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供電系統的漏電保護系統的設計方法。該漏電保護系統以單片機為核心，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

0 引言
在礦井電網中，井下的環境惡劣和漏電故障的頻繁發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的基礎上，對礦井低壓電網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系統為例來介紹該漏電保護器的軟硬件實現方案。

1 檢測原理及方法
1．1 附加直流源的漏電檢測
電網若發生漏電故障，最容易檢測到的是電網各相對地絕緣電阻的下降。因此，可以在三相電網中附加一個獨立的直流電源，使之作用于三相電網與大地之間。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、電網絕緣電阻、三相電網、三相電抗器、R、直流電源負端。

其系統中的檢測電流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就可直接反應電網的絕緣情況。取樣電阻上的電壓為：

三相電網對地的總絕緣電阻可由下式計算：

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