(fā)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，取得了較大的進(jìn)展，已形成一個(gè)品種完善，規(guī)格齊全，負(fù)荷 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的漏電電 流保護(hù)器產(chǎn)品系列。在低壓電網(wǎng)的安全保護(hù)中，尤其是農(nóng)村低壓電網(wǎng)的安全保護(hù)中發(fā)揮了重要的作用。我國(guó)生產(chǎn)的剩余電流保護(hù)器絕大部分為電子式的，約占剩余電流保護(hù)器的 90%左右。電磁式剩余電流保護(hù)器因制造成本高、價(jià)格貴，使用量較少，目前僅占 10%左右。主要種類有：家用及類似用途剩余電流斷路器、剩余電流斷路器（主要由低壓塑殼斷路器派生而成）、移動(dòng)式剩余電流保護(hù)器和剩余電流繼電器等 [3]。 至今為止， 國(guó)內(nèi)外又相繼研究出了一些新的漏電保護(hù)方式，如旁路接地技術(shù)、選擇性自動(dòng)復(fù)電技術(shù)、微機(jī)在漏電保護(hù)中的應(yīng)用等，為構(gòu)成全面、完善的漏 電保護(hù)系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。 整個(gè)漏電保護(hù)技術(shù)與設(shè)備，正在朝著快速斷電、保護(hù)方式多元、微機(jī)智能綜合的方向發(fā)展。 本文所做工作 本課題的研究對(duì)象是中性點(diǎn)不接地的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)，研究重點(diǎn)放在發(fā)生單相漏電故障時(shí)，通過對(duì)中性點(diǎn)不接地低壓電網(wǎng)的漏電分析 ，提出了根據(jù)零序電流判斷漏電、根據(jù)相電壓的變化判斷漏電相的判據(jù) ，并通過單片機(jī) 將漏電保護(hù)理論應(yīng)用于漏電保護(hù)裝置之中。具體工作主要有： ，了解漏電保護(hù)器的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)； 、兩相漏電故障的原理及 參數(shù)變化； ，以零序電流法和最低幅值選相法為判據(jù)的新型智能漏電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案； ，結(jié)合本 裝置的硬件電路圖對(duì)漏電保護(hù)裝置進(jìn)行軟件編程及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了能夠快速判斷電網(wǎng) 是否發(fā)生漏電，鑒別漏電相并發(fā)出報(bào)警及切除故障信號(hào)的新型漏電保護(hù)裝置； 5. 通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M低壓電網(wǎng)發(fā)生單相漏電故障的電路。 5 本裝置的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法。軟件的總體結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊。采用模塊化設(shè)計(jì)方案將系統(tǒng)程序簡(jiǎn)化為若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，各模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程 、調(diào)試和查錯(cuò)，然后整體聯(lián)調(diào)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和調(diào)試中的工作量，并且為后續(xù)功能擴(kuò)展和系統(tǒng)維護(hù)打下了良好的基礎(chǔ)。 6 第二章 漏電原理及分析 漏電故障的基本概念 漏電的定義 在電力系統(tǒng)中，當(dāng)帶電導(dǎo)體對(duì)大地的絕緣阻抗降低到一定程度，使經(jīng)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(dǎo)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(zhì)，對(duì)電有一定的絕緣電阻，加上沿線對(duì)地的分布電容，所以正常時(shí)帶電的架空導(dǎo)線上也有微小 的泄漏電流經(jīng)空氣入地，不過其數(shù)值很小，一般可以忽略不計(jì)，這種現(xiàn)象不能稱作漏電故障。電纜線路和各種電氣設(shè)備與架空線路一樣，正常運(yùn)行時(shí)也有微小的泄漏電流入地，同樣不能說他們發(fā)生了漏電故障。具體的，當(dāng)入地電流由于某種原因增大至數(shù)十毫安、數(shù)安培甚至數(shù)十安培時(shí)，線路或電氣設(shè)備就可能已發(fā)生了漏電故障。當(dāng)入地電流增大至數(shù)百安培及以上時(shí)，它又超出了漏電故障的范圍，進(jìn)入過流（短路）故障的范圍 [4]。 漏電電流與正常的泄露電流之間沒有嚴(yán)格的界限，這種界限還與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)、中性點(diǎn)接地方式等因素有關(guān)。漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作值往 往就是這種界限的標(biāo)志；同樣，漏電電流與短路電流之間也沒有嚴(yán)格的界限，而過流保護(hù)裝置的動(dòng)作值往往就是這種界限的標(biāo)志。 在中性點(diǎn)直接接地的低壓供電系統(tǒng)中，如果一相帶電導(dǎo)體直接與大地接觸，這時(shí)流入地中的電流通過大地，接地極、供電變壓器繞組及導(dǎo)線構(gòu)成回路，由于各元件的阻抗都很小，因而回路中將產(chǎn)生很大的電流，可達(dá)數(shù)百、數(shù)千安培，此時(shí)，有關(guān)的過流保護(hù)裝置將動(dòng)作，切斷故障線路的電源。這種故障不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(dǎo)體經(jīng)一定數(shù)值的過渡阻抗接地（如人體電阻等），入地電流就 小多了，其值常不足 1A，此時(shí)過流保 7 護(hù)裝置根本不動(dòng)作，而漏電保護(hù)裝置則應(yīng)該動(dòng)作，所以說，這種故障又屬于漏電故障的范圍。 在中性點(diǎn)絕緣（不接地）的低壓系統(tǒng)中，若發(fā)生一相帶電導(dǎo)線直接或經(jīng)一定的過渡阻抗接地，則流入地中的電流只能通過電網(wǎng)三相對(duì)地電容和對(duì)地絕緣電阻而與變壓器中性點(diǎn)構(gòu)成回路。由于電網(wǎng)對(duì)地阻抗很大，故 入 地電流也常不足 1A，過流保護(hù)裝置不動(dòng)作，這種情況屬于漏電故障。至于中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地或經(jīng)消弧線圈接地的供電系統(tǒng)，其情況與中性點(diǎn)絕緣的供電系統(tǒng)類似，只是入地電流稍大一些，當(dāng)發(fā)生一相帶電導(dǎo)體直接或經(jīng)一定得過渡阻 抗接地時(shí)，都屬于漏電故障。 對(duì)于目前國(guó)內(nèi)廣泛采用的變壓器中性點(diǎn)絕緣的供電系統(tǒng)，漏電故障明確定義為：在中性點(diǎn)絕緣的供電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地（包括直接接地和經(jīng)過渡阻抗接地）或兩相、三相對(duì)地的總絕緣阻抗下降到危險(xiǎn)值得電氣故障就叫做漏電故障，簡(jiǎn)稱漏電。顯然，在這種供電系統(tǒng)中，人身觸及一相帶電導(dǎo)體的情況，屬于單相經(jīng)過渡阻抗接地，對(duì)人來說是發(fā)生了觸電，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)來說就是發(fā)生了漏電。 漏電的種類 根據(jù) 低壓 電網(wǎng)的實(shí)際情況，漏電故障可分為其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(wǎng)某一處或某一點(diǎn) 、而其余部分的對(duì)地絕緣水平仍然正常的漏電。所謂分散性漏電是指整條線路或整個(gè)電網(wǎng)的對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)期集中性漏電是指電網(wǎng)中的某一設(shè)備或電纜，由于某種原因使絕緣擊穿或帶電導(dǎo)體碰殼而造成的漏電故障，如果沒有相應(yīng)的保護(hù)裝置，或者保護(hù)裝置 拒動(dòng) ，這種漏電故障將長(zhǎng)期存在。間歇性漏電，一般指 電 網(wǎng)內(nèi)某 臺(tái) 控制設(shè)備的負(fù)荷端，如磁力啟動(dòng)器負(fù)荷側(cè)的電纜和末端的電動(dòng)機(jī)，由于某種原因使絕緣擊穿、帶電導(dǎo)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(dòng)器的停、送電狀態(tài)有關(guān)，如果磁力起動(dòng)器合閘，這部分線路就發(fā)生漏電，如果 磁 力起動(dòng)器分閘， 8 其漏電故障就消失。瞬間集中性漏電，主要指人員或其他接地導(dǎo)體偶爾觸及設(shè)備的帶電部分后，立刻又?jǐn)[脫或分開的情況。 漏電保護(hù)器的分類 漏電保護(hù)器（剩余電流動(dòng)作保護(hù)器）是指能同時(shí)完成檢測(cè)剩余電流，將剩余電流與基準(zhǔn)值相比較，以及當(dāng)剩余電流超過基準(zhǔn)時(shí)斷開被保護(hù)電路的裝置 [5]。 （ 1）電磁式漏電保護(hù)裝置。其中間環(huán)節(jié)為電磁元件，有電磁脫扣器和靈敏繼電器兩種形式。電磁式漏電保護(hù)裝 置因全部采用電磁元件，使得其耐過電流和過電壓沖擊的能力較強(qiáng)，因而無需輔助電源，當(dāng)主電路缺相時(shí)仍能 起 漏電保護(hù)作用。但其靈敏度不易提高，且制造工藝復(fù)雜，價(jià)格較高。