新型鉴相鉴幅漏电继电器的研究李 奎 瞿建喜 德力西集团有限公司博士后工作站(325604)陆俭国 河北工业大学(300130)摘 要 本文阐述了剩余电流保护器的工作原理,对鉴相鉴幅的智能化进行了理论分析,给出突变漏电电流检测方法,可以实现突变电流动作无死区。
利用单片机技术可以实现漏电动作保护的延时,保持特性改变方便。
叙 词:漏电继电器 鉴相鉴幅 智能化中图分类号:TM 588.1+3Study on Intelligent Protective R elay with DiscriminatingPhase and Amplitude of R esidual CurrentL I Kui Q U JianxiDelixi Group Co.,L TD.(325604)L U JianguoHebei University of Technology (300130) Abstract :The principle of residual current operated protective device was described.The intelligence of thediscriminating phase and amplitude of residual current was analyzed.The method of detecting abrupt change of residual current ,which ensures that the relay operates in any phase of residual current ,was put forward.By using MCU ,the operated time is easy to delay and the protective characteristic is easy to change.K ey w ords :residu al current operated protective relay discriminating phase and amplitude intelligence第一作者李 奎,男,1965年生,1996年于福州大学获博士学位,教授。
1 新型鉴相鉴幅漏电继电器的工作原理一般的漏电保护器存在动作死区。
触电动作电流与线路中的已有漏电电流的相角差有关:相角差为零时,触电动作电流最小;相角差为180°时,触电动作电流最大。
这就使得漏电保护器可能发生拒动作或误动作。
人身发生触电会使线路中的漏电电流发生突变,利用这一性质,研究出脉冲型漏电保护器,从而在触电动作电流与线路中的已有漏电电流的相角相反时,也能正确动作,提高了漏电保护器动作灵敏度。
脉冲型漏电保护器有两个动作保护值:一个是漏电动作值,即漏电缓慢变化时的动作值;另一个是突变动作值,即突然变化时的动作值,主要目的是保护人身触电。
脉冲型漏电保护器在一定程度上提高了动作灵敏度,但仍存在动作死区。
动作死区的存在仍然是触电电流与线路中的已有漏电电流有相角差。
要克服这个缺点,必须使漏电保护器具有既能鉴别幅值又能鉴别相角的功能,利用漏电幅值和相角的变化来判定触电和漏电的情况,从而正确动作,鉴相鉴幅漏电器就能满足这个要求。
我们在鉴相鉴幅漏电继电器的基础上开发了新型的智能鉴相鉴幅漏电继电器。
利用单片机技术对漏电电流进行鉴相和鉴幅,并简化了电路,使得鉴相鉴幅漏电继电器的性能及可靠性进一步提高,满足用户的要求。
图1是新型鉴相鉴幅漏电继电器的原理框图。
零序电流互感器检测到漏电触电信号,由放大单元对漏电触电信号进行放大后送入单片机,单片机依据电源提供的同步信号,对该信号进行低压电器(2001№4)新型鉴相鉴幅漏电继电器的研究图1 智能型鉴相鉴幅漏电继电器的原理框图处理,在漏电触电达到动作值时,发出动作指令,并由动作执行单元对动作信号进行放大,驱动外部接触器等电器切断故障电路。
我们利用单片机检测出漏电电流,并利用A 相电压作为相位参考基准,检测出漏电电流滞后相位,由此将漏电信号复原为各相不平衡漏电电流,可以通过以下公式计算得出: 0≤θ<120°时 I a=I cosθ+sinθ3I b=Isinθ3/2I c=0(1) 120°≤θ<240°时 I a=0I b=I cos(θ-120°)+sin(θ-120°)3(2)I c=Isin(θ-120°)3/2 240°≤θ<360°时 I a=Isin(θ-240°)3/2I b=0 (3) I c=I cos(θ-240°)+sin(θ-240°)3 根据每周期的三相不平衡漏电电流,很容易计算出各相漏电电流的变化值,即实现了突变漏电电流的检测。
可以将突变漏电电流IΔr换算为两相漏电电流的变化,假设发生变化的为A相和B相,则可以由IΔr=I2Δa+I2Δb+IΔa IΔb(4)计算出突变电流,突变电流的相位为θΔ=arctan3IΔb/2IΔb/2+IΔa(5) 对于其他相变化时,计算公式与式(4)和(5)相似。
由式(4)计算的漏电突变与突变漏电电流的相位无关,因此可以实现任意相位下突变漏电电流的动作。
同时,还可以利用突变电流的相位,实现突变漏电电流相位与三相电源中任一相相位相同时的动作。
2 新型鉴相鉴幅漏电继电器特点 一般鉴相鉴幅漏电继电器具有如下特点:(1)当切除分支线路时,漏电电流减少,不会误动作,从而减少了不必要的停电,投运率高;(2)三相不平衡时,触电与漏电动作可靠,不会误动作和拒动作;(3)抗干扰能力强,在雷电、电网谐波及线路瞬时过电压等情况下,能可靠、正常工作;(4)具有开机试送电功能,减少了在突然送电时人身触电的危险,漏电跳闸后20～30s,自动重合闸;(5)节能型鉴相鉴幅漏电继电器和交流接触器配合使用,实现了接触器无声节能运行,降低了用户的运行成本。
新型鉴相鉴幅漏电继电器除了具有上述特点外,其新颖性主要体现在以下几个方面:(1)在同一台漏电继电器中可以实现几种漏电动作电流值,如设计3个漏电动作电流阀值: 200mA、300mA和400mA(根据用户需要,出厂时可以设定为其他值),新型鉴相鉴幅漏电继电器根据线路中固有漏电电流的变化自动确定漏电动作电流。
有的线路在不同季节的漏电值不同,采用新型鉴相鉴幅漏电继电器后,就可以保障在不同季节都能正常工作,既保障了在干燥季节时线路中漏电电流增大时能动作,又保障了在潮湿季节时线路中漏电电流较大时正常工作,大大提高了产品的投运率,并确保可靠保护动作。
(2)在满足标准要求的前提下,根据用户需要,在出厂时可以方便地实现触电(漏电突变)动作的延时,并实现动作时间与漏电触电电流相关,漏电触电电流增大,动作时间缩短。
(3)动作特性改变方便,适应不同用户的不同需求,不用变动硬件,只要修改单片机软件程序,即可以得到不同保护动作特性的漏电继电器,(下转第47页)新型鉴相鉴幅漏电继电器的研究低压电器(2001№4)多钱去追求很小的接地电阻。
这是有道理的。
4 信息系统接地工程中的几个问题笔者发现,有些工程中信息系统的接地比较混乱,这是设备遭受雷害损失的主要原因之一。
主要表现在建筑物防雷设计规范与某些信息产品行业标准之间的衔接不够;用户对信息设备接地与雷电防护之间的关系认识不清;设备的接地要求往往缺乏科学根据;同一系统中各家产品接地要求不统一;屏蔽线的接法不对;PDS接线不正确;塑料护套铠装电缆长距离直接埋地敷设时金属铠装层不做中间接地处理;一个工程多家施工和安装,缺乏统一协调等。
《建筑物防雷设计规范》G B50057294中第3.1.1条的条文说明中规定了工程设计与信息系统制造商之间的分工界限。
条文规定“关于电子元件的过电压保护分三部分,即220/380V电源部分、信息线路、有电子元件的设备本身。
信息线路的过电压保护应由信息线路设计者解决。
设备本身的应由制造厂解决”。
雷击事故调查发现,上述分工规定并未被设备制造商所执行,有的根本不知道。
一些产品制造行业标准中就没有考虑设备接地与防雷防护之间的关系,很少考虑设备自身防雷击电磁脉冲问题。
这样就形成了行业标准与防雷设计规范的缺口。
笔者曾经遇到过这样的事:一台野外安装的设备要求设置独立避雷针,设备接地与防雷接地分开,而且把避雷针接地用电缆拉到20m之外。
虽然这与防雷设计规范矛盾。
有些用户对雷击电磁脉冲的危害认识不足,认为有了避雷针就能防雷了,对于设备制造商部门提出的要求不加分析地全部照办。
当工程设计人员与厂家意见不一致时,用户往往站在厂家一方,这里面有个责任问题。
不少厂家免费维修被雷电损坏的设备,尽管用户直接经济损失不大,但间接损失往往是难以估量的。
关于铠装电缆问题,目前生产的直接埋地敷设的铠装电力电缆、控制电缆以及信号电缆通常都有塑料护套,用以防腐、防锈。
由于塑料护套是绝缘的,其里面的金属铠装层不能把雷击感应电流散流到大地,所以应当正确理解规范中“铠装电缆埋地”的真正含义。
当外线较长时应将铠装层在适当部位接地(可采用剥掉铠装层引出接地线后再防腐包扎等方法),较长的电缆垂直敷设时其铠装层至少应上下两端接地。
工程总包单位应对接地系统予以高度重视,产品电磁兼容性、某些产品的电磁兼容处理、接地方式、设备布置、内外线路敷设、过电压保护、等电位连接、屏蔽措施等方面都要从设计、施工、安装、验收各个环节加强总体协调,以确保信息系统安全。
参考文献1 林维勇.应该采用共用接地系统.建筑物防雷设计规范.收稿日期:2000211225(上接第13页)从而降低生产成本。
如可以实现漏电动作延时,也可以把突变漏电动作电流与缓变漏电动作电流设计为相同值。
(4)数字显示漏电电流,并自动显示保护动作是由漏电引起的还是由触电引起的,便于用户进行故障分析。
(5)能自动检测电网频率,并自动跟踪电网频率的变化,避免因电网频率改变而使漏电动作特性改变。
3 结束语随着人们生活水平的提高,对用电的要求越来越高,既要保障用电方便,又要用电安全。
漏电保护器能够保障人身安全及防止漏电火灾,近年来得到广泛应用。
新型漏电继电器采用低成本的单片机,成本增加很少,性能有较大提高,将有可能发展为新的换代产品。
参考文献1 张弘廷.漏电保护器安装运行维修.北京:中国电力出版社,19992 司徒兴汉.触电漏电保护电器及其应用.广州:广东科技出版社,1990收稿日期:2001205216关于信息系统接地问题的探讨(续)低压电器(2001№4)。