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1、编号：商丘工学院毕业论文（设计）题目：反时限过流保护电路系另I：机电工程系专业：电气自动化班级：09电气1班学生姓名：孙 好扌旨导教师：赵利平成 绩：反时限过流保护电路的设计摘要随着时代的发展越来越多的电子设备走入了我们的生活，而电子设备的安 全问题一直是一个很重要的工作，我们知道很多电子设备都有额定电流，工作中 都不允许超过额定电流，否则会烧坏设备。所以大部分用电设备都设置了过流保 护模块。当电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备。 我国中低压配电线路，大多采用三段式过电流保护.为保证其选择性，逐 段提高 保护动作时限，可能造成电源端后备保护动作 时间 较 长，保护切除故障 时间 增
2、长，造成不必要的损失。国外目前很多采用反时限过流保护，其优点就 是在 靠近电源侧输电线路故障时， 就后备保护而言，动作时间较三段过流保护 明显 缩短。与 定时限保护相比，反时限保护整定复杂，且与其他保护配合较为 困难。 近年来随着数字保护技 术的成熟， IEEE 和 CIGRE 建立 了 反时限过流继 电 器动作特性标准，反时限过流保护在我国电力设备和低压配网中也逐本文设计了 一种反时限过流保护定时电路，该电路结构简单，反应速度快，系统可靠稳定。 关键词：过流保护 反时限 智能化目录引 言 1第一章 传统的过流保护存在的问题2第二章电力系统过流保护的作用3第三章 反时限过流保护定时电路的设计4
3、3.1反时限过流保护的概念43.2反时限过流保护定时电路的工作过程5第四章PTC热敏电阻保护.64.1 PTC热敏电阻保护原理电路64.2 应用举例8结束语11参考文献i2引言随着经济与社会的发展，电力系统的规模越来越庞大，系统的容量和覆 盖区域日趋增大，复杂性越来越高，大面积停电事故带来的损失也越来越大。 我国电网结构较薄弱，规模也较小但近年来随着我国国民 经济的快速发展， 对电力的需求日益增长，电力系统的规模日益扩大，每年、 每天电网高负荷 运行的时间越来越妖，网络结构更加庞大更加复杂化，对系统 运行安全性和 可靠性的要求也在不断提高。电路发出保护动作现代电力系统是一个庞大而 复杂的系统人
4、们在研究反事故措施时发现，电网的 故障波及和事故扩大，往 往是由于保护的不正确动作或电网调度员错误操作和 延误处理引起的。我们知道，电器在工作中，由于工作状况的变化，其工作电流发生变化 是正常的，短时间的过流也是允许的。但电器发生故障时的过流却是持续的、 有害的。因此对电器的过流保护装置必须能够判断过流的性质，到底是负载 的变化引起的短时间过流，还是故障引起的持续性过流。其判断方法通常是 设定一个延迟时间 t若发生过流电流能在 t时间内回落到设定值以下， 则认为是正常工作电流起伏，电路不产生保护动作；若过流时间超过At,则 认为是故障过流，因此设计一个智能化的过流保护电路势在必行。第一章 传统
5、的过流保护存在的问题众所周知，常规的过流保护延时开关，其延时时间At是固定不变的，一 旦发生过流，不论过流电流的大小，都延时一个固定的时间At进行保护，这 是不适当的。实际上过流电流对电器的危害性与过流电流的大小有关，电流 越大危害也越大。当A t设置过大，在大的故障过流电流发生时，则在A t时 间内电器已被烧坏了，若At设置太小，正常的工作电流起伏（过流量较小， 但持续时间较长）也会被当作过流故障，电路发生保护，从而使系统无法正 常工作。因而，为了保护系统的正常工作，不得不把过流保护的电流设定值（远大于额定值）和延时时间A t都调定的比较大，这就是为什么虽然设有过 流保护延时装置，还会烧坏电
6、器设备的原因，也是传统的过流保护存在的一 个致命缺点。第二章 电力系统过流保护的作用电力系统故障和不正常运行状态及引起的后果在电力系统中，由于自然 条件（如雷击或鸟兽跨接电气设备）、设备制造上 的缺陷、设计和安装的错误、 检修质量不高或运行维护不当等诸方面因素，使 电力系统中各组成部分（发 电机、母线、输电线、电抗器、电容器、电动机等 ） 发生短路故障或异常运 行情况是不可能完全避免的。最常见的同时也是最危险 的故障是各种形式的 短路.其中以单相接地最为常见 is1. 此外，输电线路有时 可能发生断线故障 或几种故障同时发生的复合故障。发生故障可能的后果是:1、故障点通过很大的短路电流和所燃起
7、的电弧，使故障设备烧坏.2、系统中设备，在通过短路电流时产生的热和电动力使设备缩短使用寿命.3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量。4、破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解. 最常见的 不正常工作状态是过负荷。所谓过负荷就是电气设备的负荷电流 超过了额定电流。此外，发电机有功功率不足所引起的频率降低，水轮发电 机 突然甩负荷所引起的过电压，系统发生振荡等属于不正常运行状态。由于过 负 荷，加速了设备绝缘材料的老化和损坏，甚至引起事故扩大造成严重故障。 总 之，不正常工作状态往往影响电能的质量、设备的寿命、用户生产产品的 质量 等。继电保护的种类虽然很多，但在 一般
8、情况下，过流保护装置包括测量部分、 逻辑部分、执行部分，测量部分从保护对象输入有关信号 ，再与给定的整定 值 相比较，决定保护是否动作，根据测量部分各输出量的大小、性质、出现 的顺 序或它们的组合，使保护装置按 一 定的逻辑关系工作，最后确定保护 应有的动 作行为，由执行部分立即或延时发出警报信号或跳闸信号 针对反时限过流保护，其动作时限与被保护线路（设备）的电流大小有关， 它 的时限特性通常是 一 条曲线，因而整定配合比较复杂。反时限过流保护在 国外已获得较广泛地应用，而国内的中低压配电网中主 要以 定 时限保护为 主，这是由于传统的感应型反时限保护与定时限之间难以配 合，从而限制了 它的
9、应 用。而定时限保护的保护范围不确 定，受到电网运行方 式的严重 影响，即受到电源阻抗、线路阻抗和故障阻抗的影响。对于零序定时 限电流 保护，如果 定值考 虑了 高接 地电阻而 实际 接地过波电阻较小，则保护 可以延伸出被保护线路很长范围。相对，反时限保护本身所具有的自适应性 和受运行方式影响小的优点得以体现，目前我国的一些地区也有了采用反时 限保护作为线路保护方式.因此，反时限电流保护的相关整定配合是一个值得 进一步研究探讨 的问题。第二章 反时限过流保护定时电路的设计3.1反时限过流保护的概念所谓的反时限过流保护是指同一线路不同地点短路时，由于短路电流不 同，保护具有不同的动作时限，反时限
10、过流保护的动作时间是一个变数，随 短路电流大小而变在线路靠近电源端短路电流较大，动作时间较短，短路电 流小，动作时间就较长，表现为反时限特性。本文设计了两种电路来保护电路一种智能型过流保护装置，采用了我们自 行设计的反时限过流保护电路，完全可以克服常规过流延时继电器的缺点。 其一，过流保护电流的设定值就是电器工作的额定电流值，只要超过额定值 就开始计算过流时间；其二，过流时间At的计算与过流电流的大小成反比。 另外过流保护也可用PTC热敏电阻反时限过流保护定时电路设计的原理电路图（图1-2）所示。当用一恒流电流I对一电容C充电时，电容充电电压可用下式表示：“1/ A A CVCVc = J I
11、 .dt =A t, A t =CCI当电容的大小和充电的目标电压V给定时，CXV为一常数，则At与I成反COCO比（图 1-1）。图1-1电容恒流充电时电流大小与充电到目标电压所许时间的关系因为:IcVc图1-2反时限过流保护定时电路原理图厂RFIi . Rs止.牡. t C RsCVc RsIi * R F所以:V + = Vc =此. tCV = IiRF + IcRs + VcV + = V T 调整Rf可以改变厶t，当 勺RF=Rs时,3.2反时限过流保护定时电路的工作过程（1）电器工作电流Ii与额定电流I进行比较，当Ii I时，比较器输出一高00电平；当 irc$oCn：i l?m
12、pKvvvCHkolar图 2.20.1 过流保护电路主要元器件选择1. 最大工作电压PTC 热敏电阻器串联在电路中，正常工作时仅有一小部分电压保持在 PTC 热 敏电阻器上，当 PTC 热敏电阻器启动呈高阻态时，必须承受几乎全部的电源电压， 因此选择 PTC 热敏电阻器时，要有足够高的最大工作电压，同时还要考虑到电源 电压可能产生的波动。2. 不动作电流和动作电流 为得到可靠的开关功能，动作电流至少要超过不动作电流的两倍。由于环境 温度对不动作电流和动作电流的影响极大（见图 2.20.2），因此要把最坏的情况 考虑进去， 对不动作电流来说，选应用在允许的最高环境温度时的值，对动作 电流来说，
13、选应用在较低环境温度下的值。80mA70mA60mA50mA40mA30mA20mA10mA坏遍度图2.20.2环境温度对不动作电流和动作电流的影响3. 在最大工作电压时允许的最大电流需要 PTC 热敏电阻器执行保护功能时，要检查电路中是否有产生超过允许的 最大电流的条件，一般是指用户存在产生短路可能性的情况。规格书已经给出了 最大电流值，超过这个值使用时，可导致 PTC 热敏电阻器破坏或早期失效。4. 开关温度（居里温度）我们可提供居里温度80 C、100 C、120 C、140 C的的过载保护元件，一 方面， 不动作电流取决于居里温度和 PTC 热敏电阻器芯片的直径，从降低成本 方面考虑，应选用高居里温度和小尺寸元件；另一方面须考虑，这样选择的 PTC 热敏电阻器会有较高的表面温度，是否会在线路中导致不希望的副作用。一般情 况下， 居里温度要超过最高使用环境温度 20 40 C。5. 使用环境的影响在接触化学试剂或在使用灌注料或填料时，须特别小心钛酸钡陶瓷被还原导 致 PTC 热敏电阻器效应下降，以及由于灌注造成的导热条件变化，都可能导致 PTC 热敏电阻器局
