【文章內容簡介】 漏電故障時，漏電保護系統(tǒng)僅使開關切斷漏電故障所在支路，并保證非漏電故障支路正常供電。它大大減小了由漏電故障而引起的停電范圍，提高了供電的可靠性。此外，選擇性漏電保護還有助于尋找漏電故障，便于迅速處理，有利于提高生產效率。選擇性漏電保護裝置的基本要求主要有四個方面:(1)選擇性選擇性是指當發(fā)生單相接地故障時，漏電保護裝置能判斷出故障線路。設計中這項功能是通過對三相供電線路每相的電流進行采集、處理和比較來完成的。(2)速動性當發(fā)生單相接地故障時，漏電保護裝置能快速的采集到故障信號，并驅動斷路器完成保護動作，以提高礦山供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，縮小故障對供電網絡的損壞程度。(3)靈敏性漏電保護的靈敏性是指，對于其保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在事先規(guī)定的保護范圍內部發(fā)生故障時，不論漏電點的位置、漏電的類型如何，都能敏銳感覺，正確反應。保護裝置的靈敏性，可以用靈敏系數來衡量，通常記為Ksen，它主要取決于被保護元件和供電系統(tǒng)的參數和運行方式。 (4)可靠性 保護裝置的可靠性是指，對于任何一個保護系統(tǒng)，在為其規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作(簡稱拒動)。而在其它任何情況下，包括系統(tǒng)正常運行狀態(tài)或發(fā)生了該保護裝置不應該動作的故障時，則不應該錯誤動作(簡稱誤動)?？煽啃灾饕轻槍ΡＷo裝置本身的質量和運行維護水平而言的。一般說來，保護裝置的原理方案越周全，結構設計越合理，所用元器件的質量越好，制造工藝越精良，內外接線越簡明，回路中觸點數越少，保護裝置的可靠性就越高。同時，正確的安裝和接線，嚴格的調整和試驗等，對于提高漏電保護的可靠性都具有重要作用。 以上四個基本要求是分析研究漏電保護性能的基礎。它們之間既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。本設計的絕大部分工作是圍繞著如何處理好這四個基本要求之間的辯證統(tǒng)一關系而進行的。與此同時，設計中還應該在保證四個基本要求的基礎上，考慮設計經濟問題，能通過簡單電路功能實現(xiàn)的，我們就自行設計組裝:對于較為次要的數量很多的電氣元件，我們不裝設過于復雜和昂貴的保護裝置。 漏電保護原理1零序電流保護原理零序電流保護的基本原理是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點的復電流的代數和等于零，即∑I=0，它是用零序CT（電流互感器）作為取樣元件。在線路與電氣設備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零（對零序電流保護假定不考慮不平衡電流），因此，零序CT的二次側繞組無信號輸出（零序電流保護時躲過不平衡電流），執(zhí)行元件不動作。當發(fā)生接地故障時的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序CT的環(huán)形鐵芯中產生磁通，零序CT的二次側感應電壓使執(zhí)行元件動作，帶動脫扣裝置，切換供電網絡，達到接地故障保護目的。各支路零序電流互感器零序電壓互感器復式電源低通濾波 零序有功檢測環(huán)節(jié)數模轉換器單片機報警提示打印RS232圖25 整體系統(tǒng)結構框圖零序電流互感器的作用漏電保護器通過電流互感器檢測取得異常訊號，經過中間機構轉換傳遞，使執(zhí)行機構動作，通過開關裝置斷開電源。 電流互感器的結構與變壓器類似，是由兩個互相絕緣繞在同一鐵心上的線圈組成。當一次線圈有剩余電流時，二次線圈就會感應出電流。第三章 硬件設計 零序電流互感器．1 零序電流互感器（1） 原理：電流互感器是利用一,二次側線圈匝數不等，把一次側的大電流變成二次側的小電流，送到電流表或功率表的電流繞組進行測量。零序電流互感器是電流互感器的一種，所以工作原理基本相同，所不同的是，零序電流互感器檢測的是零序電流。（2） 使用：在零序電流保護中在三相線路上各裝一個電流互感器（CT），或讓三相導線一起穿過一個零序CT，也可以在中性線N上安裝一個零序CT，利用這些CT來檢測三相的電流矢量和，即零序電流I0，I0= IA +IB + IC，當線路上所接的三相負荷完全平衡時（無接地故障，且不考慮線路,電氣設備的泄漏電流）I0=0；當線路上所接的三相負荷不平衡時，則I0= IN，此時的零序電流為不平衡電流IN，當某一相發(fā)生接地故障時，必然產生一個單相接地故障電流Id，此時檢測到的零序電流I0 =IN+ Id，是三相不平衡電流與單相接地電流的矢量和。具體應用如圖（31）圖31 零序電流互感器原理圖（3）注意問題1） 二次側絕對不許開路；2） 二次側必須接地；3） 二次回路串入的阻抗值不應超過有關技術規(guī)定。．2 零序電流互感器的選擇根據使用環(huán)境和安裝條件確定互感器的類型，然后按正常工作條件參數確定其規(guī)格。具體選擇如下：（1）我國井下工作環(huán)境比較潮濕，相對濕度往往高達95%以上。周圍環(huán)境中還含有瓦斯等易燃氣體，為了確保安全生產，避免因為電器開關工作時產生的電火花引燃引爆易燃氣體，所以都在普遍使用礦用隔爆型防爆電器。（2）額定電壓的選擇電流互感器的電壓應大于或等于電網的額定電壓。即UN≥UNW （31）式中 UN ——電氣設備的額定電壓 U ——電網的額定電壓（3）一次額定電流的選擇電流互感器原邊額定電流I ~ ca，即 I 1N≥（~）I ca （32）（4）準確等級校驗電流互感器的準確等級應與二次側設備的要求相適應。；；；3級、10級用于監(jiān)視儀表和繼電保護；5P、10P級用于繼電保護?；ジ衅鞯臏蚀_等級與二次側負載容量有關，如果容量過大，準確等級下降，要滿足準確等級要求，二次負載的總容量S2應小于或等于該準確等級所規(guī)定的額定容量S2N。即S≥S2 （33）電流互感器的次電流已經標準化（5A/10A），故當電流互感器二次側為額定電流時，二次容量僅決定于二次負載R2。即S2=I2N2 R2 （34）電流互感二次側負載電阻可用下式計算，即R2=KW1∑RK+KW2RW+RC （35）式中 KWKW2——接線系數，取決于互感器二次側接線方式，其值見表（31） ∑RK ——測量儀表和繼電器線圈的內阻，Ω RW ——連接導線內阻，Ω RC ——導線連接時的接觸電阻，~表31 電流互感器二次接線系數接線方式接線系數KW1KW2單相三相星形1121二相星形三線接負載二線接負載1二相差接三角形323（5）動穩(wěn)定校驗 電流互感器滿足動穩(wěn)定的條件是：Kes√2I1N≥iim （36）式中 Kes為動穩(wěn)定系數,由產品目錄查出 iim 為三相沖擊短路電流（6）熱穩(wěn)定校驗 電流互感器滿足熱穩(wěn)定的條件是（Kts I1N）2t≥Ie2s ti （37）式中 Kts為對應于t的熱穩(wěn)定倍數，有產品目錄查出 t 為給定的熱穩(wěn)定時間，一般為1sIes為三相穩(wěn)態(tài)短路電流有效值，Ati 為短路電流的假想作用時間，s 零序電壓互感器的選擇電壓互感器采用三個JDZJ6型單相電壓互感器，其輔助二次側接成開口三角形用做零序電壓互感器。輸出接電阻負載分壓后待低通濾波器進一步處理。 模數轉換器模數轉換器即A/D轉換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉變?yōu)閿底中盘柕碾娮釉?。通常的模數轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數字信號。由于數字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小數模轉換器最重要的參數是轉換的精度，通常用輸出地數字信號的位數的多少表示。轉換器能夠準確輸出地數字信號的位數越多，表示轉換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉換器的性能越好。A/D轉換一般要經過采樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，有些過程是合并進行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉換過程中是同時實現(xiàn)的?！　∫话銇碚f，AD比DA貴，尤其是高速的AD，因為在某些特殊場合，如導彈的攝像頭部分要求有高速的轉換能力。一般那樣AD要上千美元。還有通過AD的并聯(lián)可以提高AD的轉換效率，多個AD同時處理數據，能滿足處理器的數字信號需求了。 ADC0809數模轉換器ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。是目前國內應用最廣泛的8位通用A/D芯片1．主要特性1）8路輸入通道，8位A/D轉換器，即分辨率為8位。2）具有轉換起?？刂贫恕?　3）轉換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）　 　　4）單個+5V電源供電 　　5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準。 　　6）工作溫度范圍為40～+85攝氏度 　　7）低功耗，約15mW。2．內部結構ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，內部結構如圖13．22所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。圖32 ADC0809內部結構、引腳圖3．外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖13．23所示。下面說明各引腳功能。 　　IN0～IN7：8路模擬量輸入端。 　　21～28：8位數字量輸出端。 　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 。　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 　　START： A/D轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉換）。 　　EOC： A/D轉換結束信號，輸出，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。 　　OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數字量。 　　CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 　　REF（+）、REF（）：基準電壓。 　　Vcc：電源，單一+5V。 　　GND：接地。4．ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。 　　轉換數據的傳送 A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 　?。?）定時傳送方式 　　對于一種A/D轉換其來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128μs，相當于6MHz的MCS51單片機共64個機器周期?？蓳嗽O計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數據傳送。 　?。?）查詢方式 　　A/D轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查