矢量差型觸電保護器的製作方法
2023-05-01 19:58:11 5
專利名稱：矢量差型觸電保護器的製作方法
技術領域：
本發明矢量差型觸電保護器，適用於低壓配電網中發生人、畜觸電以及線路設備漏電時進行保護。屬漏電電流動作保護器。
目前國內外普遍採用的漏電保護器以漏電電流(通過漏電保護器主迴路電流的矢量和)的大小作為動作依據，在低壓配電網中發生觸電時，漏電電流實際上有兩部分組成(見附圖3)其中之一為三相不平衡漏電流(I』△)，其二為人體觸電電流(ICD)，當合成電流(I△)大於漏電保護器的額定漏電動作電流(I△n)時，保護器動作，切斷電源。理論和實踐證明，由於I』△的存在，在人、畜觸電時，漏電動作電流(I△n)和使保護器動作而通過人體的觸電動作電流(ICDQ)是不相對應的，其關係式表達如下IC D Q=I2△ n- (I，△S i n a )2- I△′COSα]]>由上式不相對應的關係可知，觸電電流ICD必須大於ICDQ。漏電保護器才動作。而在較多場合，儘管通過人體觸電電流(ICD)大於I△n，但小於ICDQ保護器不會動作，即存在不靈敏動作死區或不靈敏動作相。特別在低壓觸電網中，由於I△偏大，這時為了提高投運率保證供電，I△n必須大於I』△，這樣人身觸電動作電流必然增大，不靈敏動作死區範圍也擴大，觸電保護的成功率將下降，保護器的投運率和觸電保護的成功率是漏電保護器不易克服的一個矛盾。
本發明的目的是提供一種新穎的矢量差型觸電保護器，解決了低壓電網中的漏電保護和矢量差觸電保護問題，它具有觸電靈敏度高，並且和線路的漏電大小無關，確保人、畜和設備安全，具有自動重合閘功能，提高了投運率，減少了維護電工的工作量。
矢量差型觸電保護器主要結構由交流接觸器CJ。另序電流互感器CT。矢量差型觸電保護器電子元件線路部分及安裝元件的外殼、面板等，屬組合式保護器。觸電保護器面板上裝有漏電動作指示發光二極體F1、工作指示燈F2，電源開關K，試驗按鈕T，觸電保護器外殼下端具有電源進線端3、4，輸出控制端1、2，外殼上端具有觸電信號輸入端1』、2』試驗信號的輸入端4』、5』。交流接觸器連接在電源電路中，它受觸電保護器控制，以對被保護的主迴路進行控制，另序電流互感器CT穿入被保護線路中，被保護線路中的漏電電流和觸電電流經它在次級反映出來(USr)。觸電保護器外殼內裝有矢量差型觸電保護器電子元件組裝成的線路板。觸電保護器控制線路主要由電源部分、信號幹擾及放大電路、漏電保護的測量與比較電路、矢量差觸電保護測量與比較電路、輸出控制及自動重合閘部分、一次送電控制電路、觸電試驗部分構成。
電源部分有輔助電源的降壓變壓器B，初級接至主迴路的電源側，次級連接有電源開關K、橋式整流器D1～D4，三端式集成穩壓塊SW，濾波電容C1、C2C3、C4、C5，分壓電阻R1、R2，由電阻R3、R4運算放大器S1組成採用運算放大器的1/2電壓分壓器。
信號抗幹擾及放大電路有濾除高頻幹擾的電阻R5、電容C6由電阻R6、R7、R8、R9，電容C7、C8、C9、C10、運算放大器S2構成的濾除高次諧波的有源濾波器，電阻R15R16R17，運算放大器S3構成的放大信號的線性放大器。
漏電保護測量與比較電路有半波整流二極體D5、由電容C15C16與電阻R18、R19構成的π型濾波電路。由電阻R25可調電阻W1構成比較電壓的分壓調節器，漏電測量、比較運算放大器S4，漏電動作指示燈F1、W1用來整定額定漏電動作電流值。
矢量差觸電保護測量比較電路為由電阻R10、R11、R12R13。電容C11、C12、C13、C14和運算放大器S5構成選取觸電信號的有源濾波器，由電阻R14、R21、R22、R23、R24，整流二極體D6、D7電容C17、運算放大器、S6、S7構成的將觸電信號變為脈衝信號的全波整流電路，由電容C18、電阻R26、R27構成脈衝耦合電路，由電阻R28、可調電阻W2構成的比較電壓調節器。觸電電流的測量、比較放大器S8組成。比較電壓調節器用於整定觸電動作值。
輸出控制及自動重合閘部分，二極體D8、電阻R29為漏電控制輸入端，二極體D9、電阻R32、R36為觸電控制輸入端，由電阻R34、R35，電容C20，二極體D10構成重合閘時間控制電路，控制三極體BG1、BG2，控制三極體集電極電阻R37輸出控制繼電器線圈J1，其接點控制交流接觸器CJ，工作指示燈F2。
一次送電控制電路由電阻R30，電容C19、電阻R31構成時間控制電路和短路三極體BG3，二極體D11構成該電路。防止合上電源開關K送電時出現的立即跳閘現象。
觸電試驗部分由試驗按鈕T、試驗電阻R39構成。
矢量差型觸電保護器包括漏電保護和矢量差觸電保護兩部分。人體觸電是突然發生的，觸電電流即為觸電前後漏電流的矢量差I△-I』△＝ICD(附圖3)。現選用專門的矢量差測試電路，直接測得觸電電流(ICD)，因為是突變量，所以測得的是個變化量(具有脈衝性質)，它與觸電前漏電流的大小和相角無關，當變化量(ICD)大於額定觸電動作電流(△In)時，觸保器動作切斷電源，從而保護人身安全，因所測變化量即反映ICD。與I』△無關，所以三相觸電靈敏度一致，不存在不靈敏動作死區或不靈敏相，對於線路絕緣或其它原因引起的穩定或緩慢變化的漏電流仍用漏電保護辦法進行保護，但這時主要考慮保護設備安全，所以額定漏電動作值(I△n)可增大，從而確保了投運率。為了減少維護電工的工作量和提高投運率，觸電保護還設置了自動重合閘功能，當人身觸電，保護器動作切斷電源後，考慮觸電者有可能立即主動或被動脫離電源，所以經30秒左右自動合閘，恢復正常供電。若30秒內觸電者未脫離電源，則自動重合後漏電保護隨即動作，永久切斷電源以保證觸電者安全。待電工恢復供電。總之，利用矢量差觸電保護提高靈敏度(△In)，確保人身安全，利用降低漏電保護的靈敏度(如I△n＞100毫安)，以確保正常供電，提高了提運率。在一定場合，採用矢量差型觸保器一級保護可達到漏電保護器二級保護的作用，從而取得經濟效益。
以下將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
圖1是矢量差型觸電保護器電氣原理圖。
圖2是矢量差型觸電保護器安裝接線圖。
圖3是漏電和觸電電流的矢量圖。
參照圖1、圖2矢量差型觸電保護器主要結構由觸電保護器外殼面板。交流接觸器CJ。另序電流互感器CT，以及矢量差型觸電保護器電子元件線路部分構成。圖中CJ為普通交流接觸器，它受觸電保護器控制，以對被保護的主迴路進行控制，CT為穿入被保護線路的漏電電流和觸電電流經它在次級反映出來(USr);其餘電路為矢量差型觸保器的全部電路。B為輔助電源的降壓變壓器，初級接至主迴路的電源側，合上電源開關K，接通次級低壓電源，觸保器即投入運行，經K和橋式整流電路(D1～D4)得到輔助直流電壓。C1、C4為濾波電容，經三端式集成穩壓塊SW，輸出得到穩定的直流電源，供給運算放大器S1和其它電路使用，C3為濾波電容，經過穩壓可使主迴路電壓在+10%～-15%範圍內變化時，確保觸保器的測量電路和其它控制電路能精確地工作，因運算放大器需要雙電源才能工作，所以利用R1，R2把直流電壓分成上下各半，經過R3、R4和S1，使S1輸出端的電位始終與R1，R2連接點的電位一致，從而把單電源變為±相等的雙電源，供所有運算放大器正常工作，C4，C5為雙電源進一步濾波，以上為輔助電源部分。合上電源開關K正常投運時，晶體三極體BG1處於截止狀態，BG2經R37得到基流飽和導通，繼電器J吸動，發光二極體F2亮(工作指示)，繼電器J的常開接點閉合，控制交流接觸器吸合，接通主迴路供電。
測量、比較電路和保護動作過程CJ工作投入工作後，CT的輸出USr反映被保護線路的漏電流(I△)，USr經R5、C6濾除高頻幹擾後送至由R6、R7、R8、R9、C7、C8、C9C10和運算放大器S2組成的有源濾波器，它的作用是濾除高次諧波。這樣可達到提高測量精度和抗幹擾性能的目的，R15、R16R17和S3組成反相放大器，放大倍數由
確定，它的作用是放大漏電信號，它的輸出大小和動態範圍要確保與漏電電流有線性關係，在允許出現的最大漏電流時放大器不出現飽和或截止。經S3放大的信號分兩路輸出;一路為漏電保護，另一路為矢量差觸電保護。漏電保護由半導體二極體D5將漏電流信號進行半波整流，經R18R19，C15、C16獲得較平滑的直流，通過R20接至由S4組成的自鎖式比較電路，S4「-」端接至W1，通過W1調整漏電保護的額定漏電動作值(I△n)，正常運行時，S4「-」端電位高於漏電流信號輸入端「+」端的電位，所以S4輸出低電位。當被保護電路中漏電流由於某種原因緩慢增加並達到或大於I△n時，經D5送入S4「+」端電壓將高於「-」端比較電壓值，S4輸出由低電位變為高電位，同時經F1發光二極體反饋，不再受D5輸出的影響，始終保持S4輸出高電位，達到自鎖，同時F1發亮，表示觸保器漏電保護動作。S4輸出的高電位D8、R29為BG1提供其BG1飽和導通，使BG2截止，工作指示燈F2滅，J釋放，交流接觸器CJ隨之釋放，切斷主迴路供電，達到漏電保護目的，此後為了恢復供電必須由維護電工先將觸保器電源開關K打開，在排除線路故障後重新合上K，如故障消除則F2發亮，J動作，CJ吸合恢復供電，以上為漏電保護的測量電路和工作過程。
矢量差觸電保護電路和工作過程，USr經S2、S3放大後，另一路送入由R10、R11、R12、R13、C11、C12、C13、C14和S5組成的有源濾波器，正常運行時，對於穩定和緩慢變化的漏電流，儘管S3有輸入信號，經有源濾波器S5的輸出則幾乎為另。當被保護線路發生觸電時，觸電電流ICD為突變量，USr隨即反映，經放大後由S5組成的有源濾波器即有與ICD對應的工頻分量輸出，此輸出經由S6、S7及有關電路(R14、R21、R22、R23、R24、D6、D7、D17)組成的全波整流電路得到一個負脈衝，此脈衝持續時間在30毫秒左右，最大幅值與觸電電流大小相對應。負脈衝經C18、R27至比較器S8的「-」端，S8「+」端輸入為比較電壓，調整W2即可改變額定觸電動作電流(△In)當觸電電流引起的負脈衝的絕對值大於S8「+」端比較電壓的絕對值時，比較器S8的輸出由低電位變成高電位(即送出一正脈衝)，正脈衝經D9、R32、R36給BG1提供基流，BG1導通，BG2截止，F2滅，J釋放，CJ失電，切斷主迴路電源，保護觸電者。此時，正脈衝使BG1導通的時間雖短但當BG1導通BG2截止後，直流穩壓電源將經R34、R35、C20、R36、BG1的be結對C20充電，充電電流即可維持BG1繼續導通，BG2截止，被保護線路保持停電，這時觸電者可主動或被動的脫離電源，經30秒鐘左右，C20充電電流逐漸減小BG1截止，BG2導通，F2發亮，J吸合，自動重合，CJ合閘恢復送電，這就是觸電保護和自動重合閘的工作過程。
短路三極體BG3的作用是保證合上電源開關K時，被保護線路立即得到供電，其過程如下，當合上K、J、CJ吸合供電時，因被保護線路總有些漏電流，CJ吸合供電產生漏電流時，USr反映為從無到有的突變量，所以剛送電時S5有工頻分量輸出，經全波整流S8即可能有正脈衝送出。但此時正脈衝不會對BG1發生作用，因為這時K剛合上，直流電源將經R30、C19、BG3的be結對C19充電，充電電流使BG3飽和導通。BG3的Ce結之間相當於短路，把剛送電時由漏電流引起的正脈衝短路了，不會引起BG1導通，BG2截止，也就保證了線路漏電流在允許範圍時，合上K就能一次供電成功。
參照圖2矢量差觸電保護器的使用安裝接線圖。本保護器使用在變壓器中性點接地系統，被保護線路的中性線不允許重複接地。
矢量差型觸電保護器外殼下端電源進線端3、4接入電源B、C相，進線端1、2接在交流接觸器CJ線圈用以交流接觸器開、合，外殼上端接線端1』、2』接在與另序互感器CT次級的輸出端，接線端4』、5』為試驗信號輸入端與CT輸入端相連，另序電流互感器穿入被保護線路中，被保護線路中的漏電電流和觸電電流經它在次級反映出來(USr)。觸電保護器面板上裝有發光二極體F1，工作指示燈F2，電源開關K，試驗按鈕T。觸電保護器安裝接線完畢後，合上電源開關K.F2(紅)燈亮，CJ吸合供電。運行中當線路漏電流I△超過額保器額定漏電動作電流(I△n)時，觸保器的F2(紅)燈滅，F1(綠)燈立即亮，CJ釋放切斷供電，維護電工根據觸保器上述反映可確定被保護線路有故障，隨即打開K，處理線路故障處理完畢合上K，即可恢復正常運行、供電。當發生觸電或按下試驗按鈕(T)時，F2滅，CJ釋放;立即停止供電，經30秒左右自動重合，F2亮，恢復供電;若在重合期間觸電者未脫離或故障未消失，則重合後由漏電保護作用將迅速再次切斷電源，F2(紅)燈滅，F1(綠)燈亮，此時與漏電動作保護一樣，需由維護電工處理後才能恢復供電。
矢量差型觸電保護器與現有的保護器相比具有以下特點1、觸電保護採用矢量差原理，觸電動作靈敏度高(△In取30毫安)，任何一相觸電電流超過30毫安，觸保器即能在0.1秒內(包括CJ釋放時間)切斷被保護線路電源，具有自動重合閘性能，可減少維護電工的工作量和提高投運率。
2、額定漏電動作電流取得較大(I△n＝200毫安)，可使觸保器在配電線路絕緣電阻低漏電流較大的情況下確保正常供電。提高了供電率，這樣與高靈敏度的觸電保護配合，在主幹線或變壓器總出線上裝一臺矢量差觸電保護器，可達到目前漏電保護器安裝兩級保護的效果。
3、正常運行時取J繼電器為吸合狀態，而不是釋放狀態。這樣當觸保器輔助電源或其它電路故障時，J立即釋放切斷被保護線路供電。告知維護電工及時修復觸電保護器，因而提高了保護器的可信度若J採用平時釋放狀態，則凡一輔助電源或其它故障時，雖不影響供電，但當被保護線路發生觸電或漏電流超過動作值時，J不可能吸動從而無法切斷電源，保護人身和設備安全，失去了保護器的作用。
權利要求
1.一種具有交流接觸器CJ、另序電流互感器CT1觸電保護器控制電子元件、線路部分，安裝元件的外殼、面板構成的矢量差型觸電保護器、其特徵是矢量差型觸電保護器面板上裝有漏電動作指示發光二極體F1、工作指示燈F2、電源開關K、試驗按鈕T、觸電保護器外殼下端具有電源進線端3、4、輸出控制端1、2，外殼上端具有觸電信號輸入端1′、2′，試驗信號的輸入端4』、5』；矢量差型觸電保護器控制線路主要由電源部分、信號抗幹擾及放大電路、漏電保護的測量與比較電器、矢量差觸電保護測量與比較電路、輸出控制及自動重合閘部分、一次送電控制電路、觸電試驗部分構成。A、電源部分有輔助電源的降壓變壓器B、初級接至主迴路的電源側，次級連接有電源開關K，橋式整流器D1～D4，三端式集成穩壓塊SW，濾波電容C1、C2、C3、C4、C5，分壓電阻RR2，由電阻R3、R4運算放大器S1組成，採用運算放大器的1/2電壓分壓器；B、信號抗幹擾及放大器有濾除高頻幹擾的電阻R5、電容C6由電阻R6、R7、R8、R9電容C7、C8、C9、C10運算放大器S2構成的濾除高次諧波的有源濾波器、電阻R15、R16R17、運算放大器S3構成的放大信號的線性放大器；C、漏電保護測量與比較電路有半波整流二極體D5、由電容C15、C16與電阻R18、R19構成的
型濾波電器、由電阻R25、可調電阻W1構成比較電壓的分壓調節器，漏電測量、比較運算放大電路S4、漏電動作指示燈F1；D、矢量差觸電保護測量比較電路為由電阻R10、R11、R12、R13、電容C11、C12、C13、C14與運算放大器S5構成選取觸電信號的有源濾波器，由電阻R14、R21、R22、R23、R24整流二極體D6、D7電容C17運算放大器S6、S7構成的將觸電信號變為脈衝信號的全波整流電路、由電容C18電阻R26、R27構成脈衝耦合電路、由電阻R28可調電阻W2構成的比較電壓調節器、觸電電流的測量比較放大器S8組成；E、輸出控制及自動重合閘部分二極體D8、電阻R29為漏電控制輸入端、二極體D9、電阻R32、R36為觸電控制輸入端由電阻R34、R35、電容C20、二極體D10構成重合閘時間控制電路，控制三極體BG1、BG2，控制三極體集電極電阻R37輸出控制繼電器線圈J1，其接點控制交流接觸器CJ，工作指示燈F2；F、一次送電控制電路由電阻R30、電容C19、電阻R31構成時間控制電路，短路三極體BG3，二極體D11構成。G、觸電試驗部分由試驗按鈕T，試驗電阻R39構成。
2.根據權利要求1所述的矢量差型觸電保護器，其特徵是交流接觸器連接在電源電路中，另序電流互感器CT穿入被保護線路中。
全文摘要
本發明矢量差型觸電保護器，適用於低壓配電網中發生人、畜觸電以及線路設備漏電時進行保護。主要由交流接觸器，另序電流互感器、觸電保護器控制電子元件，以及一整套控制線路。外殼、面板組成，該觸電保護器解決了低壓電網中的漏電保護和矢量差觸電保護問題，它具有觸電靈敏度高，並且與線路的漏電大小無關，確保人、畜和設備安全，具有自動重合閘功能，提高了投運率。減少了維護電工的工作量。
文檔編號H02H3/07GK1043230SQ8810999
公開日1990年6月20日 申請日期1988年11月24日 優先權日1988年11月24日
發明者秦鍾銘, 沈金官, 湯聯珠, 吳嬋娟 申請人:南京電力專科學校