【文章內容簡介】 作電流和動作時間調整方便、使用耐久。但電子式漏電保護裝置對使用條件要求嚴格，抗電磁干擾性能較差，當主電路缺相時，可能會因缺失輔助電源而喪失保護功能。 結構特征分類 （ 1）開關型漏電保護裝置。它是一種將零序電流互感器、中間環(huán)節(jié)和主要開關組合安裝在同一機殼內的開關電器，通常稱為漏電開關或漏電斷路器。其特點是：當檢測到出點、漏電后，保護器本身即可直接切斷被保護主電路的供電電源。這種保護器有的還建有短路保護及過載保護。 （ 2）組合型漏電保護裝置。它是一種由漏電繼電器和主開關通過電氣連接組合而成的漏電保護裝置。當發(fā)生觸電、漏電故障時，有漏電繼電器進行信號檢測、處理和比較，通過其脫扣器或繼電器動作，發(fā)出報警信號；也可通過控制觸電去操作主開關切斷供電電源。漏電繼電器本身不具備直接斷開 主電路的功能。 9 （ 1）固定位置安裝、固定接線方式的漏電保護裝置； （ 2）帶有電纜的可移動使用的漏電保護裝置。 按主開關的極數(shù)和穿過零序電流互感器的線數(shù)可將漏電保護裝置分為：單級二線漏電保護裝置、二極漏電保護裝置、二極三線漏電保護裝置、三極漏電保護裝置、三極四線漏電保護裝置和四極漏電保護裝置。其中，單級二線漏電保護裝置、二極三線漏電保護裝置、三極四線漏電保護裝置均有一根直接穿過零序電流互感器而不能被主開關斷開的中性線。 運行方式分類 （ 1）不需要輔助電源的漏電保 護裝置 （ 2）需要輔助電源的漏電保護裝置。此類中又分為輔助電源中斷時可自動切斷的漏電保護裝置和 輔助電源中斷時不可自動切斷的漏電保護裝置。 按動作時間可將漏電 保護裝置分為：快速動作型漏電保護裝置、延時型漏電保護裝置和反時限型漏電保護裝置。 按動作靈敏度可將漏電保護裝置分為：高靈敏度型漏電保護裝置、中靈敏度型漏電保護裝置和低靈敏度型漏電保護裝置 [6]。 漏電分析 電網(wǎng)一旦發(fā)生漏電故障，原來三相對稱的運行狀態(tài)就要發(fā)生變化，絕大部分情況下其對地的對稱性遭到破壞，因而 各相對地電壓不再對稱，并產(chǎn)生零序電壓和零序電流等新的參數(shù)。運用對稱分量法、節(jié)點電壓法及戴維南定理等理論，可以對供電單元發(fā)生漏電時的狀態(tài)進行升入的定量分析，分析的結果將為設計完善可靠的漏電保護系統(tǒng)提供理論根據(jù) [7]。 10 由于三相電源的中性點不接地，所以不論電網(wǎng)發(fā)生什么類型的漏電故障，電網(wǎng)的線電壓將不發(fā)生變化，仍是三相對稱的。單相漏電和兩相漏電均屬于不對稱故障，故障發(fā)生后，電網(wǎng)各相對地電源就不再對稱，并且變壓器中性點也要發(fā)生位移，產(chǎn)生對地電壓（零序電壓），如果系統(tǒng)中有零序回路，則在回路中有零序電流流通。 考慮到低 壓電網(wǎng)與其各相對地的絕緣阻抗可以構成一具有一個節(jié)點的網(wǎng)絡，故采用節(jié)點電壓法來進行漏電分析較為方 便，但這種分析方法要用到的零序電壓、零序電流及零序阻抗的概念， 出自對稱分量法的理論。 針對一個節(jié)點的網(wǎng)絡，節(jié)點電壓法的定義為：聯(lián)到節(jié)點的各支路電動勢和該支路阻抗之商的向量和，等于該節(jié)點電壓與聯(lián)到該節(jié)點各支路阻抗并聯(lián)值之商。即 / = ) （ 21） 式中 —— 節(jié)點電壓； —— 聯(lián)到節(jié)點的所有支路阻抗并聯(lián)值（理解為節(jié)點內所有支路）； —— 節(jié)點內各支路的電動勢 —— 與各 同支路的阻抗 當忽略變壓器、線路等元件的阻抗后，正常時電網(wǎng)的電源中性點 N 與大地 之間只有 3 個支路并聯(lián)，并分別 由 各相電動勢與各相對地的零序阻抗 組成，故構成一具有一個節(jié)點的網(wǎng)絡。發(fā)生單相漏電或兩相漏電時，就相當 于在漏電相的零序阻抗上并聯(lián)了過渡電阻 ，這樣，我們就可以直接應用節(jié)點電壓法求出中性點與大地的電位差 ，即零序電壓 ，進而根據(jù)邊界條件和回路電壓定律求得其他故障參數(shù)的表達式 [4]。 利用節(jié)點電壓法分析單相漏電 單項漏電時情況如圖 21 所示。圖中變壓器二次側中性點不接地， 為 相漏電的過渡電阻，其變化范圍約為 0~11KΩ, 為個相對地絕緣電阻，為各相對地電容。對于漏電回路，變壓器、線路及大地的阻抗均為 11 歐姆數(shù)量級及以下，遠小于 r 和容抗 ,可以忽略。正常時電網(wǎng)的電源中性點 N 與大地 之間只有三條支路并聯(lián)，并分別由各相電動勢與各相對地的零序阻抗 組成，故構成一具有一個節(jié)點的網(wǎng)絡。發(fā)生單相漏電或兩相漏電時，相當于在漏電相的零序阻抗上并聯(lián)了過渡電阻 ，因而可以直接應用節(jié)點電壓法求出中性點與大地的電位差 ，進而根據(jù)邊界條件和回路電 壓定律求得其故障參數(shù)的表達式。此時的零序電路如圖 22 所示。 圖 21 利用節(jié)電電壓法分析單項漏電的電路圖 N 點為變壓器二次側中性點， 為大地，設在 相發(fā)生單相漏電，過渡電阻為。顯然當未發(fā)生單相接地時，電路相當于三項對地接有一阻抗為 的三相星形負載，根據(jù)公式（ 21）可得 =0，也就是不產(chǎn)生零序電壓，因此也不會有零序電流，三相對地只有較小的各相泄漏電流，并在地中達到平衡。 12 圖 22 單相漏電的等效電路圖 N 點為變壓器二次側中性點， 為大地，設在 相發(fā)生單相漏電，過渡電阻為。顯然當未發(fā)生單相接地時，電路相當于三項對地接有一阻抗為 的三相星形負載，根據(jù)公式（ 21）可得 =0，也就是不產(chǎn)生零序電壓，因此也不會有零序電流，三相對地只有較小的各相泄漏電流，并在地中達到平衡。 需要說明的是電網(wǎng)每相對地零序阻抗 的含義。由于電網(wǎng)為中性點絕緣 系統(tǒng)，入地的漏電電流 必須經(jīng)過非故障相的絕緣電阻 和對地電容 構成回路，故 是電網(wǎng)每相對地絕緣電阻 r 和電容容抗 并聯(lián)以后的阻抗值（電纜線路對地感抗很小可忽略）。 (22) 式中 , 當發(fā)生單相漏電時，相當于在 相的零序阻抗 上又并聯(lián)了一個過渡電阻 ， 因而破壞了原由 組成的三相星形負載的對稱性。根據(jù)公式（ 21），并令 13 的并聯(lián)值為 ， 故得零序電壓 = = = = = （ 23） 式中 a、 —— 向量算子； 各相零序電流 （ 24） 根據(jù)回路電壓定律得故障相的對地電壓 （ 25） 同理，非故障相的對地電壓 (26) 14 (27) 電網(wǎng)經(jīng) 入地的漏電電流 (28) ZsV? 與各相對地電壓的向量關系圖如 23 所示 圖 23 各相對地電壓的向量關系圖 利用節(jié)點電壓法分析兩相漏 電 等效電路如圖 25 所示，分別在 兩相發(fā)生了經(jīng)過過渡電阻 ，同樣破壞了原由三個 上各并聯(lián)了一個電阻 ，同樣破壞了原由三個 所組成的三相星形負載的對稱性。 15 圖 24兩相漏電的等效電路圖 利用節(jié)點電壓法，可以求得兩相漏電各故障參數(shù)的向量表達式如下： (29) (210) (211) (212) (213) 電網(wǎng)經(jīng) 入地的各相漏電電流，可據(jù)邊界條件求得 (214) (215) 16 電網(wǎng) 的總入地漏電電流 (216) 比較兩種漏電故障 （ 1） 兩種故障下零序電壓與各相對地電壓的向量關系是完全相似的； （ 2） 在相同的電網(wǎng)參數(shù)和故障條件下（ trR ）下，單相漏電的 zszs IV、 有效值大于兩相漏電； （ 3） 在中性點絕緣的電網(wǎng)中發(fā)生單相漏電、兩相漏電等不對稱漏電故障時，比產(chǎn)生具有一定大小和相位的 ，而故障處的各相對地電壓則分別等于各相正常時的相電 壓與零序電壓 和 的向量和，電網(wǎng)線電壓仍保持其對稱性。 （ 4） 當兩相 漏電過渡電阻 0 時，電網(wǎng)就發(fā)生兩相接地短路，成為 短路加漏電的復合型故障，所以分析過程稍復雜些；當單相漏電過渡電阻 時，由于系統(tǒng)中性點絕緣，雖被稱之為單相接地短路，卻完全不屬于短路的范圍，這是一種最嚴重的漏電故障。 在工程實際中，電網(wǎng)發(fā)生兩相漏電的幾率遠不如單相漏電高，其故障程度（僅就漏電而言）也比單相漏電輕。單相漏電故障約占 85%左右，而且有相當一部分（約30%以上）單相漏電若不及時切除， 將發(fā)展成更嚴重的短路故障，所 以單相漏電是低壓電網(wǎng)漏電故障的主流 ,因此本課題主要對單相漏電進行研究， 所 設計 出的 漏電保護器 主要針對單相漏電 。 [8] 單相漏電 各 故障參數(shù)的變化 這一部分主要分析在電網(wǎng)單相漏電（含人體觸電）的情況下，零序電壓、零序電流、人身觸電電流及各相對地電壓的變化規(guī)律和它們之間的相位關系。兩相漏電的情況可用相同方法研究。 17 單相漏電時零序電壓的變化規(guī)律 在放射式供電系統(tǒng)中，有 n 條供電線路， 如圖 25 所示。 設第 i 條支路的對地電容為 ；對地絕緣電阻為 ，正常工作時 ，系統(tǒng)處 于三相平衡狀態(tài)， 圖 25 放射式電網(wǎng)參數(shù)分布圖 此時系統(tǒng)每相對地阻抗參數(shù)為： ??? ni iC1C 18 當線路 1 的 A 相發(fā)生漏電故障時，將導致系統(tǒng)中性點位移，產(chǎn)生零序電壓 ，設漏電電阻為 R，則零序電壓 為： (217) 將 代入上式得： (218) 超前 180176。 Φ角度，其中Φ值為： Φ = (219) 則 (220) (221) 的模為： 19 (222) 則 隨參數(shù) r、 和 R 變化的規(guī)律為： （ 1） 當系統(tǒng)對地絕緣電阻不變，即 r 和 R 為定值時 (223) 這是一個直徑為 ，且直徑通過向量 的圓的極坐標方程，對應不同的 同的 r 和 R 值，圓具有不同的直徑。但所有圓的直徑都通過向量 ，直徑變化時產(chǎn)生的圓族內切與圓心。 ? 角隨 變化范圍為： 當 C=0 時， ； 當 C= 時， ； 即當 C 由 0 到 ， 在 之間變化，這說明該圓為一半圓。 （ 2） 當系統(tǒng)對地電容不變，即 C 和 R 為定值時 (224) 這是一個直徑為 ，與向量 相切于坐標原點的極坐標方程，系統(tǒng)具有不 有不同的 C 和 R 值，圓就具有不同的直徑。該圓族也內切于坐標原點， 角隨系統(tǒng)對地絕緣阻抗 r 變化的范圍為： 當 r=0 時， = 當 r= 時， = 20 即當 C 和 R 為定值時， r 在 至 區(qū)間變化是， 角在 至 區(qū)間變化。這說明 的變化軌跡為部分圓弧，最大角度為 。 同時滿足 r 和 C 變化條件的 向量的模為兩圓交點至坐標原點的距離，方向指向坐 標原點 . （ 3） 系統(tǒng)對地絕緣電阻和對地電容不變，即 r 和 C 為定值時，兩院的直徑 D都隨 R 值變化， D 隨 R 變化的規(guī)律為雙曲線。直徑 D 和 角隨 R 變化規(guī)律為： 電故障發(fā)生時， R 值是變化的。因此，分析 R 值變化對漏電參數(shù)的影響是非常必要的 當 R=0 時， ， 。此時兩圓交于縱坐標 點，即， ； 當 R 有零逐漸增大時， 雙曲線規(guī)律減小， 角 逐漸增大， ； 當 R 趨近于 都趨近于其漸近線 D=0， ， ，此時，系統(tǒng)工作在三相平衡狀態(tài)，即非故障狀態(tài)。 對于一個固定的電力系統(tǒng)來說，常常具有固定的 r 值和 C 值，而漏電故障的形成往往有一個過程，也就是說在漏電故障發(fā)生時， R 值是變化的。因此，分析 R 值變化對漏電參數(shù)的影響是非常必要的。 各相對地電壓 當 A 相發(fā)生漏電故障時，由于零序電壓 的存在，將導致對地電壓的不平衡。隨著 r 和 C 的變 化， C 相的對地電壓將可能超過線電壓，因此而成為絕緣的薄弱環(huán)節(jié)。同理，當 B（ C）相漏電時， A（ B）相得對地電壓有可能超過系統(tǒng)線電壓，成為絕緣的薄弱環(huán)節(jié)。 零序電流 零序電流是漏電保護中使用的重要參數(shù)之一，其具有下列特征： 21 （ 1） 由于零序電流不能經(jīng)變壓器的中性點構成回路，因此各支路中的零序電流將流過漏電點； （ 2） 漏電支路測得的零