CN102005745A

CN102005745A - 380/220v低压电网it配电系统及其漏电保护装置

Info

Publication number: CN102005745A
Application number: CN2010105908096A
Authority: CN
Inventors: 傅桂兴; 付英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明公开了一种380/220V低压电网IT配电系统及其漏电保护装置，涉及电网改造和电气安全领域，将现行380/220V三相四线制中性点接地配电模式，分为380V和220V单相负荷配电两个独立的IT系统，并分别给上述两个IT系统配置多级漏电保护装置。本发明使得人身触碰低压相线时更加安全，低压电网单相接地电流不会引起电火灾，保障供电的连续性，不会发生烧坏家用电器的情况，不论人身碰触支路、干线或母线，均能保证人身触电电流与触电时间的乘积在30mA·S安全范围之内。

Description

380/220V低压电网IT配电系统及其漏电保护装置

技术领域

本发明涉及电网改造和电气安全领域，具体地说是一种380/220V低压电网IT配电系统及其漏电保护装置。

背景技术

我国低压380V/220V配电系统，数十年来一直是中性点直接接地的三相四线制系统，目的在于：①系统加零线使380V电网简便地增加了220V相电压电源；②使中性点电位固定为零电位、不会偏移；③当某一相线发生接地漏电故障时，另外两个非故障相对地电压不会升高为线电压。尽管有如此多优点，但长期的实践证明，这种低压供电方式(TT系统、TN-C系统等)常常引发如下情况：①人身触电伤亡；②单相接地短路导致电火灾；③TT系统的剩余电流动作保护器常常误动与拒动，起不到应有的漏电保护作用，而TN-C系统一旦发生人身触电，其过电流保护根本无法灵敏反应、不能起保护作用；④因接线错误造成整层居民楼家用电器烧坏。

据有关资料报道：我国每年农村触电死亡的人数高达5000人左右，其中发生在6kV以上高压系统(含雷击电压触电)的约占事故总数的18％，而发生在380/220V低压电网的约为82％。据1998年我国14个省的不完全统计，这14个省在1994～1998年的5年里，已经安装各种型号的漏电保护器3600余万台，构成两级至三级漏电保护，漏电保护器动作次数为319万次。其中由于人及动物直接接触而触电动作的为28.6万次，占总动作次数的8.97％；而由线路及用电设备发生漏电，保护器动作的为269.4万次，占总动作次数的84.45％；此外不明原因动作的为21万次，占总动作次数的6.58％。近十年来，剩余电流保护器的技术性能有明显改善，但电源开关级和干线级剩余电流漏电保护器仍存在频繁误动、导致大面积停电现象。此外，380/220V三相四线制中性点接地系统还常常引发电火灾，也多次导致整层楼房的家用电器烧坏的情况。因此，变革低压电网陈旧落后的结构模式，开发新型漏电保护方案，确保低压电网漏电保护动作的选择性、准确性和低压供电的安全性、可靠性，是十分必要的。

实际上，煤炭行业为了提高矿井低压配电系统(包括1140V、660V、380V、127V)安全用电水平，数十年来，我国煤矿井下低压电网一直采用中性点不接地的IT系统，并将低压三相动力用电与127V照明及煤电钻等负荷用电分成两个独立系统，同时采用可靠的多级漏电保护措施，以此确保井下供电安全，从而在避免井下人身触电伤亡或预防瓦斯煤尘爆炸方面取得了良好成效，也积累了丰富经验；尤其是近几年来井下IT电网纵、横向选择性漏电保护(简称选漏保护)的技术创新与性能优化，使中性点不接地的IT电网供电系统的优势更加显著。

申请人从1985年起一直从事中性点不接地或经消弧线圈接地的6～10KV电网单相接地(漏电)选择性保护研究，2003年以来转向矿井低压(380V、660V、1140V)电网中性点不接地的IT系统选择性漏电保护技术装置的研发，并在该领域取得4项发明专利(ZL02110276.7，ZL200510042067.2，ZL00510044820.1，ZL200710013438.3)和近10项实用新型专利。相关专利产品已在多家煤矿企业率先应用与推广，为矿井低压电网避免人身触电伤亡，预防漏电火花引发瓦斯、煤尘爆炸，提高漏电保护选择性、准确率，保障矿井低压电网供电的连续性和可靠性，发挥了重要作用。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明借鉴矿井低压电网IT系统多级选择性漏电保护的成功经验和供电安全性、可靠性方面的技术优势，在上述已获授权的专利基础上，提供一种380/220V电网IT运行模式及其漏电保护装置，将现行380/220V三相四线制中性点接地配电模式，分为380V和220V单相负荷配电两个独立的IT系统，并分别给上述两个IT系统配置多级漏电保护装置，人身触碰低压相线更加安全，低压电网单相接地电流不会引起电火灾，保障供电的连续性，不会发生烧坏家用电器的情况，不论人身碰触支路、干线或母线，均能保证人身触电电流与触电时间的乘积在30mA·S安全范围之内。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

380/220V低压电网IT配电系统，由380V动力用电IT配电系统和220V单相负荷用电IT配电系统组成，所述380V动力用电IT配电系统的配电变压器低压侧采用中性点不接地方式并取消中线，所述220V单相负荷用电IT配电系统的配电变压器低压绕组采用三角形接法，单相馈出线采用两线制并均衡配接到A、B、C三相电源母线上。

包括380V动力用电IT配电系统的4级漏电保护装置和220V单相负荷用电IT配电系统的5级漏电保护装置，所述380V动力用电IT配电系统的4级漏电保护装置包括时序鉴别综合选漏装置Ⅰ、时序鉴别集中选漏装置Ⅰ和多功能单路选漏保护器Ⅰ，所述时序鉴别综合选漏装置Ⅰ与配电变压器低压侧母线总开关、各配电干线开关连接，所述时序鉴别集中选漏装置Ⅰ与干线末端配电点1的分支路开关连接，所述多功能单路选漏保护器Ⅰ设置于配电点2的各支路上；所述220V单相负荷用电IT配电系统的5级漏电保护装置包括时序鉴别综合选漏装置Ⅱ、时序鉴别集中选漏装置Ⅱ、多功能单路选漏保护器Ⅱ和多功能末端漏电保护器，所述时序鉴别综合选漏装置Ⅱ与配电变压器低压侧母线总开关、各配电干线开关连接，所述时序鉴别集中选漏装置Ⅱ与干线末端配电点3的分支路开关连接，所述多功能单路选漏保护器Ⅱ设置于配电点4的各支路上，所述多功能末端漏电保护器设置于支路末端配电箱的分支线上。

所述时序鉴别综合选漏装置的核心模块为三级综合选漏模块，所述三级综合选漏模块包含有绝缘电阻临界值U_R、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₄和时序鉴别综合选漏芯片，所述绝缘电阻临界值U_R、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₄经过信号处理电路处理后输入时序鉴别综合选漏芯片，所述时序鉴别综合选漏芯片上设置有输出信号跳闸“TZ”、馈出干线选漏保护“XL”与“DX”、母线接地保护“MXJDJ”与“MXJDL”和总检后备保护“ZJHBJ”与“ZJHBL”，以及三相对称漏电保护“SXLD”，用于输出驱动跳闸驱动、微机选漏接口和灯显接口。

所述时序鉴别集中选漏装置的核心模块为支路集中选漏模块，所述支路集中选漏模块包含有绝缘电阻临界值U_R、分母线零序电流I_OFM、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₆和时序鉴别集中选漏芯片，所述绝缘电阻临界值U_R、分母线零序电流I_OFM、零序电压信号U₀经过信号处理电路处理后输入时序鉴别集中选漏芯片，所述零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₆经过信号电路处理后得到正半波信号输入时序鉴别集中选漏芯片，所述时序鉴别集中选漏芯片上设置有输出信号跳闸“TZ”、选漏“XL”和灯显“DX”，用于输出驱动跳闸驱动、微机选漏接口和灯显接口。

所述多功能单路选漏保护器和多功能末端漏电保护器均可采用剩余电流漏电保护器。

本发明具有如下积极效果：

①、就人身碰触低压相线的安全性来说，若碰触现行的TT或TN-C农网低压相线，通过人身的电流为220mA，超过安全值30mA的7倍以上；而碰触本发明的IT电网低压相线，通过人身的电流不会超过90mA，即在安全值30mA的3倍以下。显然，后者比前者安全。

②、就低压电网单相接地电流是否会引起电火灾而言，现行的380/220V电网为中性点接地系统，该低压电网单相接地的短路电流可达220V/(4+4)Ω＝27.5A，易于引发电火灾；而本发明提供的IT电网为中性点不接地系统，该电网单相接地不会形成短路故障，单相接地漏电电流通常在0.1安(100mA)以内，不会引发电火灾。

③、就低压电网漏电保护系统的实际效果来说，现行的漏电保护系统名义上有2级或3级漏电保护，实际上由于TT系统存在的不利因素以及剩余电流漏电保护器技术原理陈旧落后，漏电保护的选择性很差，经常出现错选、多选或误动、漏选或拒动，造成频繁越级跳闸。而本发明所提供的低压电网为IT电网，包括380V和220V两个独立的IT电网，并采用新型时序鉴别选漏技术，采用综合选漏装置和集中选漏装置两种时序鉴别选漏装置，分别构成4级选择性漏电保护系统(以前是2～3级)，选漏动作准确率可超过95％，并且，不仅能准确判选单相漏电或人身触电，而且能辨识三相对称漏电(绝缘平均下降所致)，并能将单相漏电故障发生地点区分为母线、干线、支路三线段；尤其是还能对人身碰触电源母线加以辨识并快速动作于跳闸，而不是按漏电总后备保护的延时动作，这对保障人身触电安全，保证不超过30mA·S安全值有创新意义，从而在时段上形成4级漏电保护。特别是220V的IT电网，支路末端配电箱分支线上又加一级“多功能末端漏电保护器”，进而形成5级选漏保护系统。可见，本发明提供的380V和220V的IT供电系统，不论人身碰触支路、干线或母线，也不论保护分4级或5级，该漏电保护系统均能保证人身触电电流与触电时间的乘积在30mA·S之内。

④、就低压电网供电的连续性、可靠性而言，现行的380/220V电网是中性点直接接地系统，当系统发生人身触电时，剩余电流保护器动作于跳闸，因剩余电流保护器是依据剩余电流数值大小来整定动作值的，而各级剩余电流大小很难界定，故误动率较高，特别是漏电总保护和中级保护，一旦误动作跳闸，就造成大面积停电。本发明提供的380V和220V的IT供电系统是中性点不接地系统，接地漏电电流通常在几十毫安范围内，与人身触电电流相近，新型时序鉴别选漏保护器是依据漏电信号特征而不只单凭漏电流数值大小来判断，所以能准确判选，只切断故障所在线路，不会误动或引发越级跳闸，从而保障供电的连续性与可靠性。

⑤、就接线失误会不会烧毁家用电器来说，在现行中性点接地的380V/220V三相四线制TT系统中，由于接线错误或者零线断线且又碰触另一根火线时，会使额定电压220V的家用电器或照明等，错接到线电压380V上，使整层楼房的电视机、照明灯及其他家用电器全部烧坏，引起受损失用户集体向供电部门索赔，此类情况并不少见。本发明提供的380V和220V的IT供电系统，配电变压器采用三角形接法供220V单相负荷，由于系统的线电压与相电压相等，所以不论怎么错接，再也不会发生烧坏家用电器的情况，对保障用电设备安全很有意义。

附图说明

图1为本发明的总体方案结构框图；

图2为本发明的380V三相动力用低压IT系统及漏电保护系统示意图；

图3为本发明的220V单相负荷用低压IT系统及漏电保护系统示意图；

图4为本发明的低压IT系统的时序鉴别综合选漏装置中的核心模块原理图；

图5为本发明的低压IT系统的时序鉴别集中选漏装置中的核心模块原理图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

如附图所示为本发明的一个具体实施例。

如图1所示，本发明的380/220V低压电网IT配电系统，将现行380V/220V电网三相四线制中性点接地配电模式，分为380V动力用电和220V单相负荷用电两个独立的IT配电系统，配电变压器结构与现有10KV变380/220V变压器相同，只需改变接线方式即可。对于380V动力用电IT配电系统，配电变压器低压侧采用中性点不接地方式并取消中线，分别采用时序鉴别综合选漏装置Ⅰ、时序鉴别集中选漏装置Ⅰ或多功能单路选漏保护器Ⅰ作为系统的4级选漏保护装置；对于220V单相负荷用电IT配电系统，配电变压器低压绕组采用三角形接法，单相馈出线采用两线制并均衡配接到A、B、C三相电源母线上，分别采用时序鉴别综合选漏装置Ⅱ、时序鉴别集中选漏装置Ⅱ或多功能单路选漏保护器Ⅱ以及多功能末端漏电保护器作为系统的5级漏电保护装置。

如图2所示，380V动力用电IT配电系统的配电变压器低压侧采用中性点不接地方式并取消中线，电网线电压仍为380V。380V动力用电IT配电系统的4级选漏装置和矿井下的情况大同小异，基本上可以移植应用：将配电变压器低压侧母线总开关、各配电干线开关与时序鉴别综合选漏装置Ⅰ连接，担负各干线和母线的单相漏电或触电保护、三相对称漏电保护及总检漏后备保护；干线末端配电点1的分支路开关与时序鉴别集中选漏装置Ⅰ连接，专门负责各支路人身触电或单相漏电的选择性保护；在配电点2的各支路上，则设置多功能单路选漏保护器，该保护器不仅具有选择性漏电保护功能，而且还具备过载保护、短路保护和过电压保护功能。

如图3所示，220V单相负荷用电IT配电系统，用电设备品种繁多(照明、家用电器、办公室自动化设备，电热设备、木工电动机械等等)，负荷分配不均衡、用电时间难协调，电网三相不对称情况严重，故将现有三相配电变压器的低压绕组由星形接法改为三角形接法，从而使电网线电压与绕组相电压220V相等。220V电源母线仍为三相三线制，但所有单相负荷馈出线(不论是干线或支路)都是两线制，并尽可能均衡配接到A、B、C三相线上；个别输出干线形式上是三线，实际上只有两线接负荷，另一相线只是为了形成人为中性点，以便提取零序电压U₀及绝缘电阻动作值U_R用。

220V单相负荷用电IT配电系统的5级选漏保护装置，前4级选漏保护与380V动力用电IT配电系统一样，即配电变压器低压侧母线总开关、各配电干线开关与时序鉴别综合选漏装置Ⅱ连接，干线末端配电点3的分支路开关与时序鉴别集中选漏装置Ⅱ连接，并在配电点4各支路上分别设置多功能单路选漏保护器；此外，特别在支路末端配电箱的分支线上又加配多功能末端漏电保护器，从而使该220V单相负荷用电IT配电系统具备5级选漏保护，使该IT配电系统的供电连续性、可靠性更有保障。

所述两个IT配电系统中采用的时序鉴别综合选漏装置的核心部件为三级综合选漏模块，其构成原理与申请人先前的实用新型专利ZL201020164354.7“三级综合选漏保护模块”相似，只是取消了分母线零序电流及其信号处理电路，并取消了时序鉴别选漏芯片上相应的输出信号FMXTZ、FMXJDJ、FMXJDL、FMXHBL等五个信号。如图4所示，三级综合选漏模块包含有绝缘电阻临界值U_R、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₄和时序鉴别综合选漏芯片，所述绝缘电阻临界值U_R、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₄经过信号处理电路处理后输入时序鉴别综合选漏芯片，所述时序鉴别综合选漏芯片上设置有输出信号跳闸“TZ”、母线接地保护“MXJDJ”、“MXJDL”和总检后备保护“ZJHBJ”、“ZJHBL”，以及三相对称漏电保护“SXDJ”、“SXLDL”，用于输出驱动跳闸驱动、微机选漏接口和灯显接口。

所述两个IT配电系统中采用的时序鉴别集中选漏装置的核心部件为支路集中选漏模块，其结构与图4所示的三级综合选漏模块基本相同，取消了其中的MXTZ、MXDJDJ、MXJDL、ZJHBJ、ZJHBL及SXLDJ、SXLDL等输出信号，增加了分母线零序电流I_OFM及其信号处理电路，监护的路数由4路增至6路，I₀信号处理只涉及正半波。如图5所示，所述支路集中选漏模块包含有绝缘电阻临界值U_R、分母线零序电流I_OFM、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₆和时序鉴别集中选漏芯片，所述绝缘电阻临界值U_R、分母线零序电流I_OFM、零序电压信号U₀经过信号处理电路处理后输入时序鉴别集中选漏芯片，所述零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₆经过信号电路处理后得到正半波信号输入时序鉴别集中选漏芯片，所述时序鉴别集中选漏芯片上设置有输出信号跳闸“TZ”、选漏“XL”和灯显“DX”，用于输出驱动跳闸驱动、微机选漏接口和灯显接口。

所述两个配电系统中采用的多功能单路选漏保护器，除选漏功能外，还包含该支路的短路保护、过载保护和过电压保护等功能，其构造与现有家用剩余电流保护器类似，可以采用。

所述两个配电系统中采用的多功能末端漏电保护器与上述“多功能单路保护器”构造原理相同，只是动作电流、动作时间整定值不同。

Claims

1.一种380/220V低压电网IT配电系统，其特征在于，由380V动力用电IT配电系统和220V单相负荷用电IT配电系统组成，所述380V动力用电IT配电系统的配电变压器低压侧采用中性点不接地方式并取消中线，所述220V单相负荷用电IT配电系统的配电变压器低压绕组采用三角形接法，单相馈出线采用两线制并均衡配接到A、B、C三相电源母线上。

2.如权利要求1所述的380/220V低压电网IT配电系统的漏电保护装置，其特征在于，包括380V动力用电IT配电系统的4级漏电保护装置和220V单相负荷用电IT配电系统的5级漏电保护装置，所述380V动力用电IT配电系统的4级漏电保护装置包括时序鉴别综合选漏装置Ⅰ、时序鉴别集中选漏装置Ⅰ和多功能单路选漏保护器Ⅰ，所述时序鉴别综合选漏装置Ⅰ与配电变压器低压侧母线总开关、各配电干线开关连接，所述时序鉴别集中选漏装置Ⅰ与干线末端配电点1的分支路开关连接，所述多功能单路选漏保护器Ⅰ设置于配电点2的各支路上；所述220V单相负荷用电IT配电系统的5级漏电保护装置包括时序鉴别综合选漏装置Ⅱ、时序鉴别集中选漏装置Ⅱ、多功能单路选漏保护器Ⅱ和多功能末端漏电保护器，所述时序鉴别综合选漏装置Ⅱ与配电变压器低压侧母线总开关、各配电干线开关连接，所述时序鉴别集中选漏装置Ⅱ与干线末端配电点3的分支路开关连接，所述多功能单路选漏保护器Ⅱ设置于配电点4的各支路上，所述多功能末端漏电保护器设置于支路末端配电箱的分支线上。

3.根据权利要求2所述的380/220V低压电网IT配电系统的漏电保护装置，其特征在于，所述时序鉴别综合选漏装置的核心模块为三级综合选漏模块，所述三级综合选漏模块包含有绝缘电阻临界值U_R、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₄和时序鉴别综合选漏芯片，所述绝缘电阻临界值U_R、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₄经过信号处理电路处理后输入时序鉴别综合选漏芯片，所述时序鉴别综合选漏芯片上设置有输出信号跳闸“TZ”、馈出干线选漏保护“XL”与“DX”、母线接地保护“MXJDJ”与“MXJDL”和总检后备保护“ZJHBJ”与“ZJHBL”，以及三相对称漏电保护“SXLD”，用于输出驱动跳闸驱动、微机选漏接口和灯显接口。

4.根据权利要求2所述的380/220V低压电网IT配电系统的漏电保护装置，其特征在于，所述时序鉴别集中选漏装置的核心模块为支路集中选漏模块，所述支路集中选漏模块包含有绝缘电阻临界值U_R、分母线零序电流I_OFM、零序电压信号U₀、零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₆和时序鉴别集中选漏芯片，所述绝缘电阻临界值U_R、分母线零序电流I_OFM、零序电压信号U₀经过信号处理电路处理后输入时序鉴别集中选漏芯片，所述零序电流信号I₀₁、I₀₂…I₀₆经过信号电路处理后得到正半波信号输入时序鉴别集中选漏芯片，所述时序鉴别集中选漏芯片上设置有输出信号跳闸“TZ”、选漏“XL”和灯显“DX”，用于输出驱动跳闸驱动、微机选漏接口和灯显接口。

5.根据权利要求2所述的380/220V低压电网IT配电系统的漏电保护装置，其特征在于，所述多功能单路选漏保护器和多功能末端漏电保护器均可采用剩余电流保护器。