远距离照明综合保护装置大学设计说明

1、远距离照明综合保护装置大学 设计说明xy 大学毕业设计说明书第 3 页远距离照明综合保护装置摘要目前国内煤矿井下127V 照明网络综合保护的保护距离绝大多数在650m 以内， 而且大中矿井井下皮带运输巷已达千米以上，而传统的采用电流取样的短路保护，从原理上就达不到千米以上的保护距离，因而必须研究新的取样方式；此外，原有的综合保护没有断线保护，而据现场调查，照明网络整根电缆被砸断、扯断、脱空的故障时有发生，经常是前段线路灯亮着，后段线路灯全灭，产生严重的不安全隐患。所以有必要在新研制的远距离照明综合保护中架设断线保护功能，使之更为完善。而本次设计的任务就是设计出集漏电，断线保护于一体并采用新的取

2、样方式的远距离照明综合保护装置。关键词 ：漏电保护断线保护闭锁 直流继电器 三端集成稳压管取样信号集成运算放大器SUMMARYDomestic colliery 127V lighting protection that network protect synthetically distance most within 650 ms in the pit at present, and large-and-middle-scale mine belt transport lane reach kilometers of the above already, andtraditional ad

3、option short circuit that electric current take a sample protect in the pit, cant reach one kilometer of protections distance of the above from the principle, therefore must study the new sample way; In addition, already existing comprehensive protection has not broken and is protected, and investig

4、ate according to the scene, Lighting network whole root cable bungle and break, tear and break, trouble that come to nothing take place occasionally,Sectionsof circuit light on before being often, back sections of circuit light all put out, produced the serious hidden danger. So necessary to erect a

5、nd break to protect the function of protecting synthetically in remote illumination that develop newly, Make it more perfect. And the task that design to design and collect and leak electricity , break and protect on an organic whole and adopt new sample remote lighting comprehensive protector ofxy大

6、学毕业设计说明书第4页way.keyword： The electric leakage protecting , Break and protect ,Lock, the direct current relay, three end integrated steady voltage is managed, Signal that take a sample Integrated operation amplifier第 一 章：引言31.1 下井场的照明供电电源.31.2 中央泵房的照明供电系统41.3 工伤面的照明电源来自移动变电站或采区变电所.4第二章： 低压照明网络故障分析 62.

7、1 漏 电的定义与起因6xy大学毕业设计说明书 第9页、2.2 对漏 电保护 的 要 .62.3 漏电故障的理论分析 .7第三章：几种井下照明网络短路保护方案析11r 3.1 附加电源直流检测.113.2 其他的漏电保式.153.3 断线故障的分析和保护18第四章：漏电、断线保护一体化电路设计 .214.1 设计思路.214.2 电 路 及 原 理 分析 . , 214.2.1 性能介绍.,. 214.2.2 保护原4.2.3各部分电路介绍与原理分析.：.234.3 参数的选择与计算.39理.22壮 4.3.1综合取样电路的参数选择与计算.394.3.2鉴别回路的参数选择与计算40第五章： 设

8、计电路的整机调试: 44总结与心得 45参考文献 46第一章 引言矿井照明，包括煤矿企业的地面照明和井下照明。是矿井供电系统的重要组成部分。照明电网工作是否正常，不仅对于提高劳动生产率，保证煤炭质量有很大影响，而且对于减少人身事故，保持工作人员健康安全有重大作用。良好的矿井照明是安全生产的保障，也是煤矿井下文明生产的重要标志之一。煤矿企业的生产相对其他参也有其特殊性。矿井开采是地下作业，由于受地质条件的制约，生产环境往往十分恶劣，生产条件比较危险，场地狭窄，生产过程中不仅要受自然灾害的威胁，而且也有其他工业普遍存在的事故因素。据统计，全世界每年煤矿事故死亡人数占所有产业工人因工死亡人数的35%

9、。鉴于这种严峻的现实，煤矿企业的生产必须坚持安全第一的方针。这就对矿井照明提示了越来越高的要求。 良好的矿井照明，是在确保安全生产的前提条 件下，根据煤炭生产和职工生活的需要，同时 考虑技术经济上的合理性与可行性，设置的照 明系统应适合煤矿生产的特点和要求，安全可 靠，灵活经济。本设计是以井下低压电网照明网络为研究对 象来研究井下照明网络的漏电、断线保护电路。 因此，有必要对井下照明网络的特点作进一步 的了解，以便根据生产实际制定合理的保护方谑明电网供电方式的选择，根据煤矿电工 手册应符合下列原则：（1）必须符合安全及 防火要求；（2）到最远端灯具的电压损失值不 应超过规定值；（3）供电形式灵

10、活可靠；（4） 供电器材省，电能损失小，节约投资和运行费 用；（5）施工简单，维护方便。基于这些原则， 目前井下照明网络多采用放射式供电系统。1.1下井场的照明供电电源，一般来自中央 变电所，向各工作处所的照明变压器供电，如 下图所示：（图1-1-电机车库及修理间皮带机集中巷道1234 _一1Qi （ -中间巷道中间卷道通副井口巷道34co一 一-候工室至翻车机巷道图1-1井下照xy 大学毕业设计说明书第 15 页明供电。井的车场供电系统图中，1来自中央变电所低垂配电盘；2为 防爆手动起动器；3为照明变压器；4为防 爆插销；5为低压（127v）照明线。1.2 中央泵房的照明供电系统，供电方 式

11、同井低车场，供电系统如下图所示：（图1-2）转车大巷 副井口大巷 中央泵房 副井口车场X人 岔道大巷图1-2井下照明供电。中央泵房供 电系统1.3 工作面的照明电源来自移动变电站或 采区变电所。已电缆送至距工作面大约 30米处 的顺槽配电点，以专用的照明变压器或与127v动力合用一台变压器向工作面照明电网供电。照明电网属于井下低压供电系统，根据煤 炭工业部1980年颁布实施的煤矿安全规程 规定：”井下照明，手持式电气设备，如煤 电钻得额定电压和电话，信号装置的额定工作 电压不得超过127v。”基于这些原则，井 下照明由中央变电所以电缆送至各配电点，采用二次侧为127v的照明变压器单独向各照明网

12、络供电，或者，在工作面也可与 127v动力，如 煤电钻等装置合用一台变压器供电。127v 照明电网由于属低压供电，故电缆供电距离一般不超过300-500 米， 但是， 随着日光灯的逐步推广使用，供电长度已达1000米以上。这也对维护工作和电网的保护工作提示了新的更高的要求。照明电网的供电设备一般包括照明变压器，照明灯具和照明电缆。由于规程的规定，井下照明网络必须采用的或与煤电钻共用的 KSG 型矿用隔爆型干式变压器，经井下中央变电所，采区变电站，移动变电站送来的380v,660v,1140v电压变成127v照明电压，照明灯具一般分为三类：矿用一般型；矿用安全型，矿用防报型（又分为防爆安全型KA

13、 和隔爆型KB 灯具） 。井下低压照明供电线路全部由电缆组成。照明电缆多采用橡套电缆，对固定设备，则采用铠装电缆。对于井下想到和井底车场控室等处的固定照明，普遍采用三芯低压铠装电缆，例如采用ZQ20-500-3*43*16 油浸纸绝缘铜芯钢带铠装电缆作为照明用干线电缆，采用3*2.5 三芯软电缆（其中一芯接地用）作为照明线路支线电缆。对与采掘工作面的移动照明，则采用 UZ-500-4*44*6 电钻电缆作为照明干线电缆等等。总之，照明设备的选择应根据具体情况而定，做到既安全可靠又经济合理。随着煤炭事业的发展，对于矿井照明的要求也在日益提高。采掘的机械化成都日益提高，随之而来的生产率提高，生产方

14、式的远方监控，井下各种测试的不断增多和工业电视的广泛应用，都要求提高其安全可靠性。照明网络的保护也随之提出了更高的要求。如何提高保护的可靠性，研究出更为先进的综合性的保护装置，就成为摆在我们面前的一项重要任务。本设计将讨论的就是井下照明网络常见的漏电，断线故障并设计出综合的漏电，断线一体化保护装置。第二章低压照明网络故障分析漏电和断线故障时井下照明电网中最常发生的故障。也是保护设备的主要防护对象。电网中一旦发生漏电，不仅会引起人身触电，造成人身伤亡，而且还可能导致瓦斯及煤尘的爆炸，甚至可能使电雷管提前引爆。此外，大量的漏电电流还可能使绝缘材料发热着火，造成火灾或其他更为严重的事故。我们在制定保

15、护方案，研究保护装置前，应对这种故障起因和危害作进一步的分析和讨论。2.1 漏电的定义与起因漏电，使之在电力系统中，当某一部分带电导体对大地的绝缘阻抗下降到一定程度是，经该阻抗流入大地的电流增加到一定成度，足以威胁人身和设备安全，那么该导体就发生了漏电故障。也就是说，该供电系统发生了漏电事故。对于本设计来说，我们关心得失井下照明电网的漏电故障。照明电网属井下低压电网，我国井下低压电网供电采用的式变压器中性点不接地系统，即变压器中性点对的绝缘。则其漏电的定义是：中型点绝缘系统中，发生单相漏电（包括两相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位限制以下的电气故障。2.1.1 漏电产

16、生的原因低压供电系统发生漏电的原因大致有以下几方面：1） 、电缆或电气设备本身的原因这主要是井下环境潮湿，电气设备运行多年，绝缘老化或潮气入侵，引起绝缘电阻下降。同时还存在由于偶然侵入的过电压冲击使绝缘击穿，产生漏电。2）、施工安装不当引起漏电3） 、管理维修不当引起漏电4）、因意外事故引起漏电总之，由于井下恶劣的生产环境，而低压电网有大多集中在工作人员和生产机械比较集中的地方。这些工作条件，使电气设备极易受损而发生漏电故障2.2 、对漏电保护的要求漏电保护是井下三大保护之一，属于继电保护的范围，应满足下列基本要求：2.2.1 全面性要求保护范围应能覆盖整个供电单元，无动作死区；2.2.2 安

17、全性要求安全性是从保护人身触电的要求出发，即必须满足30mA.s安秒值得规定。2.2.3 可靠性要求一是保护装置本身的可靠性，二是保护性能要可靠。2.2.4 选择性要求在供电系统中只切除故障不峰电源，减小停电范围。目前我国井下广泛使用的低压供电系统有以下特点：以一台动力变压器为一个相对独立的供电系统供电。整个井下低压供电电网由多个相对地独立的小供电系统所组成，各小供电系统保持相对独立性。如意各照明网络既是由一台照明变压器和若干馈电开关，起动器，矿用电缆，照明灯具等用电设备组成，在低压范围内，各供电单元间无任何电的联系。这种重要的特点就为供电单元的故障分析，保护装置xy大学毕业设计说明书 第17

18、页的设置和运行管理等工作带来很大方便。在分 析故障时，可不必顾及整个供电系统，而指针 对一个供电单元，分析起来较为简便。而对漏 电保护装置的设置而言，只要对一个供电单元 能设置一个完善的保护系统，则整个井下低压 电网的漏电保护都可据此解决。这事以后设计 应注意的一个问题。另外，我国井下低压电网采用的是中型点 绝缘系统，其最大的特点是比较安全，漏电电 流小，但对保护装置灵敏度要求较高，在设计 标应充分注意这一点。2.3 漏电故障的理论分析对漏电故障进行理论分析，是为了求出发 生漏电时各相得的电压，入地电流，零序电流 和中性点对地电压，的数学表达式。并讨论这 些参数随电网参数，漏电程度的变化规律，

19、以 便找出合理的保护方法。对照明电网来说，多发生的是单相漏电， 下面将采用对成分量法来讨论电网发生单相漏 电是的变化情况，单相漏电时基本回路如下图 所示：（图2-1图2-1单相漏电基本计算回路由于三相电源中性点不接地，不论电网中 发生何种漏电故障，电网的线电压是不变的， 但是三相对称的。单相漏电属于不对称故障， 故障发生后，电网各相对地电压就不再对称变 压器中性点也要发生位移，产生对地电压，即 零序电压）由零序电流通过。图2-1中，动力变压器二次侧中性点不接 地）Rg为a相濡电的过渡电阻，ra=rb=rc为苕相 对地绝缘电阻。Ca=Cb=Cc为各相对地电容。G 为故障点。发生单相漏电时，漏电电

20、流从 a相 经Rg入地）经b.c两相对地阻抗流回电网）再 经b.c线路和变压器绕组回到中性点。我们采用 对称分量法进行分析。根据对称分量法，任意 一组不对称的相量可以唯一地变换成三组对称 向量：正序分量，负序分量和零序分量。根据 这一理论，将故障处g处单相对地电压Uga和 单相漏电电流I ga分解为三组对称向量，则有:Uga = Uga.1 Uga.2 Uga.3I ga = I ga.1 I ga.2 I ga.3（2-1）据此可画出a相各序的等值电路图如图2-1 所示。（a）正序网络，（b）为负序网络，（c） 为零序网络，g为故障点，g n为各序的零电 位点。由图可得a相各序电压的平衡关系

21、为:xy大学毕业设计说明书第15页U a -Uga.1 uZIIga.10 -U ga.2 =Z2I ga.20 -U ga0 uZ0I ga.0(2-2)联立2-1, 2-2式，再由式Uga=RgIga可得：Iga.1 = I ga.2 = Iga.0 = ga =U-a3 z1 z2 z0 3Rg所以，故障相漏电电流为：Iga zT 3Rg变压器中性点对的零序电压为：z0U aU0 =Uga.0 = -zOIga.0 二 -z1 z2 z0 3Rg故障相对地电压为Uga = IgaRg=3RgUaz1 z2 z0 3Rg对于井下照明电网，漏电回路中各元件总 的正序阻抗和负序阻抗相同，z1=

22、z2且远小于 Z0,故：1) 单相漏电时入地电流Ijd=Iga= 3Ua(2-3)Z0 3Rg)xy大学毕业设计说明书 第25页2）单相漏电i（2-4）Z0 3Rg时零序电流式中Z0:rj） = j_ （忽略对地的电感）现在我们讨论一下人身触电似的情况:（1）不考虑电网对地的电容时:此时Z0=r（单相对地绝缘电阻）Rr = Rg（人身电阻），所以人身触电时，人身触电电流为:Ik3Uar3Rr（2）考虑电网对地电容时：一 jXc * r 11_z0= =j r/(j- cr)Rr = Rgr-jxc c-cg所以人身触电时人身触电电流为:“*/ 19(，,味 2(2-5)由式2-5可知，由于电网

23、电容的存在，使人 身触电的危险增加了，因此，需要对电容电流进行补偿。由于我国井下变压器中性点禁止接 地，因此不能在变压器中性点接电抗线圈进行 补偿，常用的方法是利用三个电抗器构成认为 中性点，在人为中性点与地间接入一个电抗线 圈，利用电抗线圈中所产生的感性电流来对电 网中的容性电流进行补偿，当所选的电抗器感 抗与电网容抗相等时，即：Xc=Xi时：电容电流被 完全补偿，流过人身体的触电电流最小。通过这节的分析，我们对漏电的成因和性 质有了一定的了解，可以据此来设计保护电路。第三章 几种井下照明网络短路保护方案分析作为井下三大保护之一，漏电保护经过多 年的研究，已经有了许多种可行的保护方案。 下面

24、介绍并分析几种有效的保护方案，以供设 计时参考。3.1附加电源直流检测电网若发生漏电故障，最容易检测到的是 电网各相对地绝缘电阻的下降。这是漏电故障 的最直接结果。显而易见，绝缘电阻的下降将 使流经该电阻入地的漏电电流加大，如果能检 测到这种电流的变化情况，就可根据此判断电 网的漏电情况，附加电源直流检测式漏电保护 正是基于这种理论而设立的，其电气原理如下 图：（图3-1图3-1:附加电源直流检测 式漏电保护原理图图中，在三相电网中附加了一个独立的直 流电源UZ ,使之作用于三相电网与大地之间。 在 三相对地的绝缘电阻上将有一直流电流通过， 该电流的变化就直接反映了电网对地绝缘电阻 的变化，因

25、此，只要有效的监测和利用该电流， 就可构成保护系统。图中Uz为直流电源，Sk为三相电抗器，LK 为零序电抗器，a为旁路电容，ZJ为直流继电 器，k。为千欧表。直流电流Iz由电源正极流入 大地）经对地励缘电电ra,rb,rc进入三相龟向） 再经SK, LK, K。表，ZJ返回负极。对于直流回路来说，旁路电容C0和电网各相 对地电容Ca、a、Cc相当于开路，这样，在直流 回路中，直流电流Iz,既检测电流为：RskRR, ?Ri Rjd r 三(3-1)式3-1中，Rsk为三相电抗器每相线圈的直 流电阻，对于直流回路来说，相当于三相并联， 故为Rsk/3； R为零序电抗器的直流电阻；Rj为 直流继电

26、器ZJ的直流电阻；R为千欧表内阻； Rjd为系统接地电阻；r工为ra、b、rc并联后的总绝 篆可由）卤为好于置流向路来说）ra rbrc相*于并 联后接地：1/ ra 1/ rb 1/rc公式3-1中）如令:R = Rsk/3 Ri R Rj忽略Rjd （通常Rjd W 2 c）即令R,为定值？ Uz为定值，则流过直流继 电器ZJ和千欧表市的直流电流Iz将随r工的变化 而变化。下面讨论r工的变化情况：r工的变化将随绝缘程度的变化而变化，反应电网的金缘永丰。正常情况卞）ra,rb,rc很大或 为无限大，r工 =8或正常值，此时流经千欧表的 电流很小，直流继电器中电流小到无法使线圈得电吸合，电网将

27、正常运行。若发生单相漏电， 如a相，设此时漏电电阻降为ra=r,则由于漏 电电阻值相对绝缘电阻值很小，则-1二,=ra=r一 1/ ra 1/ rb 1/ rc 1 / ra若为量相漏电，暂且设ra=rb=r,则有-=1/ra lib 1/rc =r/2若发生三相漏电，则r工=/3。而系统一旦投入运行，直流继电器的动作 电流IdZ将整定为定值，当r,下降到一定程度， 到危险值时，即发生了漏电故障时，Iz将增大， 到了 IdzW Iz时，ZJ动作，其常开或常闭接点？将 自动接通馈电开关的线圈，使自动馈电开关动 作跳闸，切断电源，从而达到漏电保护的目的。为此，保护电路中设置了隔直电容Coo C0的

28、作用在第二章的分析中，我们已经知道了电网 对地电容的影响。事实上，由于三相电网对地 电容的存在由于三相电网交流电流的影响，将 对直流检测回路产生不良效果，使动作只受到 影响。应设法不让交流电流通过直流继电器。就在于，一方面，它的存在不会影响 ZJ的正常 工作；另一方面，a联结在零序电抗器LK与大 地之间，使电网在对地阻抗不平衡时引起的交 流电流，即零序电通过C0构成的电网对地的交 流通路旁路入地，避免通过直流继电器 ZJ o但是，从电网运行的角度来看，由于对的电容的存在，使人身触电和单相接地的危险都 有所增加（见第二章分析），设置C0则电容影响 更大。我们希望电容的作用完全消失，也就是 说希望

29、电容电流能被完全补偿。为此，电路中 设置零序电抗器LK,利用零序电流流过LK所 产生的电感电流与电网对地电容电流相抵消， 事故长出漏电电流或人身触电电流降低。将LK设计成一个可调的电感线圈，适当调 节LK,就能补偿电容电流，消除电容电流的影 响。在这种情况系阿，即不考虑电容电流影响 的条件下，我们就可以进行动作值的整定了。作为直流检测型漏电保护装置，它的动作 值应能直接反映电网对地的绝缘状态，所以不 能以直流继电器的动作电流整定值i dz为动作值。 而必须以r为整定值，一定要满足式人身触电电 流irW 30mA的条件。在前面的分析中，我们已经知道，人身发 生触电时，以单相触电为最常见，而人身触

30、及 三相电网中一相时的等效电路如下图所示：（图 3-2）xy大学毕业设计说明书 第31页r/3图3-2人身触电（单相）等值电路所以1 r_ j3 c3Ir = Ua/Rr -j1/(3 j c) r/3取 得 有效 值 为Ua_. _2 2 2 _ 2 _Rr 1 r(r 6Rr)/9(1 c r )Rr 在电容被补偿后，不考虑电容效应，则C=0 时，有：Ir = Ua /( Rr+43)(式 33)对照明电网Ua =127/ 3 =73.3vxy大学毕业设计说明书第24页代入人身电阻Rr=1kC,Ir =30mA)得：r =3(U-Rr) =3( 73.3 3 -1*103) -4.3k1

31、Ir30*10这说明，对于127v照明电网，各相对地的 实际绝缘水平必须保持在4.3kG以上。入地狱辞 职，则发生人身触电时就十分危险。据此可以 决定发生单相漏电时保护装置动作电阻的整定 值，即：Rdz = r/3 =4.3/3 =1.432前面已经说过，电容的影响已被LK所补偿，而交流电流的影响又因为隔直电容的影响 而被消除，故保护回路可不考虑交流因素，看 成是直流回路。对于直流回路来说，三相电网 对地的绝缘电阻是并联的，因此，低压电网的 单相，两相和三相漏电动作值应为 1: 2: 3的即： R(2)dz =2R1dz =2.86kR(3)dz =3R1dz = 4.3 k11本设计基于这种

32、原则，在以后保护电路中 规定漏电跳闸动作整定值为单相漏电时临界电 阻Rg 2.5k。很多检漏继电器都是采用直流检测式：如 国产JY82型，JL80型，JL82型等。这种保护 方式的优点在于：（1）保护全面，能覆盖整个 供电单元，且动作无死区；（2）有电容电流补 偿，漏电电流、人身触电电流较小；（3）保护装置独立设置；（4）动作值整定简单，能直接 反映电网对地绝缘状况。这种保护方式也有其缺点：（1）保护无选 择性；（2）电容电流补偿是静态补偿，不能睡 电网具体情况的变化而自动调节；（3）保护装置动作时间较长。3.2其他的漏电保护方式3.2.1、 三相半波整流直流检测式附加电源直流检测式漏电保护由

33、于其电容 电流的补偿是静态补偿，电感电抗值调定以后 就不能随电网对地电容的变化而自动变化，因 而不能保证在整个运行过程中都能达到最佳补 偿的状态，从而降低了保护的安全性。此外， 如果在运行过程中出现严重的过补偿，也并不 安全。这些现象的存在都是由于电网对地电容 的存在，是三相电网交流成分不能完全消除。 这就需要考虑一种全新的保护方法来弥补附加 电源直流检测式保护的不足。三相半波整流直 流检测式漏电保护就是利用三个整流二极管将 三相电网的交流电流变为可检测的直流电流而 构成保护。二极管的存在消除了电容的影响，xy大学毕业设计说明书第26页其原理电路如后图3-3所示。图3-3三相半波整流直流 检测

34、式漏电保护图3-3中，三个整流管Di D2D3分别接到电网 的a,b,c三相，另一端接在一起，成星形连接， 构成人为中性点，经检测电阻RL或经直流继电 器接地。由于变压器的中性点绝缘，所以经三 个整流管整流以后的直流电流，经检测电阻飞到 地）苒经对地绝缘电阻ra,rb,rc后返向电网对地 的绝缘状况，同附加电源直流检测式相比，省 去了附加直流电源，二极管整流后检测和利用 该直流电流，即可构成直流检测式保护系统。三相电网电生波形和整流后各相电压波形 如下图（3下）所示。以a相为例）即=6印/6时） a相电压总是高于b,c两相电压，a相整流管Di导xy大学毕业设计说明书 第33页通）而b,c两相则

35、在反向电压作用下使D3、D2处 在截止状态。在整个周期里，三个二极管依次 导通。现以a相为例，研究其电压的变化。图3-4三相半波整流直流检测式 漏电保护电网及各相电压波形图在前=冗/65n/6范围内,a相Di导通）电流经a 相，Di大地，ra| rb后电阻回到电网，此时，虽 然b,c两相对地绝缘电阻相等，但电流瞬时值不 同，为求得该电流的平均值，先要求出各相平 均电压：a 相 平 均 电 压：5 一/6Ua=3/2二 ,2U la sin td ( t)二/6-3.2U la ( -cos t)5 /66 /2或=1.17U lab、c相平均电压为：5-/6Ub=Uc=3/2二 、.2Ulas

36、in( t-2二/3)d( t)/6,/Q=-3.6Uia/4二-0.59UgUab =Uac =1.17 (0.59)Uia = 1.76U la(3-4)对于127V电网，Uw=127v则负载RL (检测电阻)上的平均电流：,UabUabI L 一一ra / rc Ri r / 2 R(3-5)这与附加直流电源检测式漏电保护的原理 公式类似，(参见式3-3)。随着绝缘电阻的降低， Il别便不断增加，当其数值达到动作值时，漏电 保护装置动作达到保护目的。这种保护方式构成的漏电保护装置结构简 便，由于直接将电网电流变成直流加以检测，xy 大学毕业设计说明书第 35 页就省去了直流附加电源，而获

37、得了与直流检测式相同的保护特性。此外，由于它具有较高的直流电压，所以能够比较准确真实地反映电网的绝缘水平。这种保护方式的主要缺点在于动作值受电源电压波动的影响较大，同时对整流管的反向电压要求较高。因此，它一般用于电压较低的地方，如127v网络。3.3 断线故障的分析和保护断线故障时井下另一种常见故障。由于井下环境恶劣，工作场地狭窄，供电电缆被砸断，扯断，脱空的现象常有发生。而人们往往对断线故障不够重视。因为当电网中某处发生单相，两相甚至三相全断故障时，断线处前部分的灯依然亮着，故而不太引起人们的注意。但是，断线处无人注意，带电的断头裸露在巷道中，造成了严重的事故隐患。因此，我们很有必要对断线故

38、障作分析讨论，并研究其保护方法。目前，断线故障还未能引起应有的重视，很多供电系统没有设置断线保护，独立的断线保护系统还未有较系统地研究。而实际上，断线保护没有必要单独设置，它可以与漏电保护综合在同一装置中。断线故障时至三相电网中发生一相，两相或三相线路中断的故障。发生断线时，线路中的电压，电流将发生变化。本设计要将漏电，断线保护结合在一起，因此，我们来讨论一下漏电保护电路中当电网发生断线时检测电流和检测电压的变化，研究一下如xy大学毕业设计说明书第30页何在实验漏电保护的同时能实现对断线故障的 保护。看一下，图3-1直流检测式保护电路，由式 3-1, 3-2,我们知道检测电流为：Iz=七Sk3

39、UzRlRRj Rjd rz R三 r 三Uz发生单相断线时）如ra=0）rb=rc=r）则:二二 1/ra rb 1/rc =r/2发生两相断线时）ra=rb= 0,rc=r，则：r产r发生三相断线时：工=8;而正常时：r=r/3也就是说，发生断线时 隹将增大。实际上，绝 缘电阻r值是很大的，一次往往检测不出来。我 们常用三个电阻构成人为的中性点接地系统，如图3-5所示，xy大学毕业设计说明书 第37页图3-5人为中性点接地这样，发生断线时，r工的变化就可以弓起较 明显的检测信号的变化而达到检测目I利用三相半波整流构成的直流检测式断线 保护回路如下图3-6所示。井D1D3整流后，Rfz上的检

40、测电压Ufz = 5加在运 放下的反相输入端，运放的同相输入端接一个 正的参考电位vn o构成一个比例放大电路。调节 Ri的阻值，是正常时Vn = Vi,则有：（VN- Vi） / Ri = （Vn- V。）/ R3即：Vo = Vn / R3 (Vi-Vn) / W = Vn十。%xy 大学毕业设计说明书第 39 页3-6 断线保护电路而断线时，ViVVN,则Vo值增大，达到一定程度时，直流继电器ZJ 吸合，其常开或常闭触点断开主回路，是系统断电，停止运行，从而达到保护的目的。该保护电路可加在漏电保护回路中与之构成综合的漏电-断线一体化保护电路。第四章 漏电、断线保护一体化电路设计4.1 设

41、计思路通过前面几章的讨论与分析，我们已经知 道了几种漏电，断线保护方法。而在生产实际 中需要的是具有多种保护功能的综合性的保护 装置。本设计的任务是将漏电保护和断线保护 结合在一起，构成综合的漏电，断线保护一体 化电路。前面对漏电的讨论，当系统发生漏电故障（对照明电网，多为单相漏电）时，对地绝缘 电阻上的电流将发生变化，如某点处电压的升（降） ，将此电压引到一个比较电路，使之与基 准电压，及绝缘电阻下降到危险值以下时对应 的电压相比较，当电压变化到高（低）与基准 值时，使相应的继电器动作跳闸，达到保护目 的。当电路中发生断线故障，检测电压也将发 生变化，很明显，断线时检测电压的变化与漏 电时正

42、好相反。这就需要设计一种综合的电压 取样电路，使之能兼顾反映两种变化。电路的 设计既要能使保护装置对两种故障都能保护， 又要能使操作人员能直观的，迅速地做出判断。后面的设计就是要体现这种设计思想。下面具 体介绍电路的组成，性能和原理。4.2 电路及原理分析xy大学毕业设计说明书第34页4.2.1 性能介绍根据设计思想，我们先要画出保护电路原 理框图，以便以后为指导设计各部分电路。设计原理框图如下：（图4-1）图4-1 设计原理图由原理框图可知，本电路保护回路部分有 指示回路，稳压电源，综合取样电路，鉴别电 路，终端电路，执行电路等几部分组成。综合 取样电路和鉴别电路兼顾漏电保护和断线保 护，使

43、之一体很。1、供电性能供电电压为井下照明电网低压 127v三相; 照明变压器2.5kvA,4kvA通用。2、求达到的保护性能a）送电前的漏电闭锁xy大学毕业设计说明书 第43页漏电闭锁是在低压网络中，对电动机，照 明网络及其供电电缆的绝缘水平进行合闸前的 监视。漏电闭锁保护能使有故障的供电回路不 投入工作。根据煤矿安全规程（1980年）规 定：“井下低压电网应装设带有漏电闭锁的检漏 保护装置或有选择性的检漏保护装置。”根据这 项规定，本设计带由漏电闭锁能力。动作整定值为：RgW5 kc。b）送电后的漏电跳闸动作整定值为：Rg5 kQoc）对于断线故障，同样要求在送电前有断线 闭锁功能，送电后有

44、断线跳闸功能。d）对于负荷侧任意出发生漏电故障或断线故 障，保护电路均能反映并可靠地动作。3、本设计为了提高可靠性和实用性，在电路中 采用了电压跟随电路。因为在实际运行中有供 电电压和系统电压的波动。本设计照明网络首 端的供电电压允许有土 10%额定电压的波动。同时要求照明网络末端电压不应低于50%额定龟压。4.2.2 保护原理本设计的漏电保护采用传统的三相半波整 流直流检测式保护方式。综合取样电路采用三 个二极管对地构成直流检测环节，通过取样电 压的变化来反映漏电，断线故障的发生。故障 信号送鉴别回路。故障鉴别回路利用集成运算放大器构成电压比较器电路，通过取样电压与基准电压比较来控制保护元件

45、（继电器）的动作。同时利用555定时器电路完成动作的自锁，以保证可靠动作。各种故障信号由取样电路送至鉴别回路后，经确认后，继电器得电，其常闭接点打开，从而断开交流接触器CJ 电磁线圈的电源，CJ 断点跳闸，从而实现保护。同时相应指示灯亮，指示回路应能互锁，以便于正确指示何种故障发生，给维修工作带来方便。利用终端电路，使得不论网络何处发生断线，漏电，保护回路均能作出反映并动作。稳压电源采用三端集成稳压器，输出+15v 直流电压，供整个保护装置电子线路用。为了提高保护性能，增加保护动作的可靠性，在电路中特增置了漏电信号跟随电路，使供电电压在波动 10%额定电压的情况下，仍能够可靠地动作。4.2.3

46、 各部分电路介绍与原理分析整个保护电路是有主控电回路，控制回路和保护回路三个大部分组成。下分别介绍：1、主回路主回路由隔离开关1k, 一次熔断器1RD, 2RD,主变压器ZB,二次熔断器3RD, 4RD 交流接触器cj常开接点cji3等元件组成。a 成整个照明网络和保护系统的供，停电功能。如下图所示：（图4-2）图4-2 主供电回路主变压器ZB选择：660(380)/127v,Y,Z /Y 接2.5kvA,4kvA通用a、熔断器选择：查煤矿电工手册第 5册中关于低压熔 断器选择的规定，根据着名变压器一次侧额定 电流选择一次熔断器 1RD, 2RD额定电流为 k=15A所配装熔体的额定电流由下式

47、确定:1.21.4-I NF1一=1 N1KTr对于380/127v照明变压器：KTr=2.99xy大学毕业设计说明书 第45页故：1 :1.不转八4. v所以：1RD, 2RD选用RL1-15型螺旋式熔 断器，额定电压500v,所装熔体额定电流6A。同理可得到二次熔断器3RD, 4RD参数为： 选用RM10-60型封闭管式熔断器，额定电压 250V,额定电流60A,所装熔体额定电流15A。b、交流接触器CJ选用：CJ10-20交流接触器，额定电压 127V,额定电流20A,隔离开关1K选用：HZ-10/E 160 TH 组合开关。2、 控制回路控制回路由交流接触器线圈 CJ,送电按钮 QA,

48、停电按钮TA,直流继电器常闭接点1 J、 交流接触器常开接点CJ,，熔断器RD等元件组 成，是保护电路作用于主回路的具体的执行电 路。用来控制系统的正常送电和故障停电，控 制回路如下图所示：（图4-3装置通入运行时，首先闭合 1K,使ZB, KB （控制变压器，见后文“保护回路”）有电工 作。当127V网络，即负荷侧无故障时，按压送 电按钮 QA,则常开接点qai闭合，回路接通， CJ得电，此时他闭合，tai为常闭接点；从而使回路实现自保。同时，主回路中cj-闭合，负荷 侧得电，系统开始运行。在保护回路中的 CJ各 接点也动作，CJ6闭合，CJ5? CJ7打开（见后文“保 护回路”），完成保护

49、回路由有关电路及元件的 转换。图4-3 控制回路需要停电时，只要按动停止按钮 TA,则其 常闭接点TA1断开，CJ失电，CJ4断开，主回路中 CJ接点断开，从而使负荷侧端点，停止运行。 按钮TA还可作为试验按钮，用来调试。当电网中发生漏电，断线故障时，有保护 回路作用于直流继电器1J （见后文“保护回路” 所述），是1J得电，从而其常闭接点1 Ji断开， CJ失电跳闸，CJ-断开，负荷侧失电，实现了保 护功能。xy大学毕业设计说明书 第47页A、直流继电器1J选用： JT3-22小型通用继电器（JTX 均可）其参数为：吸引线圈电压为：DC12V，额定电流75mA8、 起动， 停止按钮TA， Q

50、A 选用： LA18-22型按钮C、为保护接触器CJ,熔断器RD选用:BL*5*30/2A 玻璃管熔断器3、保护回路保护回路是本设计的主体部分。主要是由稳压电源、指示回路、终端电路、执行元件、综合取样电路、鉴别电路等几部分组成。构成漏电、断线一体化保护电路。能具体完成对两种故障的识别和及时动作。并能通过相应的指示电路对故障加以正确的指示确认，下面分别介绍各部分电路：a. 稳压电源（图4-4）* a图4-4 直流稳压电源电路稳压电源由控制变压器 KB,二极管单相整 流桥Di D4,滤波电容Ci, C2和三端集成稳压管 W 组成单相桥式整流，电容滤波电路，为保护回 路中线性集成电路等元件提供+15

51、V直流电源。1）电源变压器 KB选择：127V/19V单相变压器若自制贝U: 一次绕组 2500N,小0.35（内层）二次绕组375N,小0。35 （外层）xy大学毕业设计说明书第42页2)稳压管选用：三段式正集成稳压管SW7818cSW7818c集成三端稳压管具有以下几 个特点：(1)输出电流大，可达1.5A;(2)输出电压可达+15+18V;(3)设有温度超载保护；(4)设有电流短路保护；(5)设有输出晶体管保护。sw7818c因此，具有较高的稳定性和可靠性，其外 形如下图：(图4-5)1为输入端2为输出端3为接地端xy大学毕业设计说明书 第49页图 4-5 SW7818c 外观图(6)二

52、极管 DiD4选用 IN4004(7)稳压电源输出参数：经DiD4整流，Ci滤波后，W1端输出 Ui u(1.11.2)Ui =(1.11.2) 19=20.9 22.8V取为 Ui=21.5V经稳压管W稳压后，2端输出电压： U2=+15V为减小纹波成分，滤波电容G应选大 一些，故选：C1 =22011/50V电解电容。旁路电容C2可选为：C2=4.7/25V电 解电容.b.终端电路本设计实现保护功能，即不论负荷侧任意 出发生漏电，断线故障，保护装置均能动作， 所采用的一个重要方法是设置了一个终端电 路。终端电路设置在照明网络的终端部分，如 下图忻示：(图4-6A n1 J图4-6终端电路终端电路是由Ri)R2)R3从三相电网引出后 接R4接地，四个电阻一起构成人为的中性点接阻 抗接地系统，Rg为线路对地绝缘电阻。二者有 共同的接地端Jdio线路送电前漏电闭锁临界为 RgW5Kc；送电后漏电跳闸临界值为RgW2.5Kc。终端部分通过接地电阻与保护回路连通， 从而使保护回