一種礦用漏電保護器的設計

摘要：介紹了一種適用于礦井下380V、660V、1140V供電系統(tǒng)的漏電保護系統(tǒng)的設計方法。該漏電保護系統(tǒng)以單片機為核心，在總開關處使用附加直流源檢測原理，并在分開關處采用零序功率選擇性漏電保護原理，使得該保護器可以達到漏電保護的選擇性和準確性。
關鍵詞：漏電保護；選擇性漏電；礦井電網(wǎng)

0 引言
在礦井電網(wǎng)中，井下的環(huán)境惡劣和漏電故障的頻繁發(fā)生均可引起井下電氣火災、瓦斯煤塵爆炸、電雷管提前引爆等重大事故，這就要求供電設備必須裝設漏電保護裝置。本文在綜合分析了礦井供電系統(tǒng)的基礎上，對礦井低壓電網(wǎng)的漏電保護進行了研究。
由于附加直流源的檢測方法無選擇性，不易尋找故障點，而且會導致整個工作面停電。而零序功率選擇性漏電保護方法則可克服這一缺點。因為，在總開關上使用時，如果總線路發(fā)生漏電故障，則整個工作面都停止供電；而在分開關上采用時，當供電支路上發(fā)生漏電故障時，就只對該支路停止供電，其他支路正常工作。本文即以兩分支的電網(wǎng)系統(tǒng)為例來介紹該漏電保護器的軟硬件實現(xiàn)方案。

1 檢測原理及方法
1．1 附加直流源的漏電檢測
電網(wǎng)若發(fā)生漏電故障，最容易檢測到的是電網(wǎng)各相對地絕緣電阻的下降。因此，可以在三相電網(wǎng)中附加一個獨立的直流電源，使之作用于三相電網(wǎng)與大地之間。這樣，在三相對地的絕緣電阻上將有直流電流流通。有效檢測該電流大小的變化，就能直接反應電網(wǎng)對地絕緣電阻的變化。因此，有效檢測和利用該電流，就可以構(gòu)成附加直流檢測式漏電保護。圖1所示是其附加直流源電路，其中，附加直流電源的檢測通
道依次為：直流電源正端、Rs、大地、電網(wǎng)絕緣電阻、三相電網(wǎng)、三相電抗器、R、直流電源負端。

其系統(tǒng)中的檢測電流I可由式(1)求得：

式中，R(L)為三相電抗器每相線圈的直流電阻，RE為接地電阻，r∑為三相電網(wǎng)對地的總絕緣電阻(r∑=r／3)。
事實上，式(1)中，僅r∑為變量，因此，檢測電流I就可直接反應電網(wǎng)的絕緣情況。取樣電阻上的電壓為：

三相電網(wǎng)對地的總絕緣電阻可由下式計算：

電網(wǎng)正常運行時，根據(jù)式(3)可實現(xiàn)對電網(wǎng)絕緣電阻的連續(xù)監(jiān)測。當人身觸電或發(fā)生漏電故障使r達到裝置動作設定值時，電路可迅速將電源切除。另外，即使電網(wǎng)的絕緣電阻均勻下降，仍可將此故障現(xiàn)象檢測出來，這是附加直流電源漏電保護的一大優(yōu)點。對于總饋電開關而言，它已經(jīng)能滿足漏電保護的要求。但是，利用附加直流電源實現(xiàn)的漏電保護裝置不具備選擇性，當電網(wǎng)中發(fā)生漏電故障時，該裝置都會無選擇性地動作。