【文章內(nèi)容簡介】 作電流和動(dòng)作時(shí)間調(diào)整方便、使用耐久。但電子式漏電保護(hù)裝置對使用條件要求嚴(yán)格，抗電磁干擾性能較差，當(dāng)主電路缺相時(shí)，可能會(huì)因缺失輔助電源而喪失保護(hù)功能。 結(jié)構(gòu)特征分類 （ 1）開關(guān)型漏電保護(hù)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(guān)組合安裝在同一機(jī)殼內(nèi)的開關(guān)電器，通常稱為漏電開關(guān)或漏電斷路器。其特點(diǎn)是：當(dāng)檢測到出點(diǎn)、漏電后，保護(hù)器本身即可直接切斷被保護(hù)主電路的供電電源。這種保護(hù)器有的還建有短路保護(hù)及過載保護(hù)。 （ 2）組合型漏電保護(hù)裝置。它是一種由漏電繼電器和主開關(guān)通過電氣連接組合而成的漏電保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)生觸電、漏電故障時(shí)，有漏電繼電器進(jìn)行信號(hào)檢測、處理和比較，通過其脫扣器或繼電器動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；也可通過控制觸電去操作主開關(guān)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(hù)裝置； （ 2）帶有電纜的可移動(dòng)使用的漏電保護(hù)裝置。 按主開關(guān)的極數(shù)和穿過零序電流互感器的線數(shù)可將漏電保護(hù)裝置分為：單級(jí)二線漏電保護(hù)裝置、二極漏電保護(hù)裝置、二極三線漏電保護(hù)裝置、三極漏電保護(hù)裝置、三極四線漏電保護(hù)裝置和四極漏電保護(hù)裝置。其中，單級(jí)二線漏電保護(hù)裝置、二極三線漏電保護(hù)裝置、三極四線漏電保護(hù)裝置均有一根直接穿過零序電流互感器而不能被主開關(guān)斷開的中性線。 運(yùn)行方式分類 （ 1）不需要輔助電源的漏電保 護(hù)裝置 （ 2）需要輔助電源的漏電保護(hù)裝置。此類中又分為輔助電源中斷時(shí)可自動(dòng)切斷的漏電保護(hù)裝置和 輔助電源中斷時(shí)不可自動(dòng)切斷的漏電保護(hù)裝置。 按動(dòng)作時(shí)間可將漏電 保護(hù)裝置分為：快速動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置、延時(shí)型漏電保護(hù)裝置和反時(shí)限型漏電保護(hù)裝置。 按動(dòng)作靈敏度可將漏電保護(hù)裝置分為：高靈敏度型漏電保護(hù)裝置、中靈敏度型漏電保護(hù)裝置和低靈敏度型漏電保護(hù)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(yùn)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(yùn)用對稱分量法、節(jié)點(diǎn)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(shí)的狀態(tài)進(jìn)行升入的定量分析，分析的結(jié)果將為設(shè)計(jì)完善可靠的漏電保護(hù)系統(tǒng)提供理論根據(jù) [7]。 10 由于三相電源的中性點(diǎn)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(diǎn)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(gòu)成一具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，故采用節(jié)點(diǎn)電壓法來進(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)電壓法的定義為：聯(lián)到節(jié)點(diǎn)的各支路電動(dòng)勢和該支路阻抗之商的向量和，等于該節(jié)點(diǎn)電壓與聯(lián)到該節(jié)點(diǎn)各支路阻抗并聯(lián)值之商。即 / = ) （ 21） 式中 —— 節(jié)點(diǎn)電壓； —— 聯(lián)到節(jié)點(diǎn)的所有支路阻抗并聯(lián)值（理解為節(jié)點(diǎn)內(nèi)所有支路）； —— 節(jié)點(diǎn)內(nèi)各支路的電動(dòng)勢 —— 與各 同支路的阻抗 當(dāng)忽略變壓器、線路等元件的阻抗后，正常時(shí)電網(wǎng)的電源中性點(diǎn) N 與大地 之間只有 3 個(gè)支路并聯(lián)，并分別 由 各相電動(dòng)勢與各相對地的零序阻抗 組成，故構(gòu)成一具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。發(fā)生單相漏電或兩相漏電時(shí)，就相當(dāng) 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(yīng)用節(jié)點(diǎn)電壓法求出中性點(diǎn)與大地的電位差 ，即零序電壓 ，進(jìn)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(dá)式 [4]。 利用節(jié)點(diǎn)電壓法分析單相漏電 單項(xiàng)漏電時(shí)情況如圖 21 所示。圖中變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)不接地， 為 相漏電的過渡電阻，其變化范圍約為 0~11KΩ, 為個(gè)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(jí)及以下，遠(yuǎn)小于 r 和容抗 ,可以忽略。正常時(shí)電網(wǎng)的電源中性點(diǎn) N 與大地 之間只有三條支路并聯(lián)，并分別由各相電動(dòng)勢與各相對地的零序阻抗 組成，故構(gòu)成一具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。發(fā)生單相漏電或兩相漏電時(shí)，相當(dāng)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(yīng)用節(jié)點(diǎn)電壓法求出中性點(diǎn)與大地的電位差 ，進(jìn)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(dá)式。此時(shí)的零序電路如圖 22 所示。 圖 21 利用節(jié)電電壓法分析單項(xiàng)漏電的電路圖 N 點(diǎn)為變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)， 為大地，設(shè)在 相發(fā)生單相漏電，過渡電阻為。顯然當(dāng)未發(fā)生單相接地時(shí)，電路相當(dāng)于三項(xiàng)對地接有一阻抗為 的三相星形負(fù)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(huì)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(dá)到平衡。 12 圖 22 單相漏電的等效電路圖 N 點(diǎn)為變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)， 為大地，設(shè)在 相發(fā)生單相漏電，過渡電阻為。顯然當(dāng)未發(fā)生單相接地時(shí)，電路相當(dāng)于三項(xiàng)對地接有一阻抗為 的三相星形負(fù)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(huì)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(dá)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(diǎn)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(gòu)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(dāng)發(fā)生單相漏電時(shí)，相當(dāng)于在 相的零序阻抗 上又并聯(lián)了一個(gè)過渡電阻 ， 因而破壞了原由 組成的三相星形負(fù)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(guān)系圖如 23 所示 圖 23 各相對地電壓的向量關(guān)系圖 利用節(jié)點(diǎn)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(gè) 上各并聯(lián)了一個(gè)電阻 ，同樣破壞了原由三個(gè) 所組成的三相星形負(fù)載的對稱性。 15 圖 24兩相漏電的等效電路圖 利用節(jié)點(diǎn)電壓法，可以求得兩相漏電各故障參數(shù)的向量表達(dá)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?cè)氲芈╇婋娏? (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(guān)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(diǎn)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(shí)，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(shí)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(dāng)兩相 漏電過渡電阻 0 時(shí)，電網(wǎng)就發(fā)生兩相接地短路，成為 短路加漏電的復(fù)合型故障，所以分析過程稍復(fù)雜些；當(dāng)單相漏電過渡電阻 時(shí)，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)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(yán)重的漏電故障。 在工程實(shí)際中，電網(wǎng)發(fā)生兩相漏電的幾率遠(yuǎn)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(dāng)一部分（約30%以上）單相漏電若不及時(shí)切除， 將發(fā)展成更嚴(yán)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(jìn)行研究， 所 設(shè)計(jì) 出的 漏電保護(hù)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(guān)系。兩相漏電的情況可用相同方法研究。 17 單相漏電時(shí)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(shè)第 i 條支路的對地電容為 ；對地絕緣電阻為 ，正常工作時(shí) ，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(shí)系統(tǒng)每相對地阻抗參數(shù)為： ??? ni iC1C 18 當(dāng)線路 1 的 A 相發(fā)生漏電故障時(shí)，將導(dǎo)致系統(tǒng)中性點(diǎn)位移，產(chǎn)生零序電壓 ，設(shè)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(dāng)系統(tǒng)對地絕緣電阻不變，即 r 和 R 為定值時(shí) (223) 這是一個(gè)直徑為 ，且直徑通過向量 的圓的極坐標(biāo)方程，對應(yīng)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(shí)產(chǎn)生的圓族內(nèi)切與圓心。 ? 角隨 變化范圍為： 當(dāng) C=0 時(shí)， ； 當(dāng) C= 時(shí)， ； 即當(dāng) C 由 0 到 ， 在 之間變化，這說明該圓為一半圓。 （ 2） 當(dāng)系統(tǒng)對地電容不變，即 C 和 R 為定值時(shí) (224) 這是一個(gè)直徑為 ，與向量 相切于坐標(biāo)原點(diǎn)的極坐標(biāo)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(nèi)切于坐標(biāo)原點(diǎn)， 角隨系統(tǒng)對地絕緣阻抗 r 變化的范圍為： 當(dāng) r=0 時(shí)， = 當(dāng) r= 時(shí)， = 20 即當(dāng) C 和 R 為定值時(shí)， 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(shí)滿足 r 和 C 變化條件的 向量的模為兩圓交點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，方向指向坐 標(biāo)原點(diǎn) . （ 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(shí)，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(shí)， 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(dāng) R=0 時(shí)， ， 。此時(shí)兩圓交于縱坐標(biāo) 點(diǎn)，即， ； 當(dāng) R 有零逐漸增大時(shí)， 雙曲線規(guī)律減小， 角 逐漸增大， ； 當(dāng) R 趨近于 都趨近于其漸近線 D=0， ， ，此時(shí)，系統(tǒng)工作在三相平衡狀態(tài)，即非故障狀態(tài)。 對于一個(gè)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(gè)過程，也就是說在漏電故障發(fā)生時(shí)， 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(dāng) A 相發(fā)生漏電故障時(shí)，由于零序電壓 的存在，將導(dǎo)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(dāng) B（ C）相漏電時(shí)， 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(hù)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(diǎn)構(gòu)成回路，因此各支路中的零序電流將流過漏電點(diǎn)； （ 2） 漏電支路測得的零