【文章內容簡介】 自動調節(jié)；（ 3）保護裝置動作時間較長。 其他的漏電保護方式 、三相半波整流直流檢測式 附加電源直流檢測式漏電保護由于其電容電 流的補償是靜態(tài)補償，電感電抗值調定以后就不能隨電網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到最佳補償?shù)臓顟B(tài)，從而降低了保護的安全性。此外，如果在運行過程中出現(xiàn)嚴重的過補償，遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 16 頁 也并不安全。這些現(xiàn)象的存在都是由于電網對地電容的存在，是三相電網交流成分不能完全消除。這就需要考慮一種全新的保護方法來彌補附加電源直流檢測式保護的不足。三相半波整流直流檢測式漏電保護就是利用三個整流二極管將三相電網的交流電流變?yōu)榭蓹z測的直流電流而構成保護。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 圖 33 中，三個整流管 1D 2D 3D 分別接到電網的 a,b,c 三相，另一端接在一起，成星形連接，構成人為中性點，經檢測電阻 RL 或經直流繼電器接地。由于變壓器的中性點絕緣，所以經三個整流管整流以后的直流電流，經檢測電阻 LR 到地，再經對地絕緣電阻 ra,rb,rc后返回 電網對地的絕緣狀況，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，即可構成直流檢測式保護系統(tǒng)。 三相電網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 導通，而 b,c 兩相則在反向電壓作用下使 3D 、 2D 處在截止狀態(tài)。在整個周期里，三個二極管依次 導通。現(xiàn)以a 相為例，研究其電壓的變化。 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 圖 34 三相半波整流直流檢測式漏電保護電網及各相電壓波形圖 在 6/5~6/ ??? ?t 范圍內， a 相 1D 導通，電流經 a 相， 1D 大地， ra‖ rb 后電阻回到電網，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) 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 對于 127v 電網， laU =127v 則負載 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，當其數(shù)值達到動作值時，漏電保護裝置動作達到保護目的。 這種保護方式構成的漏電保護裝置結構簡便，由于直接將電網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特性。此外，由于它具有較高的直流電壓，所以能夠比較準確真實地反映電網的絕緣水平。 這種保護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 網絡。 斷線故障的分析和保護 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。因為當電網中某處發(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，并研究其保護方法。 目前，斷線故障還未能引起應有的重視，很多供電系統(tǒng)沒有設置斷線保護，獨立的斷線保護系統(tǒng)還未有較系統(tǒng)地研究。而實際上，斷線保護沒有必要單獨設置，它可以與漏電保護綜合在同一裝置中 。斷線故障時至三相電網中發(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。本設計要將漏電，斷線保護結合在一起，因此，我們來討論一下漏電保護電路中當電網發(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的同時能實現(xiàn)對斷線故障的保護。 看一下，圖 31 直流檢測式保護電路，由式 31， 32，我們知道檢測電流為： 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 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到檢測目的。 利用三相半波整流構成的直流檢測式斷線保護回路如下圖 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 。構成一個比例放大電路。調節(jié) 1R 的阻值，是正常時 NV = iV ，則有： （ NV iV ） / 1R =（ NV 0V ） / 3R 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 20 頁 即： 0V =[ NV / 3R （ iV NV ） / 1R ]= NV 圖 36 斷線保護電路 而斷線時， iV ＜ NV ，則 0V 值增大，達到一定程度時，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，從而達到保護的目的。該保護電路可加在漏電保護回路中與之構成綜合的漏電 斷線一體化保護電路。 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 21 頁 第四章 漏電、斷線保護一體化電路設計 設計思路 通過前面幾章的討論與分析，我們已經知道了幾種漏電，斷線保護方法。而在生產實際中需要的是具有多種保護功能的綜合性的保護裝置。本設計的任務是將漏電保護和斷線保護結合在一起，構成綜合的漏電，斷線保護一體化電路。 前面對漏電的討論，當系統(tǒng)發(fā)生漏電故障（對照明電網，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，使之與基準電壓，及絕緣電阻下降到危險值以下時對應的電壓相比較，當電壓變化到高（低）與基準值時，使相應的繼電器動作跳閘，達到保護目 的。當電路中發(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。電路的設計既要能使保護裝置對兩種故障都能保護，又要能使操作人員能直觀的，迅速地做出判斷。后面的設計就是要體現(xiàn)這種設計思想。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 根據設計思想，我們先要畫出保護電路原理框圖，以便以后為指導設計各部分電路。 設計原理框圖如下：（圖 41） 圖 41 設計原理圖 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 22 頁 由原理框圖可知，本電路保護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和斷線保護，使之一體化。 供電性能 供電電壓為井下照明電網低壓 127v 三相；照明變壓器 ,4kvA 通用。 求達到的保護性能 a) 送電前的漏電閉鎖 漏電閉鎖是在低壓網絡中，對電動機，照明網絡及其供電電纜的絕緣水平進行合閘前的監(jiān)視。漏電閉鎖保護能使有故障的供電回路不投入工作。根據《煤礦安全規(guī)程》（ 1980年）規(guī)定：“井下低壓電網應裝設帶有漏電閉鎖的檢漏保護裝置或有選擇性的檢漏保護裝置?！备鶕@項規(guī)定，本設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) 對于負荷側任意出發(fā)生漏電故障或斷線故障，保護電路均能反映并可靠地動作。 本設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。本設計照明網絡首 端的供電電壓允許有177。 10%額定電壓的波動。同時要求照明網絡末端電壓不應低于 50%額定電壓。 保護原理 本設計的漏電保護采用傳統(tǒng)的三相半波整流直流檢測式保護方式。綜合取樣電路采用三個二極管對地構成直流檢測環(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。 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 23 頁 故障鑒別回路利用集成運算放大器構成電壓比較器電路，通過取樣電壓與基準電壓比較來控制保護元件（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，經確認后，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。同時相應指示燈亮，指示回路應能互鎖，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，使得不論網絡何處發(fā)生斷線，漏電，保護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，供整個保護裝置電子線路用。為了提高保護性能，增加保護動作的可靠性，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 整個保護電路是有主控電回路，控制回路和保護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 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。完成整個照明網絡和保護系統(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： 遠距離照明綜合保護裝置 _大學 畢業(yè)設計說明書 第 24 頁 查《煤礦電工手冊》第 5 冊中關于低壓熔斷器選擇的規(guī)定，根據著名變壓器一次側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 1K 選用： HZ10/E 160TH組合開關。 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“保護回路”）有電工作。當 127V 網絡，即負荷側無故障時，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，負荷側得電，系統(tǒng)開始運行。在保護回路中的