新型鉴相鉴幅漏电继电器的研究

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+3

Study on Intelligent Protective R elay with Discriminating

Phase and Amplitude of R esidual Current

L I Kui Q U Jianxi

Delixi Group Co.,L TD.(325604)

L U Jianguo

Hebei University of Technology (300130)

Abstract :The principle of residual current operated protective device was described.The intelligence of the

discriminating 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+

sinθ

3

I b=I

sinθ

3/2

I c=0

(1)

120°≤θ<240°时

I a=0

I b=I cos(θ-120°)+

sin(θ-120°)

3

(2)

I c=I

sin(θ-120°)

3/2

240°≤θ<360°时

I a=I

sin(θ-240°)

3/2

I 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=arctan

3IΔb/2

IΔb/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,

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新型鉴相鉴幅漏电继电器的研究低压电器(2001№4)