CN102097780A - 一种用于低压电网的触、漏电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低压电网的触、漏电保护装置，包括电源电路、触漏电信号检测电路、信号处理电路、智能判别电路、总线接地监控装置、触电执行电路、断电执行电路和供电主回路断电开关，实行系统的漏电与触电统一采集信号，鉴别、分离后采取不同的执行电路，当触电事故发生时可以不停电实施保护，同时采用了总线接地监控状置，既能保持电网正常运行时不改变原电网结构，又能在事故发生时，通过改变触电回路阻值大小来限制触、漏电电流至人身安全范围，同时还能对系统状态进行检查，根据总线接地装置的二次触电检测信号，通过执行电路控制主电路开关的通断，实现安全保护。

Description

一种用于低压电网的触、漏电保护装置

技术领域

本发明涉及一种用于低压电网的触、漏电保护装置。

背景技术

漏电保护技术广泛应用在工矿企业，城乡电网和各种特殊领域的低压供电系统中，对人身、设备、线路的安全起到了重要的保护作用，越来越受到电力管理部门和广大用户的重视和认可。实践证明，使用触、漏电保护电器是各种电气安全保护措施中最行之有效的方法。根据统计结果，凡基本普及了触、漏电保护器的国家和地区，触、漏电事故明显地下降，保护成功率明显高于保护接地法、保护接零法、双重绝缘法、位置绝缘法等，虽然略低于隔离变压器法和超低压电压法，但后两种方法适用面窄而且成本高，不宜普及，大大限制了他们的推广使用。因此，用触、漏电保护器法来降低触、漏电事故是我们的首选。

根据触、漏电事故的统计，我国的触、漏电事故基本上发生在380V以下的低压电网中，而且单相触、漏电事故大大多于两相间的触、漏电事故。这是由于我国的低压电网绝大多数是中性点直接接地，一旦发生人与相线的接触，往往导致很严重的触电后果。因此，防止触、漏电事故的技术措施应立足国情，不断探索和创新改进，以适应经济社会和电力事业飞速发展的需要。

触、漏电保护技术是随着自动化和电气技术的发展而发展起来的。通过触、漏电故障的自动检测，将检测到的故障信号放大处理，去使保护电器迅速跳闸，从而实现触、漏电保护的目的。从我国漏电保护的应用发展历程来看，触 、漏电保护术主要有两大类型，即电压动作型和电流动作型，每个类型又有细分，产品型式多样，保护应用领域也各不相同。有断路保护、继电器保护、绝缘监察报警等。广泛应用于系统总保护、分路保护、末端保护和单台设备保护等。

电压动作型保护基本原理就是在设备或线路总接地中串入感应线圈，这种方式的弊端在于1、应用范围有限，只能用于单台设备或中性点不直接接地的系统。2、需要辅助的中性点或距离相对较远的接地点来连接控制回路，增加安装难度。3、只能用于间接接触保护而不能用于直接接触保护，因此它的推广应用受到很大限制。

电流动作型是利用可靠灵敏的零序电流互感器直接检测供电回路触、漏电电流，经电子电路处理后，通过执行电路来控制线路通断的技术形式。由于它具有检测灵敏、反应迅速、型式多样、同时具备间接接触保护和直接接触保护功能等优点，在电力系统中得到广泛应用。基于该原理，近年来通过不断探索、研究，出现了多种型式的电流型触、漏电保护器。主要有这样几大类：1、电流直接动作型。它的基本原理是直接将检测到的触、漏电信号整理放大，驱动开关设备通断，其优点是反应灵敏，对人身安全的保护比较可靠。其缺点在于随着线路设备的老化及天气环境的影响，误动作频繁。据统计记录表明，只有不到30%的正确动作率，有的甚至造成不能正常供电，用户往往弃之不用。2、交、直流脉冲动型，其优点在于区别了正常泄漏电流和突发的触、漏电事故电流，相应的减少了误动作的频率。其缺点在于，当分路投切或大型设备启动时，往往产生的正常冲击电流，容易造成误动无法避免，因此不太适用于线路总保护。3、鉴相动作型和电流分离动作型。其原理是着重从触、漏电信号的性质判断出发，利用相位比较、波型鉴别、分离等手段，更精确地判别触、漏电信号。其优点在于动作准确率比较高。其缺点在于由于线路运行情况千差万别，触、漏电的方式和信号反映也往往各有变异，因而容易造成对信号的误判，使保护器拒动，而且线路环节较多，成本高昂，一直未能得以大面积推广、应用。

综上所述，随着电力事业的发展需求，漏电保护技术的发展也是不断推陈出新趋向完善。但就目前而言仍普遍存在着一个比较突出的问题就是保护动作的可靠性和用电的可靠性不能达到一致。通俗地讲就是，如果保护器反应灵敏，保证安全固然理想可靠，但往往频繁停电影响正常的生产和生活，特别是用于线路总保护，很容易造成大面积停电；如果要保证可靠的供电秩序，则必须以牺牲保护器的灵敏度为代价，而这又往往在人身触电的情况下，得不到可靠保障。所以，目前我国的漏电保护现状就是采取多级配合保护的方式，即一级是线路总保护，二级是分路保护，三级是末端保护。通过每段保护之间不同的灵敏度和动作时间相互配合协调，共同保证电网安全。这样相对而言比较理想，但也存在着一定的死区。举例，当有人触电时，如果没有装设末端保护或末端保护有故障，或者在末端保护之上的线路中触电，需要更高级的保护动作时，由于分路和总保护的动作定值较大，动作迟缓，即便动作了，也往往已经造成伤害，而这样的现象在现实中很容易发生。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于低压电网，能判别触电信号实施保护而不频繁停电，有效缓解用电安全与供电可靠性之间矛盾的触、漏电保护装置。

本发明采取的技术方案是：

一种用于低压电网的触、漏电保护装置，包括电源电路、触漏电信号检测电路、信号处理电路、智能判别电路、总线接地监控装置、触电执行电路、断电执行电路和供电主回路断电开关，其中电源电路，用于提供电源给各部件，触漏电信号检测电路的采样端连接于供电主回路上，输出端连接信号处理电路，信号处理电路的输出端连接智能判别电路，智能判别电路的一输出端通过触电执行电路与总线接地监控装置连接，另一输出端通过断电执行电路与供电主回路断电开关连接，总线接地监控装置连接在中性线和地线之间，并有二次触电反馈线通过信号处理电路与智能判别电路连接，当触电事故发生时，来自触漏电信号检测电路的信号放大后，经智能判别电路判别出触电信号和系统漏电信号，然后分别经不同的执行电路去控制总线接地装置的和供电主回路断电开关的接通状况，对于第一次触电信号，启动总线接地监控装置，限制触电回路电流达到人身安全范围之内，同时断电执行电路和供电主回路断电开关先不断电，如有二次故障或系统异常现象发生，则智能判别电路向断电执行电路发出跳闸信号通过供电主回路断电开关实施断电保护，如在一定时间内无二次故障发生，总线接地监控装置退出，各电路恢复常态运行。

所述的触漏电信号检测电路为设置于供电主回路上的剩余电流互感器，对供电主回路上的三相一零的总和进行采样。

总线接地监控装置包括大感抗电感线圈、大容量继电器、避雷器。

本发明的有益效果是：实行系统的漏电与触电统一采集信号，鉴别、分离后采取不同的执行电路，进行不同的保护动作，其明显的效果就是当触电事故发生时可以不停电实施保护，同时采用了总线接地监控状置，既能保持电网正常运行时不改变原电网结构，又能在事故发生时，通过改变触电回路阻值大小来限制触、漏电电流至人身安全范围，同时还能对系统状态进行检查，能发出二次故障信号，能根据总线接地装置的二次触电检测信号，通过执行电路控制主电路开关的通断，实现安全保护。经查阅文献，国内目前尚无同类技术思路，已有的脉冲型保护技术，其特点是虽能鉴别出触电信号，但执行电路和常规泄漏电流的执行通道是一体的，其缺点是容易引起保护开关的频繁动作。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的具体电路图。

具体实施方式

参照图1、图2，本发明的一种用于低压电网的触、漏电保护装置，比如用于380V以下的低压电网的保护装置，包括电源电路、触漏电信号检测电路、信号处理电路、智能判别电路、总线接地监控装置、触电执行电路、断电执行电路和供电主回路断电开关，其中电源电路，用于提供电源给各部件，触漏电信号检测电路的采样端连接于供电主回路上，输出端连接信号处理电路，信号处理电路的输出端连接智能判别电路，智能判别电路的一输出端通过触电执行电路与总线接地监控装置连接，另一输出端通过断电执行电路与供电主回路断电开关连接，总线接地监控装置连接在中性线和地线之间，并有二次触电反馈线通过信号处理电路与智能判别电路连接。

其中，参照如图2所示，电源电路包括变压器、整流桥和稳压模块等。

所述的触漏电信号检测电路为设置于供电主回路上的剩余电流互感器，对供电主回路上的三相一零的总和进行采样。

信号处理电路包括三极管等。

智能判别电路包括两个集成块LM324、集成块cd4098、集成块cd4013及其辅助电路等。

总线接地监控装置包括大感抗电感线圈、并联在大感抗电感线圈上的继电器常闭触点，该电感线圈串在接地线上。

触电执行电路包括继电器K2等，继电器K2的常闭开关与总线接地监控装置的大感抗电感线圈并联，驱动总线接地监控装置的工作；断电执行电路包括出口合闸继电器K1等，继电器K1的常开、常闭触点与供电主回路开关控制回路连接，线圈C为供电主回路开关的合闸线圈。

本发明的保护装置使用时，其工作原理是，当触电事故发生时，来自触漏电信号检测电路的信号放大后，经智能判别电路判别出触电信号和系统漏电信号，然后分别经不同的执行电路去控制总线接地装置的和供电主回路断电开关的接通状况，对于第一次触电信号，启动总线接地监控装置，限制触电回路电流达到人身安全范围之内，同时断电执行电路和供电主回路断电开关先不断电，如有二次故障或系统异常现象发生，则智能判别电路向断电执行电路发出跳闸信号通过供电主回路断电开关实施断电保护，如在一定时间内（5-12秒，比如10秒内）无二次故障发生，总线接地监控装置退出，各电路恢复常态运行。

结合图1、图2，其具体结构组成和工作过程分析如下，

1、对于智能判别电路，采用集成运放、滤波、整形、鉴别、比较和触发、锁存集成电路，对触电信号与常规背景漏电信号进行鉴别分离，分别作用于不同的执行电路，其中触电信号作用于总线接地监控装置，常规漏电信号和二次触电信号作用于跳闸出口继电器，实现了触电和漏电的分类保护。触漏电信号的智能判别，参数来自两部分：一是根据供电主回路的漏电电流来判断触漏电的性质，漏电电流如果缓慢变化属于系统漏电，如果急速变化属于触电。该部分电路包括信号采样、滤波、放大、脉冲鉴别分离、电压比较、窗口比较、控制输出等环节。其中信号采样是通过剩余电流互感器套接在供电主回路感应电压而来。二是根据系统中性点与地之间的电压来判断触漏电的严重程度及是否有二次触电发生。信号采样是通过总线接地监控装置激活后，原本连接系统中性点与地的继电器常闭触点打开，与触点并联的电抗器两端感应电压而来。该部分电路包括信号采样、整理、放大、脉冲、相位鉴别、窗口比较、触发锁存输出等环节；

本技术的特点是触电信号不作用于跳闸执行电路，不会引起线路跳闸，这样就大大提高了供电可靠性，而对于触电信号，由于又能灵敏的检测并通过总线接地监控装置实施保护，所以也相应地保障了人身安全。

2、总线接地监控装置，采用电容、电感线圈、电阻、继电器、避雷器、变压器之间的相互配合，实现对零线接地状态的控制和监测，在保障系统接地良好，不改变电网供电结构的前提下，当发生触电故障时，能实现对触电情况的监控，当有二次故障发生或系统中性线异常时可发出信号执行跳闸。总线接地监控装置是通过智能判别电路判别出触电故障后发出的控制输出信号激活的，激活后，原本连接系统中性点与地的继电器常闭触点打开，与触点并联的电抗器两端能感应出系统中性点与地之间的电压，该电压能随系统零序漏电电流的大小而变化，二次触电发生时该电压幅值、相位均会发生变化，因而可以相应判断地线状态和二次触电。

它的功能就是在线路正常供电运行时，继电器触点闭合，接触牢固，容量足够大，确保系统零线良好接地运行，不改变电网原结构。而当有触电事故发生时，继电器触点打开，自动将电感线圈串入零线接地，达到限制触电回路电流之目地，与此同时，启动雷击保护和零线状态监控电路工作，随时监控零线状态，可以检测到是否有二次触电事故发生、零线对地电阻的大小，以及系统零序电压的大小，一旦出现不安全的信号，能迅速通过执行电路切断主线路开关。如果在一定时间内（大约10S左右，时间长短可调）没有异常现场发生，控制电路会将总线接地监控装置解除，继电器触点闭合，系统恢复常态运行。

其中，电感线圈两端电压有几种情况，1）正常运行时为0V；2）触电事故发生时，中线监控装置启动，此时如果人体已离开带电体线路恢复正常，电感线圈两端电压为0—10V，不跳闸；如果人体未离开带电体，有两种情况：线路绝缘良好，电感线圈两端电压大于180V，人体安全，不跳闸；线路绝缘不好，感线圈两端电压介于10V--180V，跳闸；3）在一次触电不跳闸的情况下，如发生二次触电, 电感线圈两端电压会有波动, 跳闸；4）当人体离开带电体后，电感两端电压虽有较大的波动,但其电压值应回到0—10V范围, 不跳闸,否则会跳闸。考虑到现实情况，一般人触电后会本能的快速摆脱电源，本设备具有启动中线监控装置迅速，而检测生成断电信号有适当延时的功能，这样既能及时减弱触电回路电流，利于人体离开带电体，又可避免人体离开带电体时产生误动。

经查阅文献，目前国内外尚无此技术，在已有的电压型保护技术中采用的接地线串接电感或继电器线圈的方法，与本技术的区别在于，电网正常运行时，不能保证系统中性点完全直接接地，如用在TT，TN系统中就等于改变了电网运行结构，是和用电安全规范不相符的。而本技术的优点在于它不改变线路原有的运行结构，并且能对系统的故障情况进行监控和保护。

上述触电保护和系统漏电保护是分别通过不同的执行回路进行动作的触电与漏电区别保护技术，就是当有触电故障发生时，触电执行电路控制总线接地监控装置动作，达到调节触电回路电流的目的，而不用断开主线路开关。漏电故障的执行电路可以控制线路开关的通断，只有当系统漏电达到额定动作电流时才动作。

当有触电事故发生时，通过触电信号的判别、处理及执行电路，使得总线接地装置动作，限制触电回路触电电流达到人身安全范围之内。而当触电人身还未摆脱带电体时，如果再发生其他的触电事故，由总线接地装置检测出该事故信号，通过二次触电保护电路，使线路主开关分断停止供电，形成二次故障保护技术。

综上所述，该技术有以下创新之处：①实行系统背景漏电与触电统一采集信号，鉴别、分离后采取不同的执行电路，进行不同的保护动作。其明显的效果就是当触电事故发生时可以不停电实施保护。②采用了总线接地监控状置，既能保持电网正常运行时不改变原电网结构，又能在事故发生时，通过改变触电回路阻值大小来限制触、漏电电流至人身安全范围，同时还能对系统状态进行检查，能发出二次故障信号、零序电压过高及零线重复接地信号。③设计出一种二次保护电路，能根据总线接地装置的检测信号，通过执行电路控制主电路开关的通断，实现安全保护。

本发明除了上述实施方式之外，其等同技术方案也应当在其保护范围之内，在此不再一一叙述。

Claims (3)

1.一种用于低压电网的触、漏电保护装置，其特征在于：包括电源电路、触漏电信号检测电路、信号处理电路、智能判别电路、总线接地监控装置、触电执行电路、断电执行电路和供电主回路断电开关，其中电源电路，用于提供电源给各部件，触漏电信号检测电路的采样端连接于供电主回路上，输出端连接信号处理电路，信号处理电路的输出端连接智能判别电路，智能判别电路的一输出端通过触电执行电路与总线接地监控装置连接，另一输出端通过断电执行电路与供电主回路断电开关连接，总线接地监控装置连接在系统中性点和地线之间，并有二次触电反馈线通过信号处理电路与智能判别电路连接，当触电事故发生时，来自触漏电信号检测电路的信号放大后，经智能判别电路判别出触电信号和系统漏电信号，然后分别经不同的执行电路去控制总线接地装置和供电主回路断电开关的接通状况，对于第一次触电信号，启动总线接地监控装置，限制触电回路电流达到人身安全范围之内，同时断电执行电路和供电主回路断电开关先不断电，如有二次故障或系统异常现象发生，则智能判别电路向断电执行电路发出跳闸信号通过供电主回路断电开关实施断电保护，如在一定时间内无二次故障发生，总线接地监控装置退出，各电路恢复常态运行。

2.根据权利要求1所述的一种用于低压电网的触、漏电保护装置，其特征在于：所述的触漏电信号检测电路为设置于供电主回路上的剩余电流互感器，对供电主回路上的三相一零的总和进行采样。

3.根据权利要求1所述的一种用于低压电网的触、漏电保护装置，其特征在于：总线接地监控装置包括大感抗电感线圈、大容量继电器、避雷器。

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