智能断路器中的漏电和接地保护原理及应用.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date智能断路器中的漏电和接地保护原理及应用智能断路器中的漏电和接地保护原理及应用智能断路器中的漏电和接地保护原理及应用时间：2010-7-1来源：摘 要：智能断路器中国的漏电保护和接地保护其原理有些相似，均是测量三相（三极断路器）或三极加N极（四极断路器）的电流矢量和，但其测量范围、测量精度和应用场合又不相同，分析了框架断路器、塑壳断路器、漏电断路器和六氟化硫真空断路器的

2、接地保护和漏电保护原理及应用，使用时要根据不同的保护要求选择不同类型的断路器。关键词：智能断路器；零序电流；单相金属性对地短路；矢量和中图分类号：TM561 文献标识码：B 文章编号：1007-3175（2010）01-0035-04引言目前国内外使用的中低压智能断路器有智能框架断路器（称ACB）、智能塑壳断路器（称MCCB）、智能漏电断路器和智能型SF6真空断路器。智能型“ACB”保护有过载长延时反时限保护、短路短延时保护、短路瞬时保护、接地保护（又有3PT三相电流矢量和方式、4PT三相和N极电流矢量和方式、地电流方式）；智能型“MCCB”保护有过载长延时反时限保护、短路短延时保护、短路瞬时

3、保护、矢量和方式的接地保护（一般不用地电流方式）、塑壳断路器中有单独用“零序”电流互感器的漏电断路器，而框架断路器中由于工艺、绝缘等诸多原因不适宜制造漏电型ACB。一、ACB中的接地保护图1所示为ACB中的接地保护，有矢量和方式和地电流方式两类。根据ACB极数的多少又分为3PT（A、B、C三相电流矢量和，用于三极断路器）、4PT（A、B、C三相电流和N极电流矢量和，用于4极断路器）；（3P+N）T（三极断路器的三相电流和N极上外接电流互感器的四个电流矢量和，用于三极断路器），但N极的电流互感器引线不能太长，应小于2m。地电流方式一般讲电流测量互感器装在店里变压器副边“Y”揭发的中性极接地线上，

4、这种互感器与矢量和方式的互感器不一样，地电流互感器一般用矽钢片制成，变比为I/5A或I/1A，精度为0.5级的电力互感器（I为接地线电流）用电流输出，可传送较长距离，一般应小于10m。最大测量电流为（1200-1600A）/5A或1A；而矢量和仲的电流互感器用空芯互感器，其接地电流虽然不大，最大为1200-1600A，但因其瞬时保护的极限分断电流最大可达120-130KA，使用的是空芯互感器，输出的是“毫伏级信号”，因而不能远距离传输，互感器的引线长度应小于0.5m，且应使用同轴屏蔽电缆。空芯互感器变比一般有630A/100mV、1000A/100mV、1500A/100mV、2000A/10

5、0mV。图2所示为敌电流方式的实现方法。地电流方式中的CTN电流互感器是用I/5A或者I/1A的0.5级电力互感器，CT2是5A/5mA的测量互感器，CTN与CT2之间的传输距离应小于10m，传输线应用带屏蔽的同轴电缆。N极中的“I”为地电流。接地保护用于单相金属性对地短路保护，当单相导线断裂与电机等金属外壳发生短路时，由于金属外壳的接地电阻一般为1-4欧姆，当电压为400V的电缆发生金属性对地短路时，短路电流为几百安培，如施耐德公司的ACB断路器中接地电流保护整定范围为： In400A时为（0.3-1.0）In（120-400A）；400AIn1200A时为（0.2-1.0）In（80AIg

6、1200A）；In1200A时为Ig=500-1200A。即接地电流最大为1200A，由于矢量和方式或地电流方式的互感器、传输线、放大器等的侧脸误差，多数制造厂的接地电流测量灵敏度为50A，有的已达100A，而在50A或100A以下不现实、不保护。所以接地电流保护不能用于电缆绝缘损坏引起的漏电保护，只能用于短路电流为数百安培的单相金属性对地短路。目前国内生产的MCCB中的接地保护常用矢量和方式，不用地电流方式，因地电流方式需外接地电流互感器。二、塑壳断路器中的漏电保护漏电保护多数在MCCB中实现，由于工艺、绝缘等因素，ACB中一般不使用漏电保护。漏电保护由零序电流互感器实现，对三极断路器A、B

7、、C、N四根电缆一起通过零序电流互感器，因而要注意三相之间的相间绝缘。漏电保护在MCCB和微型短路器中使用，微型断路器中由于内部空间较小，一般由M54123或M54133等专用集成电路、零序电流互感器、放大器、脱扣驱动电路组成电子式脱扣器。其原理如图3所示。对三极断路器A、B、C三相电缆穿过零序电流互感器，四极断路器中A、B、C、N四线穿过零序电流互感器；单相电路中相线和N线穿过零序电流互感器。MCCB中的漏电保护有两种方式，其一为由专用芯片（M54123）组成的电子式；其二为由零序电流互感器、单片微机、脱扣电路、LED显示、通信联网接口等组成的智能型漏电保护器，其原理框图如图4所示。图中ZC

8、T为零序电流互感器，用玻莫合金或者非晶制成，能穿过四极、三极或者单极电缆，当电缆绝缘降低时，相间或相对地出现漏电电流，在零序电流互感器测量线圈上感应零序电流，经放大和电平移动后送CPU中的A/D转换，如零序电流超过设定门限时，发出驱动脱扣命令，使断路器从电网中断开。CPU可用Microchip公司的PIC16F系列单片机，A/D用10位，数码显示用3位LED。可显示整定参数（漏电电流、脱扣时间）和实时显示漏电电流、脱扣时间。控制器有RS-485接口，MODBUS-RTU通信协议。控制器有漏电电流设定和脱扣时间设定两个编码器，其电流设定范围为：30-100,300,500,1000mA四档，脱扣

9、时间有：小于0.1（瞬动），0.2,0.3,0.5,1.0s，报警不脱扣（一般用于消防系统）。三、零序互感器（ZCT）的联接方法 TN-C系统中零序电流互感器联接，见图5。整个系统中性线与保护线（PE）是合二为一的，如果三相负载不平衡，N线上有不平衡电流，在N线上产生一定的电位差，与保护线所连接的电气设备金属外壳对大地有一定的电压，若PEN线不重复接地，PEN线对地会有电位差。TN-C系统中不能使用ZCT测零序电流。TNS系统中零序电流互感器连接，见图6。计算机系统中，一般均采用三相五线制，系统的中性线（N）与保护线（PE）是分开的。系统正常运行时，专用保护线（PE）上没有电流，只是中性线上有

10、不平衡电流流过，PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接地保护是按在专用的保护线PE上，安全可靠。A、B、C、N四线均可通过ZCT，PE线不能穿过ZCT。TN-C-S系统中零序电流互感器联接，见图7。系统中有一部分保护线（PE）与中性线（N）是合二为一的，当PE线与N线从某一点（如图中F点），一般为进户区将PE与N两线分开，且N线绝缘水平应与相线相同。在PEN两线合并段不能使用ZCT，F点之后，PE与N两线已分开，可以使用零序电流互感器。将A、B、C、N四线穿过ZCT。综合上述说明：在TT系统中，PE线与N线分别接地，相线与N线都穿过ZCT，但ZCT至负载侧的N线不得重复接地。在TN-C系统

11、中，由于N线与PE合一，一般用电设备的金属外壳都是保护接地，因而中性线（N）实际上存在多点重复接地，因此TN-C系统中无法使用漏电断路器，必须将负载端改造后才能使用。在TN-S-C系统中，N线与PE线有一部分合并，有一部分分开，只能在分开部分可使用漏电断路器，N线与PE线合并部分不能使用。在TN-S系统中，三相五线制，N线与PE线完全分开，安装漏电断路器后，N线与PE线必须始终分开，相线与N线都穿过零序电流互感器。四、三相四线中的正序、负序和零序分量如表1所示。 线电压不对称，而负载对称时，其相电压有正序、负序分量，无零序分量。线电压对称，而负载不对称时其相电压有零序分量；线电压不对称，且负载

12、又不对称时，其相电压中有零序分量。从表1中可知，不论线电压对称或者不对称，只有负载不对称时其相电压中才有零序分量，如负载对称，则无零序分量。三相三线制“Y”接法，无中性线时，线电流（等于相电流）中无零序分量，因其线电流（相电流）的矢量和为零。三相四线制（A、B、C、N）“Y”接法，有中性线（N线），只要负载不对称，无论线电压对称或不对称，相电压中有零序分量；三相四线制中，“”接法，如三相负载对称，则相电压中无零序分量；若三相负载不对称，引起环流，则相电流中有零序分量，但线电流中仍无零序分量；漏电断路器中使用零序电流互感器（ZCT），与负载的不对称性和负载是“Y”接法或“”接法有关。当负载对称时

13、，由于三相传输电缆绝缘造成不同程度的损坏，或人触电，或单相对地短路，或电弧性短路，则相当于引起负载不对称，则会产生零序分量。五、结语本文中，对框架断路器（ACB）、塑壳断路器（MCCB）、漏电断路器和六氟化硫真空断路器中的接地保护和漏电保护原理以及应用作了较为深入的分析，供用户选择断路器和保护方式时作参考。ACB中有接地故障保护，一般无漏电保护，用于单相金属性对地短路保护，保护电流的整定范围为100-1200A；不能作为电缆绝缘破坏或人触电的毫安级或安培级零序电流保护。MCCB中有专作漏电保护的漏电断路器，作为工业应用，一般漏电电流整定范围有300,500,1000mA，可作为电缆绝缘破坏而引起的零序电流保护，使用时，不要将装有漏电断路器的配电柜，安装在潮湿的地下室中，因湿度太大，绝缘电阻减少，造成“负载不对称”而误动作。MCCB中只有个别制造厂有接地故障保护。对于人身保护的漏电断路器，要使用漏电电流在30-100mA的灵敏度较高的一类断路器，人的安全电流是30mA/0.1s，使用时要整定在30mA小于0.1s瞬动。-