CN103427394B - 一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，其技术特点是：包括单片机、电源单元、液晶显示模块、信号检测及处理电路、通讯模块和驱动跳闸电路，电源单元与单片机及液晶显示模块相连接为其供电，单片机通过信号检测及处理电路与安装在供电系统上的零序电流互感器连接实现漏电检测功能，单片机通过驱动跳闸电路与安装在供电系统上的跳闸执行机构相连接实现跳闸控制功能，单片机通过通讯模块与远程监控主机相连接实现远程监控功能。本发明设计合理，实现了煤矿井下无中性点接地供电系统的干线和支线分级选择性漏电保护功能，提高了煤矿自动化水平和供电质量，更好地保证了人身和机器设备安全。

Description

一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器

技术领域

本发明属于漏电保护器技术领域，尤其是一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器。

背景技术

煤矿井下的电气设备通常是通过矿井低压电网来供电。目前，我国煤矿井下普遍采用变压器中性点不接地的供电系统（中性点绝缘供电网络）。如图3所示，在中性点绝缘供电网络中，井下全部采用电缆做为载体，三相导线对地是绝缘的，绝缘材料具有一定数值的电阻R1，R2，R3（即对地绝缘电阻），电缆总长度越长，绝缘电阻越小；此外，三根导线对地也有一定的分布电容C1，C2，C3；同样，变压器T本身也具有对地绝缘电阻和分布电容。实际上电网各相是通过绝缘电阻R和分布电容C与大地相连。为了避免由于供电网系统漏电造成设备损坏或人员伤害，通常在供电系统中安装有漏电保护装置，现有的漏电保护装置通常存在检测精度低，可靠性低，选择性差、误跳主开关，通讯协议单一、抗干扰能力差等问题，难以满足煤矿井下选择性漏电保护的供电要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、可靠性高且性能稳定的矿用隔爆型低压选择性漏电保护器。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，包括单片机、电源单元、液晶显示模块、信号检测及处理电路、开关量输入模块、键盘输入模块、继电器输出模块、看门狗电路、通讯模块和驱动跳闸电路，电源单元与单片机及液晶显示模块相连接为其供电，单片机通过信号检测及处理电路与安装在供电系统上的零序电流互感器连接实现漏电检测功能，单片机分别与液晶显示模块、开关量输入模块、键盘输入模块、继电器输出模块、看门狗电路相连接，单片机通过驱动跳闸电路与安装在供电系统上的跳闸执行机构相连接实现跳闸控制功能，单片机通过通讯模块与远程监控主机相连接实现远程监控功能。

而且，所述的信号检测及处理电路包括零序电压移相电路、零序电压调整电路、过零检测电路、第一光电耦合电路、第一反向器、零序电流调整电路、过电流检测电路、第二光电耦合电路、第二反向器；零序电压移相电路、零序电压调整电路、过零检测电路、第一光电耦合电路、第一反向器依次相连接，其中，零序电压移相电路的输入端与零序电流互感器相连接，第一反向器的输出端与单片机相连接；零序电流调整电路、过电流检测电路、第二光电耦合电路、第二反向器依次相连接，其中，零序电流调整电路的输入端与零序电流互感器相连接、第二反向器的输出端与单片机相连接。

而且，所述的通讯模块为以太网通讯模块、CAN通讯模块、RS485通讯模块中的一种或它们的组合。

而且，所述的跳闸执行机构为分励脱扣器、失压脱扣器的断路器、交流接触器、或磁力启动器。

而且，所述的单片机还连接一声光报警器。

而且，所述的单片机还连接一状态指示灯。

本发明的优点和积极效果是：

1、本漏电保护器通过单片机自动检测供电系统各个支路的状态，并通过分励脱扣器或失压脱扣器的断路器、交流接触器、磁力启动器等组成漏电保护装置，实现矿用隔爆型低压选择性漏电保护功能，达到了煤矿井下无中性点接地漏电保护的准确性和可靠性要求，从而更好地保护煤矿井下的馈电安全。

2、本漏电保护器可以通过RS485、以太网或CAN通讯方式与远程监控主机进行通讯实现远程监测和保护；同时具有声光报警功能，从视觉和听觉两方面提示工作人员漏电报警信息。

3、本漏电保护器可以检测小于30毫安的漏电流，灵敏度高，可以有效地防止人身触电事故的发生。

4、本漏电保护器操作简便，操作人员无需经过专业培训，即可上手使用，而且监测、保护、控制、报警功能集于一体，安全可靠，简单实用。

5、本漏电保护器采用集中控制模式，保证总开关和支路开关保护判断的一致性，避免了未漏电支路因漏电电流很小而误动作。

6、本漏电保护器时刻监测漏电电流，漏电电流达到动作值时，迅速跳开漏电支路，显示漏电故障发生时间和漏电点，并有声光报警功能，提醒工作人员；漏电故障排除后，仍可调查过去发生的故障信息，有利于漏电原因分析，排除漏电安全隐患。更加人性化和智能化。

7、本漏电保护器采用漏电电流大者优先的原则，实现了分散性漏电保护，有几条支路漏电电流达到动作值，就会跳几条支路，不误跳总开关。避免大面积停电给煤矿生产环境和人身，设备带来安全隐患。

8、本发明设计合理，实现了煤矿井下无中性点接地供电系统的干线和支线分级选择性漏电保护功能，提高了煤矿自动化水平和供电质量，更好地保证了人身和机器设备安全，有效预防了煤矿电气火灾的发生，具有免维护、可靠性高、抗干扰能力强，配套性好，智能化和人性化强等特点，可广泛应用于电压AC380、660、1140、3300V，频率50HZ煤矿供电系统中。

附图说明

图1是本发明的电路方框图；

图2是本发明的信号检测及处理电路的电路方框图；

图3是本发明的应用连接示意图；

图4是本发明的选择性漏电保护原理图；

图5是本发明的单片机内置软件的处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，如图1所示，包括单片机、电源单元、液晶显示模块、信号检测及处理电路、开关量输入模块、键盘输入模块、继电器输出模块、看门狗电路、实验电路、状态指示灯、以太网通讯模块、CAN通讯模块、RS485通讯模块、驱动跳闸电路及声光报警器，电源单元与单片机及液晶显示模块相连接为其供电，单片机通过信号检测及处理电路与安装在通电系统中的零序电流互感器相连接实现漏电检测功能，单片机分别与液晶显示模块、开关量输入模块、键盘输入模块、继电器输出模块、看门狗电路、实验电路、状态指示灯、以太网通讯模块、CAN通讯模块、RS485通讯模块、驱动跳闸电路及声光报警器相连接，该驱动跳闸电路与安装在供电系统中的跳闸执行机构相连接。当单片机检测出某条支路有漏电故障发生时，通过跳闸执行机构控制该支路开关跳闸，从而有选择性地切断故障线路，但仍可保证非故障线路安全运行的保护设施；同时，单片机通过RS485通讯模块、以太网通讯模块或CAN通讯模块，将状态信息上传至综合自动化系统的监控主机，实现远程监控功能。

如图2所示，所述的信号检测及处理电路由零序电压移相电路、零序电压调整电路、过零检测电路、光电耦合电路1、反向器1、零序电流调整电路、过电流检测电路、光电耦合电路2、反向器2构成。零序电压移相电路、零序电压调整电路、过零检测电路、光电耦合电路1、反向器1依次相连接，其中零序电压移相电路的输入端与零序电流互感器相连接，反向器1的输出端与单片机相连接，零序电流调整电路、过电流检测电路、光电耦合电路2、反向器2依次相连接，其中，零序电流调整电路的输入端与零序电流互感器相连接、反向器2的输出端与单片机相连接。当电网漏电时，信号检测及处理电路从电网中取出零序电流和零序电压信号，经信号检测及处理电路后由单片机判断故障支路，最后通过单片机控制跳闸执行机构（分励脱扣器或失压脱扣器的断路器、交流接触器、磁力启动器），以切断故障支路的电源，实现有选择性的漏电保护功能。零序功率方向式选择性漏电保护方式具有很强的横向选择性和纵向选择性，可以选择性地进行漏电保护。

如图3所示，本漏电保护器安装在煤矿井下变压器中性点不接地的供电系统中，漏电保护器中的零序电流互感器TA连接在供电线路中，脱扣器GF与供电系统中的驱动主开关QF相连接，当用电设备正常运行时，线路中电流呈平衡状态，互感器中电流相量之和为零（电流是有方向的矢量，如按流出的方向为“＋”，返回方向为“－”，在零序电流互感器中往返的电流大小相等，方向相反，正负相互抵消,即：I1+I2+I3=0。由于一次线圈中没有剩余电流，所以不会感应二次线圈，漏电保护器的开关装置处于闭合状态运行。当设备外壳发生漏电并有人触及时，则在故障点产生分流，此漏电电流经人体→大地→沿线分布电容接地，返回变压器中性点（并未流经零序电流互感器），致使零序电流互感器中流入、流出的电流出现了不平衡（电流相量之和不为零），一次线圈中产生剩余电流，从而便会感应二次线圈，当这个电流值达到该漏电保护器限定的动作电流值时，自动开关脱扣，切断电源。当被保护电路发生漏电或有人触电时,由于漏电电流的存在,通过TA一次侧各相负荷电流的相量和不再等于零,即：I1+I2+I3≠0产生了漏电电流。在铁芯中出现了交变磁通，在交变磁通作用下，QF二次侧线圈就有感应电动势产生，此漏电信号经中间环节进行处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈GF通电，驱动主开关QF自动跳闸，迅速切断被保护的供电电源，从而实现保护。用于单相回路漏电保护器的工作原理与三相回路相同。

本保护器能够实现矿用隔爆型低压选择性漏电保护，当矿井低压电网中某条支路的某一相发生人身触电、单相对地放电或单相对地漏电流时，系统及时检测出漏电故障并作用于跳闸，从而有选择性地切断故障线路，但仍可保证非故障线路安全运行的保护设施。选择性漏电保护原理如图4所示，图中，LD1和LD2为漏电点，K1-K4为馈电开关，QF1和QF2为主控开关，QS隔离开关，单片机内置通过零序电流互感器及信号检测及处理电路实时监测每条支路是否发生漏电，并通过驱动跳闸电路及执行机构（脱扣器）实现对主开关和分开关的选择，在主漏电电路和分漏电电路之间进行切换，从而在一套系统上兼容主开关和分开关功能，同时可发出漏电故障报警并控制故障电路。

本保护器通过单片机控制外部电路，以便在主漏电电路和分漏电电路之间进行切换，从而在一套系统上兼容主开关和分开关功能，同时发出漏电故障报警声光信号并控制，切断漏电故障电路，实现选择性漏电保护的功能。

单片机内置有处理软件，该软件的处理流程如图5所示，设备上电后，该处理软件可首先对其进行初始化，以完成一些标志位的清零和单片机的初始化；接下来对开关状态进行判断，只有在开关处于合闸状态时，系统才进行漏电检测，然后判断是主开关还是分开关，以便根据不同的开关调用不同的漏电子程序，一旦系统发生漏电故障，则发出分闸动作信号，并控制外部开关，立即切断电网供电。通过单片机软件编程实现了漏电智能选择和转换，信号处理电路保证了漏电电流监测精度，并随时修正系统电容和系统电网电压对漏电电流测量精度的影响，保证系统运行在最佳工作状态。

本矿用隔爆型低压选择性漏电保护器不但原理有突破，采用集中控制模式，解决了分散性漏电问题。而且，采用单片机和软件可编程技术，更加智能化和人性化。适用于煤矿井下，很好地解决了煤矿井下漏电保护问题。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，其特征在于：包括单片机、电源单元、液晶显示模块、信号检测及处理电路、开关量输入模块、键盘输入模块、继电器输出模块、看门狗电路、通讯模块和驱动跳闸电路，电源单元与单片机及液晶显示模块相连接为其供电，单片机通过信号检测及处理电路与安装在供电系统上的零序电流互感器连接实现漏电检测功能，单片机分别与液晶显示模块、开关量输入模块、键盘输入模块、继电器输出模块、看门狗电路相连接，单片机通过驱动跳闸电路与安装在供电系统上的跳闸执行机构相连接实现跳闸控制功能，单片机通过通讯模块与远程监控主机相连接实现远程监控功能；

所述的信号检测及处理电路包括零序电压移相电路、零序电压调整电路、过零检测电路、第一光电耦合电路、第一反向器、零序电流调整电路、过电流检测电路、第二光电耦合电路、第二反向器；零序电压移相电路、零序电压调整电路、过零检测电路、第一光电耦合电路、第一反向器依次相连接，其中，零序电压移相电路的输入端与零序电流互感器相连接，第一反向器的输出端与单片机相连接；零序电流调整电路、过电流检测电路、第二光电耦合电路、第二反向器依次相连接，其中，零序电流调整电路的输入端与零序电流互感器相连接、第二反向器的输出端与单片机相连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，其特征在于：所述的通讯模块为以太网通讯模块、CAN通讯模块、RS485通讯模块中的一种或它们的组合。

3.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，其特征在于：所述的跳闸执行机构为分励脱扣器、失压脱扣器的断路器、交流接触器、或磁力启动器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，其特征在于：所述的单片机还连接一声光报警器。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种矿用隔爆型低压选择性漏电保护器，其特征在于：所述的单片机还连接一状态指示灯。