磁力起动器的漏电保护

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1、论文题目：磁力起动器的漏电保护专 业：电气工程及其自动化本 科 生： 沈少峰 （签名） 指导教师： 高 赟 （签名） 摘要：简述了漏电的概念、产生原因、危害、对漏电保护的研究，分析对比了漏电保护的原理、分析了电网单相接地故障时零序电流分布情况，得出了采用零序电流方向保护原理来选线的方案。以零序电流和电压相位的关系作为漏电选线的直接依据，实现了对电网漏电的选择性保护。该方法不需要快速傅立叶分析、计算有功功率等复杂的设计运算，简化了设计，使系统具有简单，判断迅速，灵敏的特点。选择性漏电保护是指当电网发生漏电故障时，能够有选择地发出故障信号或切断故障支路电源申范围，不便于寻找漏电故障而非故障部分继续

2、土作。从而减小故障停电范围，便于寻找漏电故障，缩短漏电停电时间，提高了供电的可靠性。关键词： 漏电 、零序电流 、零序电流方向保护原理、供电可靠性目录第一章 绪论11.1引言11.2选题背景21.3课题研究意义21.4产生漏电的原因31.5井下低压电网发生漏电的危害41.6选择性漏电保护的发展现状51.7漏电保护的要求51.8本文的主要研究内容及工作任务7第二章 漏电保护原理92.1附加电源直流检测式漏电保护92.1.1保护原理92.1.2动作值整定112.1.3评价112.2零序功率方向式漏电保护122.2.1保护原理122.2.2动作值整定142.2.3评价152.3旁路接地式漏电保护16

3、2.3.1保护原理162.3.2故障相的选择方法172.3.3评价172.4其他漏电保护方式简介172 4.1利用3个整流管的漏电保护172.4.2序零电压式漏电保护182.4.3零序电流式漏电保护182.4.4自动复电式漏电保护18第三章 漏电保护的硬件设计213.1漏电保护原理的分析213.2硬件的设计223.2.1信号的采集233.2.2漏电信号采集、处理单元电路243.2.3变压器253.2.4互感器263.2.5单相桥式整流电路273.2.6单片集成稳压电源283.2.7双电压比较器电路LM39330第四章 调试32第五章 总结33致谢34参考文献35附录1 漏电信号采集、处理电路3

4、6附录2 信号的采集和直流稳压电源37附录3 英文译文38译文38原文411第一章 绪论磁力起动器（又称电磁起动器），是由交流接触器和热继电器组装在铁壳内，与控制按钮配套使用的起动器。用以对笼型电动机作直接起动或正反转控制。电磁起动器中的的热继电器起过载保护作用。接触器兼起欠压和失压保护作用。配以带熔丝的闸刀开关作隔离开关后，又有了短路保护。如果配的热继电器带有断相保护装置，则电磁起动器还起断相保护作用。这样，电磁起动器就有了较完善的保护功能。智能磁力起动器主要用于煤矿井下一些小型设备,控制电机的启动和停止，如小水泵、风扇和小型刮板运输机等,作为短路保护。1.1引言 漏电的定义：在电力系统中，

5、当带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，我们就说该带电导体发生了漏电故障，或者说该供电系统发生了漏电故障。流入大地的电流，叫做漏电电流。日常所见到的架空线路离地面很高，但空气也是一种绝缘物质，对电有一定的绝缘电阻，加上沿线对地的分布电容，所以正常时带电的架空导线上也有微小的泄漏电流经空气人地，不过其数值很小，一般可以忽略不计，这种现象不能称作漏电故障。电缆线路和各种电气设备与架空线路一样，正常运行时也有微小的泄漏电流人地，同样不能说它们发生了漏电故障。具体地，当人地电流由于某种原因增大至数十毫安、数安培甚至数十安培时，线路或电气设备就可能已发生了漏电故

6、障。当入地电流增大至数百安培及以上时，它又超出了漏电故障的范围，进人过流(短路)故障的范围。 漏电电流与正常的泄漏电流之间没有严格的界限，这种界限还与电网的结构、电压等级、中性点接地方式等因素有关。漏电保护装置的动作值往往就是这种界限的标志;同样，漏电电流与短路电流之间也没有严格的界限，而过流保护装置的动作值往往就是这种界限的标志。 在中性点直接接地的低压供电系统中，如果一相带电导体直接与大地接触，这时流入地中的电流通过大地，接地极、供电变压器绕组及导线构成回路，由于元件的阻抗都很小，因而回路中将产生很大的电流，可达数百、数千安培，此时，有关的过流保护装置将动作，切断故障线路的电源。这种故障不

7、属于漏电故障的范围，通常称之为单相接地短路。但是，若在该系统中发生一相带电导体经一定数值的过渡阻抗接地(如人体电阻等)，人地电流就小多了，其值常不足1A，此时过流保护装置根本不会动作，而漏电保护装置则应该动作，所以说，这种故障又属于漏电故障的范围。 在中性点绝缘(不接地)的低压系统中，若发生一相带电导线直接或经一定的过渡阻抗接地，则流人地中的电流只能通过电网三相对地电容和对地绝缘电阻而与变压器中性点构成回路。由于电网对地阻抗很大，故入地电流也常不足1A，过流保护装置不动作，这种情况属于漏电故障。至于中性点经高阻抗接地或经消弧线圈接地的供电系统，其情况与中性点绝缘的供电系统类似，只是人地电流稍大

8、一些，当发生一相带电导线直接或经一定的过渡阻抗接地时，都属于漏电故障。 对于目前国内井下广泛采用的变压器中性点绝缘的供电系统，漏电故障的明确定义:在中性点绝缘的供电系统中，发生单相接地(包括直接接地和经过渡阻抗接地)或两相、三相对地的总绝缘阻抗下降到危险值的电气故障就叫做漏电故障，简称漏电。显然，在这种供电系统中，人身触及一相带电导体的情况，属于单相经过渡阻抗接地，对人来说是发生了触电，对整个供电系统来说就是发生了漏电。 漏电的种类：根据煤矿井下电网的实际情况，漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。所谓集中性漏电，是指发生在电网中某一处或某一点、而其余部分的对地绝缘水平仍然正常的漏电。所谓

9、分散性猫电，是指整条线路或整个电网的对地绝缘水平均匀下降到低于允许水平的漏电。集中性漏电又分为长期集中性漏电、间歇集中性漏电和瞬间集中性漏电3种类型。长期集中性漏电是指电网中的某一设备或电缆，由于某种原因使绝缘击穿或带电导体碰壳而造成的漏电故障，如果没有相应的保护装置，或者保护装置拒动，这种漏电故障将长期存在。间歇性漏电，一般指电网内某台设备的负荷端，如磁力起动器负荷侧的电缆和末端的电动机，由于某种原因使绝缘击穿、带电导体碰壳而发生的漏电故障，这种漏电故障的存在与磁力起动器的停、送电状态有关，如果磁力起动器合闸，这部分线路就发生漏电，如果磁力起动器分闸，其漏电故障就消失。瞬间集中性漏电，主要指

10、人员或其他接地的导体偶尔触及设备的带电部分后，立刻又摆脱或分开的情况。1.2选题背景漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护(保护接地漏电保护和过流保护)之一，是防止人身触电的重要措施。我国矿井下的工作环境比较潮湿，相对湿度往往高达95%以上，为此，对其使用的电气设备和电缆的绝缘提出较高的要求。尽管如此运行中的电气设备及其供电电缆，由于工作环境恶劣，漏电现象时有发生。因此，装设漏电保护装置对矿井安全生产尤为重要主要体现在：(1)防止漏电流引燃瓦斯和煤尘，当空气中的瓦斯浓度在5%15%，氧气浓度适当，并遇上点火源时，便会引起爆炸。电缆与其他井下电气设备相比更易受损。当电缆受损后，由于绝缘被破坏，

11、便有漏电流。漏电流就有可能成为点火源。由于瓦斯的可能点燃能量很低，仅为0.28mJ。因此，及时有效的漏电保护装置可降低漏电流引燃瓦斯、煤尘的可能性。(2)防止漏电流烧损电气设备对于高压电路，由于电网分布电容大、电压高、漏电流大。因此，漏电流的长期存在可烧毁电气设备。尤其是橡胶电缆，如果单相 漏电故障不及时处理，则其漏电流可能会使电缆的绝 缘受损而发展成两相短路，使故障事态扩大。对低压电 路，由于漏电流小，一般漏电流不能直接烧毁电气设备。但是由于漏电流长期存在，电气设备局部发热使其绝缘局部老化加剧，必将大大缩短电气设备的寿命，而漏电保护则使电网不可能长时间地存在漏电流。因此，可有效地防止漏电流烧

12、损电气设备。1.3课题研究意义我国煤矿井下低压电网的中性点全部为不接地方式，漏电是井下低压电网的主要故障形式之一，约占其总故障的70%左右，它不但会导致人身触电事故，还会形成单相接地，进而发展成为相间短路，由此引发的电弧会造成瓦斯和煤尘爆炸。漏电保护的原理和装置的种类较多，但从适用于井下低压电网的漏电保护原理来看，目前主要有以下几种：附加直源检测保护原理、零序电压保护原理、旁路接地式保护原理、零序电流大小及零序电流方向保护原理。前三种保护原理为 非选择性漏电保护，供电电网的任何地方出现漏电故障，保护装置即动作并切除整个工作面电网，且无法确定故障支路。后两种保护原理为选择性漏电保护，可以判断出故

13、障支路，有选择地将故障支路切除。但是，随着矿井规模的扩大，供电系统复杂性的提高，对漏电保护提出了更高的要求。因此，研究选择性漏电保护理论与技术应用对矿井安全生产具有重要意义。 本论文的研究对象是井下中性点不接地的低压电网系统，研究重点主要放在 发生单相漏电故障时。通过对中性点不接地低压电网的漏电分析，提出基于零序电流方向保护原理的的选线漏电保护方案，实现矿井低压电网的选择性漏电保护。1.4产生漏电的原因 井下低压供电系统中发生漏电的原因，大致有以下几个方面。(1) 电缆或电气设备本身的原因敷设在井下巷道内的电缆，由于井下环境潮湿，且运行多年，其绝缘老化或潮气人侵，引起绝缘电阻下降，使正常运行时

14、系统对地的绝缘阻抗偏低而发生漏电。在这种供电系统中，还会因偶然的过电压冲击，使绝缘水平较低处发生击穿，产生集中性漏电。 开关设备长期使用，接线板潮湿可能造成漏电;其内部元件(主要是控制变压器、接触器、继电器、线圈等)或导线，因某种原因使绝缘恶化、导线头碰壳也会造成漏电;自动馈电开关中的过流继电器，当调整螺杆拧得过低时也会因相对地放电而造成漏电。 长期使用的电动机，工作时发热膨胀，绕组有一定的范性形变，停机后冷缩而形成缝隙，井下潮气、煤尘容易侵人，久而久之，就会因绝缘受潮、绕组散热不良等原因使绝缘材料变质、老化而造成漏电。此外，电动机内部接头脱落，使一相导线接触金属外壳而产生的漏电也较常见。 (

15、2)因施工安装不当引起漏电电缆施工接线错误，如误将相线与地线相接，通电后就会发生漏电;橡套电缆接头违反施工工艺要求，如采用了“鸡爪子”、“羊尾巴”和明接头等，这些接法都破坏了橡套的绝缘，在井下潮气的侵蚀下易发生漏电，此外，这些接法的机械强度都较低，容易被拉断而造成漏电。电缆与设备连接时，由于芯线接头不牢，封堵不严、压板不紧，运行或移动时造成接头脱落或接头松动，使相线与金属外壳直接搭接而漏电，或者是因接头发热过度使绝缘损坏而漏电口橡套电缆悬挂方法违反规定，采用铁丝或铜丝悬挂，时间一长因橡套强度低使铁丝或铜丝嵌人绝缘层内，接触芯线而产生漏电。井下并道狭窄，油浸纸绝缘恺装电缆在巷道内敷设或进出俐室时转弯非常不便。从保护绝缘的愿望出发，要求电缆在转弯或盘绕时，其曲率半径不得小于电缆外径的15倍，否则就容易把电缆内部的绝缘层折裂;但是在实际敷设时人们很少注意这一要求，或是现场情况无法满足这一要求，因而使电缆的绝缘层受损，运行时间一长，就可能发生漏电。开关或其他电气设备的内部接线错误，或接线头松脱碰壳，当合闸通电时便发生漏电。(3)因管理维护不当引起漏电由于管理不严，电