CN102354950A

CN102354950A - 向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法和装置

Info

Publication number: CN102354950A
Application number: CN2011103102037A
Authority: CN
Inventors: 谭昆玲; 邹守宝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明公开了一种向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法和装置，包括提供电阻性补偿电流的电阻器支路，提供电容性补偿电流的电容器支路，提供补偿电流Ic的补偿电源，穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组，所述的补偿电流Ic的大小可通过电阻器支路、电容器支路的调节实现，或者通过补偿电源的电压值的调节来实现。本发明通过带漏电保护器的空气开关合闸次数及其关联补偿电流值的大小，区分用电系统中正常漏电电流和意外故障漏电电流。正常漏电由补偿电流来平衡，保证可靠供电；意外漏电由漏电保护器动作，切断电源，保证用电安全。解决了现有电源变压器中性点接地系统中所用漏电保护器产生的供电可靠性和用电安全性之间的矛盾。

Description

向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法和装置

技术领域

本发明属于漏电保护技术领域，具体涉及一种能够克服现有电源变压器中性点接地系统之三级保护系统中的第二级和第三级漏电保护器技术缺陷的，向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法和装置。

背景技术

电源变压器中性点接地系统中，漏电保护器（也称剩余电流保护器）设计之初，基于用电线路相线上的电阻性和电容性漏电流小于其动作电流，引起保护器动作的一定是故障漏电流。但实际上，相线上的正常漏电流，或者能够维持用电系统正常工作的漏电流比动作电流可能要大，导致漏电保护器误动作，产生了供电可靠性和用电安全性之间的矛盾。在日常生产和生活中的这种矛盾表现为：为了确保安全用电，需要使用漏电保护器。由于种种原因，漏电保护器经常性地甚至于频繁性地误动作，造成供电中断，对供电的可靠性产生严重影响。有这样几种情况会出现这种矛盾：1. 用电线路的固有电容性漏电流，会导致漏电保护器动作，如电热式地暖设施和地面电热除潮设施，因相线与地面紧贴，线路长且扁平，会产生电容性漏电，使漏电保护器动作，但是这种漏电是正常的且不可避免，不能因为漏电保护器非正常动作而让其退出运行；2.一些写字楼办公楼有重要的数据设备，为了抗电网中的电压电流浪涌干扰，在用电侧加装大容量的电容器，一旦投入运行，电容器会对地产生电容性漏电流导致漏电保护器动作，人们解决的方法是采用隔离变压器。这样做虽然解决了供电的可靠性，但是没有顾及安全性，也增加了成本；3. 装有多台电脑的网吧或办公楼，由于每台电脑正常工作时有5毫安左右的正常漏电流，电脑台数多了，也会导致漏电保护器动作，而且这个漏电流随着季节和空气湿度会发生变化。4.铺设好的既有供用电系统，由于地面潮湿，绝缘老化或局部破损，导致电阻性漏电流增加，使漏电保护器非正常动作或频繁误动作，严重时合不上闸。这种情况令人处于安全用电和可靠供电的两难中。线路虽有漏电但不影响供用电系统的正常使用，又很难找到故障点。让漏电保护器退出运行，又有用电安全性的问题。5. 工程施工现场出现的漏电保护器频繁动作的问题。施工现场环境恶劣，各种粉尘多潮气重，导致剩余电流保护经常动作，令现场的电气工程师烦恼不已，一方面因工期要求必须供电，一方面用电安全压力很大。6.农村供电网中，大量装配有漏电保护器，由于供电线路长，人员技术水平不高，设备性能不好，导致漏电保护器经常动作，供电中断。农村电工人员常用的办法是退出漏电保护器的运行，或者随意更换动作电流整定值大的漏电保护器，这给安全用电带来很大的隐患。上述种种问题的出现，已经产生了欲将电源变压器的中性点由接地改为不接地的动议（“低压电网接地问题调研” 2008国际供电会议论文，《低压电器》2010 No.3 于世根等），撼动国标的执行，说明这是一个备受关注的重要问题。

解决上述问题的技术路线是采用补偿电流的方法。检索到：于群等人在2004年的《煤矿机电》发表“基于电流补偿法的矿井高压电网漏电保护系统”的文章。中国申请专利号为201010244560.3，名称为“基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法”。上述的电流补偿方法，都是用在电源变压器中性点不接地的系统中。对于常用的电源变压器中性点接地系统，目前尚无采用向漏电保护器用电流互感器一次绕组中补偿电流的方法和装置。

由于常用接地系统所用的漏电保护器，相比矿井和船舶所用的漏电保护器，体积小、成本低，技术简单。有必要低成本地解决如下问题的方法。1. 有正常电容性漏电条件下，漏电保护器既能保证高灵敏的起到保护作用，又能保证供电的可靠性，而不是靠调高漏电保护的动作电流来保证可靠供电，增加人身触电风险。2. 有正常电阻性漏电条件下，漏电保护器既能保证高灵敏的起到保护作用，又能保证供电的可靠性，而不是靠调高漏电保护的动作电流来保证可靠供电，增加人身触电风险。这两点是要求把正常漏电和故障漏电区分开来，而不是将这两者都视为故障漏电。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的不足，提供一种向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法，能够区分维持正常供电条件下的正常漏电流和用电过程中产生的故障漏电流，用向漏电保护器用电流互感器一次绕组中补偿电流的方法，平衡正常漏电电流，使漏电保护器不误动；本发明的第二目的在于提供一种实现向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法的装置。

本发明的第一目的是这样实现的：包括提供电阻性补偿电流的电阻器支路，提供电容性补偿电流的电容器支路，提供补偿电流Ic的补偿电源，穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组；所述的补偿电流Ic的大小可通过电阻器支路、电容器支路的调节实现，或者通过补偿电源的电压值调节来实现。

本发明的第二目的是这样实现的：包括提供电阻性补偿电流的电阻器支路，提供电容性补偿电流的电容器支路，提供补偿电流Ic的补偿电源，穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组。

所述的提供补偿电流Ic的为补偿电源或者直接来自供电电源，也可通过分压器，或者变压器来产生补偿电源，并使补偿电源产生的补偿电流。

本发明通过带漏电保护器的空气开关合闸次数，和与合闸次数关联的补偿电流值的大小，区分用电系统中能够维持正常供电的正常漏电电流和意外故障漏电电流。正常漏电由补偿电流来平衡，保证可靠供电；意外漏电由漏电保护器动作，切断电源，保证用电安全。解决了现有的电源变压器中性点接地系统中，所用漏电保护器可能产生的供电可靠性和用电安全性之间的矛盾。

附图说明

图1为本发明在单相两线制电路中实施时的原理图；

图2为本发明在三相四线制电路中实施时的原理图；

图3为本发明的装置与单相单极带漏电保护的空气开关一起使用的线路图；

图4为本发明的装置与三相三极带漏电保护的空气开关一起使用的线路图；

图5为本发明的一种简化装置与单相单极带漏电保护的空气开关一起使用的线路图；

图6为本发明的一种简化装置与三相三极带漏电保护的空气开关一起使用的线路图；

图中：1-电阻器支路；2-电容器支路；3-补偿电源；4-一次绕组；5-空气开关；6-脱口机构；7-电流互感器二次侧信号处理单元；8-电流互感器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明的保护范围。

如图1~2所示，本发明的方法，包括提供电阻性补偿电流的电阻器支路1，提供电容性补偿电流的电容器支路2，提供补偿电流Ic的补偿电源3，穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组4；所述的补偿电流Ic的大小可通过电阻器支路1、电容器支路2的调节实现，或者通过补偿电源3的电压值调节来实现。

所述的电阻器支路1，电容器支路2或者补偿电源3的调节，根据维持可靠供电条件下的正常漏电流的大小，通过手动或自动方式实现，以保证带漏电保护器的空气开关不跳闸为宜。

所述的补偿电流Ic的大小可以由带漏电保护器的空气开关合闸次数分档确定，也可以是通过能够检测正常漏电流的仪器在合闸前确定。

所述的穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组4，可以兼用穿过电流互感器磁芯的零线，或者是所有的相线中的一根相线，或者是另外加入的一段导线构成电流互感器的，除零线和所有相线外的另一个一次绕组。

所述的补偿电源3可直接来自于供电电源，也可通过分压器，或者变压器来产生补偿电源。

所述的调整补偿电流Ic是使在正常供电时，漏电保护器用电流互感器中的剩余电流总保持小于动作电流。

本发明的装置，包括提供电阻性补偿电流的电阻器支路1，提供电容性补偿电流的电容器支路2，提供补偿电流Ic的补偿电源3，使补偿电流穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组4。

所述的各部分集成于一个独立的装置内，其外形和卡槽与现有技术的单极或双极空气开关相同，并设置于漏电保护器旁。

所述各部分集成于现有的漏电保护器中。

图3示出了本发明在单相供电情况下的实施例，采用1伏安容量的变压器，Uc=6伏，最大补偿电流120毫安，做成与单极空气开关相同尺寸和卡槽，装在原有带漏电保护器的空气开关旁，可实现上述功能。

图4示出了本发明在三相四线制系统中的实施例，采用1伏安容量的变压器，Uc=6伏，最大补偿电流120毫安，做成与单极空气开关相同尺寸和卡槽，装在原有带漏电保护器的空气开关旁，可实现上述功能。

图5示出了本发明在单相供电情况下的实施例，直接使用供电电源，最大补偿电流120毫安，做成与单极空气开关相同尺寸和卡槽，装在原有带漏电保护器的空气开关旁，可实现上述功能。

图6示出了本发明在三相四线制系统中的实施例，直接使用供电电源，最大补偿电流120毫安，做成与单极空气开关相同尺寸和卡槽，装在原有带漏电保护器的空气开关旁，可实现上述功能。这是三相四线制供电情况下的实施方法。

图5和图6所示方法的优点在于简单，但是提供补偿的回路消耗的功率太大，不符合节约用电的要求。

本发明的工作原理：

如图1中相线中的电流

为正常的负载电流与正常的漏电电流

之和，即：

。导致漏电保护器误动作的正是

中正常的漏电电流。图1中的穿过电流互感器磁芯的零线（一次绕组）中的电流

为正常的负载电流

与本方法提供的补偿电流

之和（中性点接地系统中，零线中的漏电流可忽略），即：

。正常供电时，穿过电流互感器的磁芯的总的剩余电流是它们的差值：。当无补偿电流

时，

若大于动作电流，漏电保护器的执行机构令空气开关跳闸。但

是能够维持正常供电的漏电流，空气开关跳闸，就是误动作，应该避免。引入补偿电流

，使剩余电流

小于动作电流，即

，保证正常供电。只有当供电线路上产生了新的漏电电流（可能是设备故障漏电，可能是环境温度和湿度变化使正常的漏电电流变化，或者是人身触电），使中增加了一个故障漏电流分量，打破原有的

的平衡关系，才使漏电保护器动作，这是正常的动作不是误动作。这就是本发明能够区分正常漏电和故障漏电的原理。可以通过如下的一种方法确定正常漏电流的大小：合闸前确保无人触电，第一次合闸，若能够合上闸，说明相线上的漏电流小于30毫安；若合不上，再一次合闸的同时，补偿电流增加约30毫安；若能够合上，说明供电的相线上有30毫安左右的正常漏电流，若第二次合不上闸，第三次合闸的同时，补偿电流增加到60毫安；若能够合上闸，说明供电的相线上有60毫安左右的正常漏电流，依次类推直到合上闸为止。没有故障漏电的情况下，相线和零线之间的负载无论大小，总是保持平衡，只有没有经过零线的电流，才被认为是漏电。合闸之初，通过补偿电流已经确认了正常漏电流的大小，并使漏电保护器不跳闸了，以后正常供电过程中，再有跳闸的情况，要么是有人触电，要么是某个用电设备的绝缘损坏，从而解决可靠供电与安全用电之间的矛盾。

参考图1和图2，本发明使补偿电源电压与电网电压Uc成线性相关，并在电容C和电阻R两端并联过压保护二极管。当电网电压升高，Uc也跟着升高，使过压保护二极管产生多余的补偿电流，打破原有的平衡，使漏电保护器动作，切断电源。补偿电源电压Uc与电网的相电压共用，当空气开关的进线端的零线断掉，相电压消失，补偿电流消失，打破原来的电流平衡关系，同样是导致漏电保护器动作，切断相线。此方法解决了零线断掉，在停电假象的情况下容易造成的人身触电的情况。实现此功能的必要条件是，补偿电流必须大于零。图2为三相四线制系统中的原理图，区分正常漏电和故障漏电的原理和操作方法与图1的单相两线制系统相同。

本发明试验案例

某企业的地暖产品，由于线路贴地面铺设，且线路扁平，电容性漏电流较大为25~110毫安（电流大小与地暖的功率大小相关），由于泥瓦工在铺地板施工时难免造成加热板绝缘局部受损，造成电阻性漏电流为10~100毫安，甚至更大，使得业主的空气开关要么合不上，要么频繁动作。将本发明的装置做成外形、大小和双极空气开关相同，且有卡口，与既有的空气开关一起装到原配电箱中，跳闸现象即可消除。本发明的装置，试用前用环氧树脂密封，试用结束后收回，以确保本发明不失新颖性。本发明的装置试用的场合，既有电阻性又有电容性漏电电流，既补偿了电容性漏电，又补偿了电阻性漏电。事实上绝大多数情况都是如此，只是电容性和电阻性漏电电流的大小比例不同而已。

Claims

1.一种向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法，包括提供电阻性补偿电流的电阻器支路（1），提供电容性补偿电流的电容器支路（2），提供补偿电流Ic的补偿电源（3），穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组（4），其特征是：所述的补偿电流Ic的大小可通过电阻器支路（1）、电容器支路（2）的调节实现，或者通过补偿电源（3）的电压值调节来实现。

2.如权利要求1所述的向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法，其特征是：所述的电阻器支路（1），电容器支路（2）或者补偿电源（3）的调节，根据维持可靠供电条件下的正常漏电流的大小，通过手动或自动方式实现，以保证带漏电保护器的空气开关不跳闸为宜。

3.如权利要求1所述的向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法，其特征是：所述的补偿电流Ic的大小可以由带漏电保护器的空气开关合闸次数分档确定，也可以是通过能够检测正常漏电流的仪器在合闸前确定。

4.如权利要求1所述的向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法，其特征是：所述的穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组（4），可以兼用穿过电流互感器磁芯的零线，或者是所有的相线中的一根相线，或者是另外加入的一段导线构成电流互感器的，除零线和所有相线外的另一个一次绕组。

5.如权利要求1或2所述的向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法，其特征是：所述的补偿电源（3）可直接来自于供电电源，也可通过分压器，或者变压器来产生补偿电源。

6.如权利要求1所述的向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法，其特征是：所述的调整补偿电流Ic是使在正常供电时，漏电保护器用电流互感器中的剩余电流总保持小于动作电流。

7.一种实现权利要求1所述的向漏电保护装置之电流互感器绕组补偿电流的方法的装置，其特征是：包括提供电阻性补偿电流的电阻器支路（1），提供电容性补偿电流的电容器支路（2），提供补偿电流Ic的补偿电源（3），使补偿电流穿过漏电保护器用电流互感器磁芯的一次绕组（4）。

8.如权利要求7所述的装置，其特征是：所述的各部分集成于一个独立的装置内，其外形和卡槽与现有技术的单极或双极空气开关相同，并设置于漏电保护器旁。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征是：所述各部分集成于现有的漏电保护器中。