【文章內(nèi)容簡介】 自動調(diào)節(jié)；（ 3）保護(hù)裝置動作時間較長。 其他的漏電保護(hù)方式 、三相半波整流直流檢測式 附加電源直流檢測式漏電保護(hù)由于其電容電 流的補償是靜態(tài)補償，電感電抗值調(diào)定以后就不能隨電網(wǎng)對地電容的變化而自動變化，因而不能保證在整個運行過程中都能達(dá)到最佳補償?shù)臓顟B(tài)，從而降低了保護(hù)的安全性。此外，如果在運行過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的過補償，遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 也并不安全。這些現(xiàn)象的存在都是由于電網(wǎng)對地電容的存在，是三相電網(wǎng)交流成分不能完全消除。這就需要考慮一種全新的保護(hù)方法來彌補附加電源直流檢測式保護(hù)的不足。三相半波整流直流檢測式漏電保護(hù)就是利用三個整流二極管將三相電網(wǎng)的交流電流變?yōu)榭蓹z測的直流電流而構(gòu)成保護(hù)。二極管的存在消除了電容的影響，其原理電路如后 圖 33 所示。 圖 33 三相半波整流直流檢測式漏電保護(hù) 圖 33 中，三個整流管 1D 2D 3D 分別接到電網(wǎng)的 a,b,c 三相，另一端接在一起，成星形連接，構(gòu)成人為中性點，經(jīng)檢測電阻 RL 或經(jīng)直流繼電器接地。由于變壓器的中性點絕緣，所以經(jīng)三個整流管整流以后的直流電流，經(jīng)檢測電阻 LR 到地，再經(jīng)對地絕緣電阻 ra,rb,rc后返回 電網(wǎng)對地的絕緣狀況，同附加電源直流檢測式相比，省去了附加直流電源，二極管整流后檢測和利用該直流電流，即可構(gòu)成直流檢測式保護(hù)系統(tǒng)。 三相電網(wǎng)電壓波形和整流后各相電壓波形如下圖（ 34）所示。以 a 相為例，6/5~6/ ??? ?t 時， a 相電壓總是高于 b,c 兩相電壓， a 相整流管 1D 導(dǎo)通，而 b,c 兩相則在反向電壓作用下使 3D 、 2D 處在截止?fàn)顟B(tài)。在整個周期里，三個二極管依次 導(dǎo)通。現(xiàn)以a 相為例，研究其電壓的變化。 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 17 頁 圖 34 三相半波整流直流檢測式漏電保護(hù)電網(wǎng)及各相電壓波形圖 在 6/5~6/ ??? ?t 范圍內(nèi)， a 相 1D 導(dǎo)通，電流經(jīng) a 相， 1D 大地， ra‖ rb 后電阻回到電網(wǎng)，此時，雖然 b,c 兩相對地絕緣電阻相等，但電流瞬時值不同，為求得該電流的平均值，先要求出各相平均電壓： a 相平均電壓： lalalaaUtUttdUU)c o s(23)(s in22/36/5 6/6/56/???? ?????????? b 、 c 相平均電壓為： lalalacbUUtdtUUU)()3/2s i n (22/3 6/5 6/??????? ?????? ?? lalaacab UUUU )]([ ????? (34) 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 對于 127v 電網(wǎng)， laU =127v 則負(fù)載 RL（檢測電阻）上的平均電流： lablabL Rr URrcra UI ???? 2/// (35) 這與附加直流電源檢測式漏電保護(hù)的原理公式類似，（參見式 33）。隨著絕緣電阻的降低， lI 別便不斷增加，當(dāng)其數(shù)值達(dá)到動作值時，漏電保護(hù)裝置動作達(dá)到保護(hù)目的。 這種保護(hù)方式構(gòu)成的漏電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡便，由于直接將電網(wǎng)電流變成直流加以檢測，就省去了直流附加電源，而獲得了與直流檢測式相同的保護(hù)特性。此外，由于它具有較高的直流電壓，所以能夠比較準(zhǔn)確真實地反映電網(wǎng)的絕緣水平。 這種保護(hù)方式的主要缺點在于動作值受電源電壓波動的影響較大，同時對整流管的反向電壓要求較高。因此，它一般用于電壓較低的地方，如 127v 網(wǎng)絡(luò)。 斷線故障的分析和保護(hù) 斷線故障時井下另一種常 見故障。由于井下環(huán)境惡劣，工作場地狹窄，供電電纜被砸斷，扯斷，脫空的現(xiàn)象常有發(fā)生。而人們往往對斷線故障不夠重視。因為當(dāng)電網(wǎng)中某處發(fā)生單相，兩相甚至三相全斷故障時，斷線處前部分的燈依然亮著，故而不太引起人們的注意。但是，斷線處無人注意，帶電的斷頭裸露在巷道中，造成了嚴(yán)重的事故隱患。因此，我們很有必要對斷線故障作分析討論，并研究其保護(hù)方法。 目前，斷線故障還未能引起應(yīng)有的重視，很多供電系統(tǒng)沒有設(shè)置斷線保護(hù)，獨立的斷線保護(hù)系統(tǒng)還未有較系統(tǒng)地研究。而實際上，斷線保護(hù)沒有必要單獨設(shè)置，它可以與漏電保護(hù)綜合在同一裝置中 。斷線故障時至三相電網(wǎng)中發(fā)生一相，兩相或三相線路中斷的故障。發(fā)生斷線時，線路中的電壓，電流將發(fā)生變化。本設(shè)計要將漏電，斷線保護(hù)結(jié)合在一起，因此，我們來討論一下漏電保護(hù)電路中當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生斷線時檢測電流和檢測電壓的變化，研究一下如何在實驗漏電保護(hù)的同時能實現(xiàn)對斷線故障的保護(hù)。 看一下，圖 31 直流檢測式保護(hù)電路，由式 31， 32，我們知道檢測電流為： 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 ???? ???????? rR UzrR jdRjRRlR UzIzsk3 發(fā)生單相斷線時，如 ra=∞， rb=rc=r， 則： ?r rcrbra /1/1/1 1 ??? =r/2 發(fā)生兩相斷線時， ra=rb=∞ ,rc=r,則： ?r =r 發(fā)生三相斷線時： ?r =∞； 而正常時： ?r =r/3 也就是說，發(fā)生斷線時 ?r 將增大。實際上，絕緣電阻 r 值是很大的，一次往往檢測不出來。我們常用 三個電阻構(gòu)成人為的中性點接地系統(tǒng)，如 圖 35 所示， 圖 35 人為中性點接地 這樣，發(fā)生斷線時， ?r 的變化就可以引起較明顯的檢測信號的變化而達(dá)到檢測目的。 利用三相半波整流構(gòu)成的直流檢測式斷線保護(hù)回路如下圖 36 所示。 井 D1~D3 整流后， fzR 上的檢測電壓 fZU = iU 加在運放下的反相輸入端，運放的同相輸入端接一個正的參考電位 NV 。構(gòu)成一個比例放大電路。調(diào)節(jié) 1R 的阻值，是正常時 NV = iV ，則有： （ NV iV ） / 1R =（ NV 0V ） / 3R 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 20 頁 即： 0V =[ NV / 3R （ iV NV ） / 1R ]= NV 圖 36 斷線保護(hù)電路 而斷線時， iV ＜ NV ，則 0V 值增大，達(dá)到一定程度時，直流繼電器 ZJ 吸合，其常開或常閉觸點斷開主回路，是系統(tǒng)斷電，停止運行，從而達(dá)到保護(hù)的目的。該保護(hù)電路可加在漏電保護(hù)回路中與之構(gòu)成綜合的漏電 斷線一體化保護(hù)電路。 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 21 頁 第四章 漏電、斷線保護(hù)一體化電路設(shè)計 設(shè)計思路 通過前面幾章的討論與分析，我們已經(jīng)知道了幾種漏電，斷線保護(hù)方法。而在生產(chǎn)實際中需要的是具有多種保護(hù)功能的綜合性的保護(hù)裝置。本設(shè)計的任務(wù)是將漏電保護(hù)和斷線保護(hù)結(jié)合在一起，構(gòu)成綜合的漏電，斷線保護(hù)一體化電路。 前面對漏電的討論，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生漏電故障（對照明電網(wǎng)，多為單相漏電）時，對地絕緣電阻上的電流將發(fā)生變化，如某點處電壓的升（降），將此電壓引到一個比較電路，使之與基準(zhǔn)電壓，及絕緣電阻下降到危險值以下時對應(yīng)的電壓相比較，當(dāng)電壓變化到高（低）與基準(zhǔn)值時，使相應(yīng)的繼電器動作跳閘，達(dá)到保護(hù)目 的。當(dāng)電路中發(fā)生斷線故障，檢測電壓也將發(fā)生變化，很明顯，斷線時檢測電壓的變化與漏電時正好相反。這就需要設(shè)計一種綜合的電壓取樣電路，使之能兼顧反映兩種變化。電路的設(shè)計既要能使保護(hù)裝置對兩種故障都能保護(hù)，又要能使操作人員能直觀的，迅速地做出判斷。后面的設(shè)計就是要體現(xiàn)這種設(shè)計思想。下面具體介紹電路的組成，性能和原理。 電路及原理分析 性能介紹 根據(jù)設(shè)計思想，我們先要畫出保護(hù)電路原理框圖，以便以后為指導(dǎo)設(shè)計各部分電路。 設(shè)計原理框圖如下：（圖 41） 圖 41 設(shè)計原理圖 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 22 頁 由原理框圖可知，本電路保護(hù)回路部分有指示回路，穩(wěn)壓電源，綜合取樣電路，鑒別電路，終端電路，執(zhí)行電路等幾部分組成。綜合取樣電路和鑒別電路兼顧漏電保護(hù)和斷線保護(hù)，使之一體化。 供電性能 供電電壓為井下照明電網(wǎng)低壓 127v 三相；照明變壓器 ,4kvA 通用。 求達(dá)到的保護(hù)性能 a) 送電前的漏電閉鎖 漏電閉鎖是在低壓網(wǎng)絡(luò)中，對電動機，照明網(wǎng)絡(luò)及其供電電纜的絕緣水平進(jìn)行合閘前的監(jiān)視。漏電閉鎖保護(hù)能使有故障的供電回路不投入工作。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（ 1980年）規(guī)定：“井下低壓電網(wǎng)應(yīng)裝設(shè)帶有漏電閉鎖的檢漏保護(hù)裝置或有選擇性的檢漏保護(hù)裝置?！备鶕?jù)這項規(guī)定，本設(shè)計帶由漏電閉鎖能力。 動作整定值為： Rg≤ 5 k? 。 b) 送電后的漏電跳閘 動作整定值為： Rg≤ 5 k? 。 c) 對于斷線故障，同樣要求在送電前有斷線閉鎖功能，送電后有斷線跳閘功能。 d) 對于負(fù)荷側(cè)任意出發(fā)生漏電故障或斷線故障，保護(hù)電路均能反映并可靠地動作。 本設(shè)計為了提高可靠性和實用性，在電路中采用了電壓跟隨電路。因 為在實際運行中有供電電壓和系統(tǒng)電壓的波動。本設(shè)計照明網(wǎng)絡(luò)首 端的供電電壓允許有177。 10%額定電壓的波動。同時要求照明網(wǎng)絡(luò)末端電壓不應(yīng)低于 50%額定電壓。 保護(hù)原理 本設(shè)計的漏電保護(hù)采用傳統(tǒng)的三相半波整流直流檢測式保護(hù)方式。綜合取樣電路采用三個二極管對地構(gòu)成直流檢測環(huán)節(jié)，通過取樣電壓的變化來反映漏電，斷線故障的發(fā)生。故障信號送鑒別回路。 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 23 頁 故障鑒別回路利用集成運算放大器構(gòu)成電壓比較器電路，通過取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較來控制保護(hù)元件（繼電器）的動作。同時利用 555 定時器電 路完成動作的自鎖，以保證可靠動作。各種故障信號由取樣電路送至鑒別回路后，經(jīng)確認(rèn)后，繼電器得電，其常閉接點打開，從而斷開交流接觸器 CJ 電磁線圈的電源， CJ 斷點跳閘，從而實現(xiàn)保護(hù)。同時相應(yīng)指示燈亮，指示回路應(yīng)能互鎖，以便于正確指示何種故障發(fā)生，給維修工作帶來方便。 利用終端電路，使得不論網(wǎng)絡(luò)何處發(fā)生斷線，漏電，保護(hù)回路均能作出反映并動作。穩(wěn)壓電源采用三端集成穩(wěn)壓器，輸出 +15v 直流電壓，供整個保護(hù)裝置電子線路用。為了提高保護(hù)性能，增加保護(hù)動作的可靠性，在電路中特增置了漏電信號跟隨電路，使供電電壓在波動177。 10%額定電壓的情況下，仍能夠可靠地動作。 各部分電路介紹與原理分析 整個保護(hù)電路是有主控電回路，控制回路和保護(hù)回路三個大部分組成。下分別介紹： 主回路 主回路由隔離開關(guān) 1k，一次熔斷器 1RD， 2RD，主變壓器 ZB，二次熔斷器 3RD， 4RD，交流接觸器 CJ 常開接點 CJ1~3 等元件組成。完成整個照明網(wǎng)絡(luò)和保護(hù)系統(tǒng)的供，停電功能。如下圖所示：（圖 42） 圖 42 主供電回路 主變壓器 ZB 選擇： 660（ 380） /127v,Y,△ /Y 接 ,4kvA 通用 a、熔斷器選擇： 遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)裝置 _大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書 第 24 頁 查《煤礦電工手冊》第 5 冊中關(guān)于低壓熔斷器選擇的規(guī)定，根據(jù)著名變壓器一次側(cè)額定電流選擇一次熔斷器 1RD， 2RD 額定電流為 1NI =15A 所配裝熔體的額定電流由下式確定： KTrINF ~ ?= 1NI 對于 380/127v 照明變壓器： KTr= 故： AINF 615* ~ ?? 所以： 1RD， 2RD 選用 RL115 型螺旋式熔斷器，額定電壓 500v，所裝熔體額定電流6A。 同理可得到二次熔斷器 3RD， 4RD 參數(shù)為：選用 RM1060 型封閉管式熔斷器，額定電壓 250V，額定電流 60A，所裝熔體額定電流 15A。 b、交流接觸器 CJ 選用： CJ1020 交流接觸器，額定電壓 127V，額定電流 20A，隔離開關(guān) 1K 選用： HZ10/E 160TH組合開關(guān)。 控制回路 控制回路由交流接觸器線圈 CJ，送電按鈕 QA，停電按鈕 TA，直流繼電器常閉接點1 1J ，交流接觸器常開接點 4CJ ，熔斷器 RD 等元件組成，是保護(hù)電路作用于主回路的具體的執(zhí)行電路。用來控制系統(tǒng)的正常送電和故障停電，控制回路如下圖所示：（圖 43） 裝置通入運行時，首先閉合 1K，使 ZB， KB（控制變壓器，見后文“保護(hù)回路”）有電工作。當(dāng) 127V 網(wǎng)絡(luò)，即負(fù)荷側(cè)無故障時，按壓送電按鈕 QA，則常開接點 1QA 閉合，回路接通， CJ 得電，此時 4CJ 閉合， 1TA 為常閉接點；從而使回路實現(xiàn)自保。同時，主回路中 3~1CJ 閉合，負(fù)荷側(cè)得電，系統(tǒng)開始運行。在保護(hù)回路中的