【正文】 另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時(shí)。 變壓器的鐵損包括兩個(gè)方面。當(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。變壓器傳輸電能時(shí)總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損。 當(dāng)變壓器的輸出功率 P2 等于輸入功率 P1 時(shí)，效率 η 等于 100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗。反之則為升壓變壓器 。 1122uNn?? 式中 n 稱為電壓比 (圈數(shù)比 ) 。當(dāng) N2N1 時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng) N2N1 時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢低于初級電壓，這種變壓器稱為降變壓器。 變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為 N1 和 N2 ， N1 為初級， N2 為次級。所以首先使用變壓器，在其初線圈兩端接上 220V 的交流電壓 1u ，由于互感的作用，次級線圈的兩端就會(huì)感 25 應(yīng)出一個(gè)合適的交流電壓 2u ，再對 2u 進(jìn)行整流，就能得到符合要求的直流電源了 （ 1）變壓器的 技術(shù)參數(shù)： 對不同類型的變壓器都有相應(yīng)的技術(shù)要求，可用相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)表示。 圖 36 漏電信號(hào)采集、處理電路 變壓器 變壓器是 由繞在同一鐵芯上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈繞組組成，繞組之間是通過交變磁場而聯(lián)系著并按電磁感應(yīng)原理工作 ， 利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。而非故障支路，零序電流與零序電壓相位相反，負(fù)脈沖輸出。 直流穩(wěn)壓電源由單向橋式整流電路和單片集成穩(wěn)壓電源得到。漏電故障時(shí)支路零 序電流的方向是由線路流向母線，當(dāng)電網(wǎng)對地電阻 r 為無限大時(shí)發(fā)生單相直接接地故障，零序電流前者滯后零序電壓 90176。當(dāng) ?=0 時(shí)，L? =0，此時(shí)電感相當(dāng)于開路。由于電路中串有電感元件，所以當(dāng)有正弦電流 LI 如圖 3— 5（ 1）流過電感 L時(shí)，有 LL diL dtU? ? 其向量形式為 LL jLU I? ??? （或 LL jLUI??? ? =j 1 LLU?? ） 所以 LL LU I?? （或 LL LUI ??） （ 1） 圖 3— 5電感中的正弦 電流 （ 2） 比較器 比較器 積分移相相 微分 相位比較疊加 光電隔離 單片機(jī) 處理 U0 I0 24 正弦電流 LI 滯后正弦電壓 LU 的相位為2?。 23 圖 33 智能漏電保護(hù)裝置原理圖 信號(hào)的采集 圖 34信號(hào)的采集和直流穩(wěn)壓電源 系統(tǒng)中由于漏電故障產(chǎn)生的零序電流和零序電壓通過零序電流互感器和零序電壓互感器獲得。反之，若保護(hù)裝置處于非接地支路上，雖有零序電壓和零序電流輸人，但因零序電流的方向與故障線路的相反，不輸出一個(gè)脈沖。由零序電流互感器輸出的零序電流信號(hào) 0I 經(jīng)過零比較器后，經(jīng)積分、移相、微分電路，送到相位比較疊加環(huán)節(jié)，與 Uo 信號(hào)進(jìn)行相位比較。 一般智能漏電保護(hù)裝置原理框圖如圖 33 所示。漏電閉鎖只監(jiān)視斷電狀態(tài)下的供電線路 ,當(dāng)主回路帶電工作時(shí) ,它便退出工作。當(dāng) 0 01 02 03I I I I? ? ?′ 時(shí)，故障支路流過很小的感性電流，方向由母線流向線路，使零序電流方向保護(hù)裝置完全不能工作，更談不上保護(hù)的橫向選擇性。由于 0I′ 與 01I 、 02I 、 03I 的相位相反，可抵消人身觸電的電容電流成分，減小了人身觸電的危險(xiǎn)。 三相電抗器 SK 是把直流檢測回路和三相交流電網(wǎng)連接起來的元件，零序電抗器 LK具有較大的電抗值 ( 510? )，保證三相電網(wǎng)對地的絕緣水平，是電網(wǎng)各相對地的分布電容。當(dāng)某支路 (如支路 I)發(fā)生漏電故障時(shí)，流經(jīng)各支路饋電開關(guān)的零序電流具有不同的特點(diǎn)，故障支路 I 上的零序電流由線路流向母線 ，大小等于支路 II .III 的零序電流之和，非故障支路上的零序電流由母線流向線路，大小等于支路自身的電容電流。 圖 32 漏電保護(hù)系統(tǒng)原理圖 總開關(guān)處的附加電源直流檢測漏電保護(hù)主要由三相電抗器 SK、零序電抗器 LK、直流 22 電源等組成。 目前的礦井低壓電網(wǎng)漏電保護(hù)系統(tǒng)如圖 1 所示，在線路的分開關(guān)處安裝了采用零序電流方向原理的漏電保護(hù)裝置，有選擇地切除故障支路的電源，滿足漏電保護(hù)的橫向選擇性要求。 21 第三章 漏電保護(hù)的硬件設(shè)計(jì) 漏電保護(hù)原理的分析 漏電保護(hù)屬繼電保護(hù)的范圍，應(yīng)滿足全面、安全、可靠及具有選擇性等基本要求。例如 :在各分組饋電開關(guān)內(nèi)增設(shè)方向保護(hù)單元，就可以做到各分組的橫向選擇性跳閘，相當(dāng)于將供電單元分成幾個(gè)小部分，在哪一部分發(fā)生漏電，就使相應(yīng)的分組開關(guān)蹂閘，然后在該組中實(shí) 施自動(dòng)復(fù)電，其他各組并不停 電。 A),短路電流較小的情況下，采用磁力起動(dòng)器作饋電開關(guān)，對于控制保護(hù)電動(dòng)機(jī)的磁力起動(dòng)器無特殊要求，真空型和空氣型的均可，但要在其內(nèi)加裝閉鎖與重合起動(dòng)電路插件。二是原 DW80 型饋電開關(guān)的附加重合改造 。 ○3開關(guān)設(shè)備的改造與研制問題 在漏電保護(hù)系統(tǒng)中采用自動(dòng)復(fù)電技術(shù)，對各級饋電開關(guān)有不同的要求。 ○ 2 上級開關(guān)正常操作時(shí)下級開關(guān)不應(yīng)自動(dòng)復(fù)電的問題 這一要求主要是為了避免在正常操作時(shí)的無準(zhǔn)備合閘事故，具休地說，就是上級開關(guān)正常拉閘后，經(jīng)過一段時(shí)間 (＞ 10s)的又重新人工合閘送電，此時(shí)不允許下級開關(guān)自動(dòng)合閘，整個(gè)供電單元因高壓故障停電后又重新來電也屬于這種情況。另一方面，即使役有采用自動(dòng)復(fù)電技術(shù)，漏電跳閘后采用人工復(fù)電同樣有可能合閘在短路故障線路處，而且人工復(fù)電時(shí)間較長，這種幾率反 而更高。這樣，在絲毫不增加保護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜程度的前提下滿足了《煤礦安全規(guī)程》的要求，但有增加電網(wǎng)投資的缺點(diǎn)，第二種方案是采用載頻檢測技術(shù)，由電網(wǎng)相間的絕緣阻抗決定電子振蕩器的振蕩與停振，從而能在發(fā)生短路故障時(shí)可靠地閉鎖開關(guān)、起動(dòng)器，既能防止正常合閘在有短路故障的線路中，又能防止自動(dòng)重合在短路故障線路上，這種保護(hù)方式已在 127 V 煤電鉆綜合保護(hù)中得到了成功的應(yīng)用，但它要增加保護(hù)裝置電路的復(fù)雜程度。 欲在系統(tǒng)中設(shè)置短路閉鎖，有兩種方案可供選擇。后者是當(dāng)發(fā)生短路跳閘后，保護(hù)裝置能自動(dòng)閉鎖開關(guān)、起動(dòng)器，只有故障處理完畢再次按動(dòng)人工復(fù)位按鈕后才能重新合閘起動(dòng)?！备鶕?jù)規(guī)程規(guī)定及井下低壓電網(wǎng)的實(shí)際情況，對自動(dòng)復(fù)電技術(shù)在井下低壓電網(wǎng)的使用有嚴(yán)格的前提要求，如可靠的漏電、短路閉鎖、上級正常操作時(shí)下級不應(yīng)重合，只允許重合一次等，此外，配套設(shè)備的研制也是非常必要的。178。178。178。 自動(dòng)復(fù)電式漏電保護(hù)有如下缺點(diǎn) : ○ 1 漏電發(fā)生必先造成全部停電，數(shù)秒后才能自動(dòng)復(fù)電，因此對一些不允許自起動(dòng)的設(shè)備不能采用， ○ 2 必須采用帶重合閘的饋電開關(guān)，總開關(guān)必須用價(jià)格較貴的真空饋電開關(guān)，若要應(yīng)用于老 設(shè)備，原來的空氣式饋電開關(guān)必須進(jìn)行附加重合閘機(jī)構(gòu)的改造工作，因而要增加一定的投資。 ○ 3 其簡單可靠的程度優(yōu)于其他漏電保護(hù)系統(tǒng) 這種漏電保護(hù)除各開關(guān)中的電磁重合閘機(jī)構(gòu)外，只采用了直流檢側(cè)式漏電保護(hù)、閉鎖和簡單的延時(shí)電路，避免了旁路接地與零序功率方向式漏電保護(hù)的復(fù)雜電子線路，因而插件線路簡單，體積小巧，維護(hù)方便，整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)不需另加任何防爆電器，經(jīng)濟(jì)性和可靠性都較高。選擇性自動(dòng)復(fù)電漏電保護(hù)恰如其分地處理了這一矛盾，并使之在漏電保護(hù)領(lǐng)域里達(dá)到較理想的統(tǒng)一。但濫用安全規(guī)定造成頻繁長時(shí)間的 停電停產(chǎn)，同樣會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失 。 ○ 2 顯著減少因漏電故降而停電的時(shí)間和范圍 生產(chǎn)與安全在很多情況下是矛盾的。 由于漏電閉鎖和自動(dòng)復(fù)電滿足了保護(hù)的橫向選擇性 (跳閘后的選擇 )，以及總開關(guān)跳閘的快速性，故對縱向選擇性的延時(shí)電路設(shè)計(jì)與其他方式相比沒有 30 mA、的限制，因?yàn)槭翘l斷電后的延時(shí)。一有漏電，總開關(guān)就快速 C}3D ms)跳閘，故 障處的漏電安秒值容易控制得較小，因而其安全性將優(yōu)于不帶旁路接地的選擇性延時(shí)跳閘漏電保護(hù)系統(tǒng)。 (2)優(yōu)缺點(diǎn) 自動(dòng)復(fù)電式漏電保護(hù)有以下優(yōu)點(diǎn) : ○ 1 保護(hù)性能比較完善 由于采用直流檢惻式漏電保護(hù)而滿足了對保護(hù)系統(tǒng)全面性的要求，比單純的功率方向選擇性漏電保護(hù)優(yōu)越，不論電網(wǎng)何處發(fā)生什么性質(zhì)的漏電故障，均能可靠的動(dòng)作，即在整個(gè)保護(hù)范圍內(nèi)無死區(qū)。而后約 } 12 s，從總開關(guān)開始逐級自動(dòng)恢復(fù) 其 18 正常部分的供電。其基本保護(hù)原理是 :在該供電單元中任何地方發(fā)生任何性質(zhì)的漏電故障或人身觸電事故時(shí)，設(shè)在總開關(guān)處的直流檢測式漏電保護(hù)插件動(dòng)作，使總開關(guān)跳閘斷電，于是單元內(nèi)所有開關(guān)，起動(dòng)器均失壓脫扣斷電，約經(jīng) 。具有自動(dòng)復(fù)電功能的保護(hù)系統(tǒng)，可以減少故障停電時(shí)間，提高電網(wǎng)的供電可靠性，并具 有選擇性。 動(dòng)作電阻值不固定，不能保護(hù)對稱性漏電故障及不能補(bǔ)償電容電流是這種保護(hù)方式的缺點(diǎn)。零序電流式漏電保護(hù)既可以在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中使用，也可以在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中使用。該電流可以用零序電流互感器檢測出來，并加以利用，使繼電器動(dòng)作，這就是零序電流式漏電保護(hù)的原理。 這種方式的漏電保護(hù)有很多缺點(diǎn)，如動(dòng)作電阻值不固定，無選擇性，不能保護(hù)對稱性漏電故瘴，只能在變壓器中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中等，因而一般只用于 6kV 及以上電網(wǎng)的絕緣監(jiān)視裝置中。此外，由于它具有較高的直流電壓，所以能夠較真實(shí)地反應(yīng)電網(wǎng)的絕緣水平。由于變壓器的中性點(diǎn)不接地，經(jīng) 3 個(gè)整流管整流 17 以后的直流電流，必須流經(jīng) fzR → 大地→電網(wǎng)對地的絕緣電阻 ar 、 br 、 cr 才能返回電源，所以該電流的大小就直接反應(yīng)了電網(wǎng)對地的絕緣狀況，利用檢測該電流的大小 ，可以構(gòu)成這種方式的漏電保護(hù)。 (4)動(dòng)作值的整定亦有一定的難度，并存在與其他保護(hù)方式配合協(xié)調(diào)的問題。 (3)準(zhǔn)確地選出故障相在技術(shù)上有一定的難度，最低幅值選相法不能適應(yīng)電網(wǎng)參數(shù)和故障程度的變化，只能在一定的條件下采用 。因此，它不能單獨(dú)構(gòu)成一漏電保護(hù)系統(tǒng)。 (3)保護(hù)范圍全面，只要單相漏電或人身觸電發(fā)生在供電單元內(nèi)，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作，旁路分流能作用于供電單元的任何處所。當(dāng)發(fā)生單相漏電時(shí)能顯著減小漏電處的入地電流，因而限制了裸露的漏電電火花能量。另一種是移相疊加選相法?，F(xiàn)有的一些旁路接地式漏電繼電器和實(shí)驗(yàn)裝置，能在 30ms 以內(nèi)使故障相可靠接地 (井下接地網(wǎng) )，并使通過人身的電流降到 10mA 甚至 5mA 及以下，因而提高了漏電保護(hù)系統(tǒng)的安全性。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相漏電或人身觸及一相時(shí)，由選相電路選出故障相并由執(zhí)行電路使故障相直接接地 (通過預(yù)設(shè)的接地極 )，此時(shí)人地電流絕大部分經(jīng)旁路接地極人地，而漏電處的電流或人身觸電電流則變得很小 。旁路接地漏電保護(hù)的基本依據(jù)是 :在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相漏電并不影響電網(wǎng)線電壓的對稱性，整個(gè)電網(wǎng)仍可以帶負(fù)荷運(yùn)行。這兩種因素得即使有檢漏繼電器也并不能完全確保人身及并下的安全。 表 2— 2 105kW 電動(dòng)機(jī)斷電后的反電勢 可見，即使是負(fù)荷率較高，電動(dòng)機(jī)斷電后 1s 時(shí)的反電勢仍大于 l00V，因而會(huì)對人身造成危害 。 運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)突然被切斷電源后，由于機(jī)械慣性，電機(jī)轉(zhuǎn)子在短時(shí)內(nèi)將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，其鐵芯剩磁切割定子線圈而產(chǎn)生反電勢，即電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，向電網(wǎng)饋送電能，但因本身得不到能源供應(yīng)，故一般在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)衰減為零。 單純采用方向保護(hù)來構(gòu)成漏電保護(hù)系統(tǒng)其綜合指標(biāo)將低于原直流檢蕩式漏電保護(hù)系統(tǒng)。 (4)動(dòng)作電阻值不固定 ，雖然保護(hù)裝置的真實(shí)動(dòng)作值固定為 20 mA，但隨著電網(wǎng)參數(shù)的變化和故障點(diǎn)的不同，相應(yīng)的動(dòng)作電阻值將有較大的變化范圍，這使得設(shè)計(jì)和調(diào)試保護(hù)電路都比直流檢測式漏電保護(hù)復(fù)雜。因此，這種保護(hù)方式只能與動(dòng)作速度快的真空型開關(guān)相配合才能保證安全性。 (3)這種保護(hù)方式既可在變壓器中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)中使用，又可以在中性點(diǎn)接地的供電系 統(tǒng)中使用。在有提高安全性的措施后，設(shè)置延時(shí)環(huán)節(jié)可使保護(hù)還具有縱向選擇性。如何縮小 動(dòng)作電阻值的范圍，很值得作進(jìn)一步的研討。而且 ,在有的情況下雖然 Rg 已達(dá) 10kΩ或 ,卻因故障支路的零序電流達(dá)不到20mA 而不動(dòng)作 。 顯然，當(dāng)發(fā)生單相接地或人身觸電時(shí)，通過故障支路的零序電流將遠(yuǎn)超過 20mA，保護(hù)裝置必然可靠動(dòng)作。為了照顧變化的兩個(gè)極端，真實(shí)整定值對于 660V 電網(wǎng)可整定為 20mA，它相當(dāng)于虛設(shè)整定值的數(shù)值范圍40～ 20mA，亦即電網(wǎng)正常時(shí)發(fā)生單相經(jīng) 9～ 19kΩ電阻接地，保護(hù)裝置動(dòng)作。隨著生產(chǎn)過程的變化，供電單元為一動(dòng)態(tài)電網(wǎng)，其電網(wǎng)長度經(jīng)常發(fā)生變化， 從而使電網(wǎng)的 r, C 值也發(fā)生變化，嚴(yán)重影響真實(shí)整定值的確定，尤其是 C 的變化對總的零序電流影響更大。此時(shí)流過故障支路的零序電流將等于 35mA 動(dòng)作值實(shí)際上是虛設(shè)整定值。但在工程實(shí)際上，裝于各支路上的零序電流互感器只能反應(yīng)流經(jīng)本支路的零序電流，具體地說，流過故障支路的零序電流是總的零序電流與故障支路本身零序電流之差，因而當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，實(shí) 際流過零序電流互感器的零序電流必小于前面所確定的 35mA 動(dòng)作值。上述整定的具體含義是 :當(dāng)電網(wǎng)總的零序電流達(dá)到 35 mA時(shí)，應(yīng)立即切斷故障支路的電源。但實(shí)際上對保護(hù)裝置來說是一虛值。這一整定值相當(dāng)于在 C=～,r→∞情況下，電網(wǎng)單相對地電阻降至 10～ 11KΩ之間，漏電保護(hù)裝置動(dòng)作。 附加接地電容器組的每相取值原則