CN101232169A - 一种分励脱扣型单相短路保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于低压线电网中单相负荷设备线路相线与中性线短路保护技术领域，具体地讲涉及一种分励脱扣型单相短路保护装置。其技术方案包括由短路开关执行机构、短路开关动作启动机构和短路检测触发机构构成。由于用于控制触发该短路保护装置的电流或电压信号与电网中的短路电流大小无关，解决了长久以来，城乡380/220V电网依靠熔断器和以电流为参量的短路开关，难于在其保护范围内的导线，特别是绝缘导线产生最大允许温升(着火)前及时断开电路的难题，可杜绝低压电网因相线、中性线短路造成的电气火灾。该装置可广泛用于电源中性点直接接地的TT系统、TN－S系统及TN－C－S系统中保护线与中性线分开的范围内终端单相用户及三相四线引下线处断路器的相线、中性线短路的自动保护。
Description
技术领域
本发明属于使用于低压电网中的单相短路保护设备技术领域，尤其涉及一种由单相220V电网终端负载设备的相线与中性线短路时，可断开短路开关的分励脱扣型单相短路保护装置。
背景技术
在低压380/220V电网中，尤以220V单相电网更为庞大，广泛。不仅城乡居民生活用电的照明、家用电器的供电需要单相线路，党、政军机关、企事业单位、金融、学校、商贸、餐饮、宾馆等需要单相线路供电，工农业生产的设备供电也需要单相线路。影响低压线路安全、可靠供电的主要因素是线路绝缘、电器、设备绝缘和其质量。在供电使用过程中，任何一方面一处出现问题都将会造成单相电路短路的故障。短路事故不单影响供用电，还将烧毁设备和线路并引发火灾，给国家、集体、个人造成重大财产损失，甚至造成重大人员伤亡。据统计，目前所出现的70％的用电事故均是由于电路的短路故障所造成。
目前，普遍使用的单相短路保护装置主要包括有熔断器和启动执行电流线圈串接于线路中的短路保护开关。上述保护装置具有结构简单、使用方便的特点，但这些保护装置——要么熔断丝串接于相线上，要么如图1所示的用于启动短路开关K的机械锁扣1的脱扣线圈串接在相线L上。即用于启动或断开短路开关的参量都是电流值。只有当短路电流值达到熔断器保护装置的熔断电流或短路保护开关的动作电流时，才能通过熔断保险丝或电磁线圈TQ产生足够大的电磁力启动机械锁扣1带动短路开关K动作切断短路电路。然而，由于单相短路回路阻抗较大，短路电流较小，上述单相短路保护装置难于在短路电流对导体或连接件产生的热作用造成危害(导体绝缘层燃烧)前切断短路电流(即流经单相短路保护装置执行机构电磁线圈TQ的短路电流达到额定值的5-16倍时，机械锁扣1才能够在0.1秒内启动短路开关k动作切断短路电路)；当短路电流小于动作电流时，势必因时间的延迟，短路故障将会引发火灾或其他事故。
专利号为ZL02126652.2、授权公告号为CN1323476C的发明专利公开了一种直流系统短路保护装置，该保护装置由包括数据采集电路、转换电路和工业计算机等部件构成，其工作原理为采用同时满足支流支路电流大于短路故障识别电流和直流母线电压小于短路故障识别电压时，作为直流系统出现故障的标志，从而在经选择性判据发出控制信号经继电器输出电路输给断路器保护跳闸控制电路。该电路采用短路电流和电压同时作为判断短路的信号，同样存在着由于单相短路回路阻抗大短路电流较小，不能在短路故障发生时，同步实现给短路保护装置中跳闸控制电路输出短路信号的缺陷。另外包括其他的短路保护装置，多采用极其复杂的电子元器件构成各种功能机构构成，而电子器件的使用寿命有限，并且组成的电路复杂故障率高，因此存在着结构复杂、使用寿命短的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能对遍布城乡的单相220V电网终端负载设备及线路起可靠保护作用、结构简单的分励脱扣型单相短路保护装置。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
一种分励脱扣型单相短路保护装置，包括由控制单相短路开关的连接有弹簧的机械锁扣构成的短路开关执行机构；
控制所述的机械锁扣的分励脱扣线圈的一端与保护接地线(PEE)或保护线(PES)连接，另一端通过电磁继电器的常开触点与所述的中性线接线点连接形成启动回路，构成短路开关动作启动机构；
所述的电磁继电器并联连接于所述分励脱扣线圈与电磁继电器的常开触点的两端形成检测触发回路，构成短路检测触发机构。
其附加技术特征为：
由所述的分励脱扣线圈与所述的电磁继电器的常开触点构成的启动回路中串联有电容；
由所述的分励脱扣线圈与所述的电磁继电器的常开触点构成的启动回路中串联有分压电阻；
所述的检测触发回路串联有调压电阻；
所述的中性线连接点与所述检测触发回路和所述的启动回路间串联有整流机构；
所述的检测触发回路中串接有整流机构。
本发明所提供的一种分励脱扣型单相短路保护装置与现有技术相比具有以下优点：
在该单相短路保护装置中设置了检测触发机构，其检测的参量采用短路时检测中性线(N)与保护接地线(PEE)或保护线(PES)间的直流或交流电压信号或电流信号，而该直流或交流电压信号或电流信号与短路电流值的大小无关。当该检测的信号达到约定值时，检测触发机构给启动机构发出指令，使电磁继电器的常开触点闭合；启动机构向短路执行机构发出指令，执行机构使短路开关断开，从而实现对单相短路保护的功能。
在该单相短路保护装置中设置了动作执行机构，解决了现有单相短路保护装置当短路电流小于其在规定时间内的动作电流时拒动问题。它是与电流脱扣型的短路电流产生的电磁力脱扣装置不同的分励脱扣装置。流过分励脱扣线圈的电流(直流或交流)与短路电流大、小无关。它不管短路电流大小、均能按要求极大地提高脱扣线圈动作的可靠率。
在该保护装置中设置了动作执行机构电源机构。它解决了单相短路时，相线与中性线等电位，原接于相线与中性上的分励脱扣线圈两端无压，不能动作，不能保护单相短路切断事故电路而引发火灾的难题。它是将单相短路状态下，中性线与保护线接地(PEE)或保护线(PES)之间的电压(交流或直流)按动作可靠率要求提供给分励脱扣线圈。解决了单相短路不能分励脱扣的技术难题。
该装置可广泛用于电源中性点直接接地的TT系统、TN-S系统及TN-C-S系统中保护线与中性线分开的范围内终端单相用户及三相四线引下线处断路器的相线、中性线短路的自动保护。
附图说明
图1：为现有技术中单相短路保护装置的电路接线图；
图2a：为分励脱扣型单相短路保护装置的电路接线图；
图2b：为图2a的电路原理图；
图3a：为第二种分励脱扣型单相短路防火装置电路接线图；
图3b：为图3a的电路原理图；
图4a：为第三种分励脱扣型单相短路防火装置电路接线图；
图4b：为图4a的电路原理图；
图5：为使用于低压电网中的三相五线制接线原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的分励脱扣型单相短路保护装置的结构和电路原理作进一步的详细说明。
图2a和2b所示，为本发明所提供的分励脱扣型单相短路保护装置的电路接线图和电路原理图。该分励脱扣型单相短路保护装置包括：由用于控制短路开关k并连接有弹簧2的机械锁扣1构成的短路开关动作执行机构；连接于中性线N接线点3和保护接地线PEE(或保护线PES)间的电磁继电器DJ构成的检测触发回路；控制机械锁扣1的分励脱扣线圈TQ与电磁继电器常开触点DJK连接后并与保护接地线PEE(或保护线PES)构成短路开关启动回路。
其工作原理为：
单相电网正常时，即负荷4侧的中性线N与火线L不发生短路时，由电磁继电器DJ构成的检测触发机构的电压降很低，其值为中性线通过电流时的电压降按《低压电力技术规程》220V电网电压允许偏差为+7％和--10％，同时要求三相负荷不平衡率25％，即中性线电流不应大于相线平均电流的1/4。故中性线对地(保护接地线PEE、保护线PES)电压＝220V×10％÷2×1/4＝3V左右。此时检测触回路中的电流甚微，检测触发元件电磁继电器DJ相当于一个阻抗，不影响电网的正常运行。这个3V左右的电压远远不足以使电磁继电器DJ触发其常开触点DJK闭合，因此不会使启动回路连通，执行机构也就不会动作使短路开关断开。
当短路开关负荷侧发生短路时，则中性线N与保护接地线PEE(或保护线PES)间电压要远远大于正常时的3V左右——当短路电流为变压器二次额定电流的2倍时，电源端电压U2＝230×(1-U×2)＝210V，短路点中性线N对保护接地线PEE(或保护线PES)电压UN·E＝110V，因低压干、支线段中性线截面要小于相线，中性线的电压降较大。这时，检测触发回路的电压会达到110V，假如设定电磁继电器DJ的动作电压为80V，则电磁继电器DJ动作使得其常开触点DJK闭合，启动回路连通，分励脱扣线圈TQ产生的电磁力打开机械锁扣1，短路开关执行机构工作，断开短路开关达到电源断路的目的。当设定电磁继电器DJ的动作电压为80V时，检测触发的可靠系数Kf＝110/80＝1.4。
为了调整检测触发机构的可靠系数，在检测触发回路中串联一分压电阻R1，该分压电阻R1用于调整检测回路中的电流。当该电阻越大时，回路中的电流就越小，电磁继电器DJ的电压降就越小，灵敏度降低；反之越高。
如图5所示，为220/380V低压电网中普遍使用的三相五线制接线原理图。在该图中的三个相线L1、L2和L3与中性线N上各连接有用电设备W1、W2和W3。为了避免当共用保护线PES由于用电设备W1、W2或W3中的其中之一的用电设备由于漏电而导致用电设备W1、W2或W3的外壳带电，当由于发生漏电故障的用电设备的漏电保护开关失灵拒动时(也即导致剩余电流保护未动作时)，由于没有发生短路故障的用电设备共用保护线PES处的电位将高于中性线N的电位，二者间形成电压将导致图2a中电磁继电器DJ触发其常开触点DJK闭合，从而导致执行机构发生误动，即导致该没有发生短路故障的用电设备的短路开关断开，对其正常工作产生影响。则
——采用如图3a和3b所示的分励脱扣型单相短路保护装置的电路可以避免上述现象的发生。即在构成单相短路保护装置的检测触发电路中串联具有整流功能的二极管D，使检测触发电路改为直流检测电路。即使当共用保护线PES的电位高于中性线N的电位产生电压时，由于二极管D的作用，电磁继电器DJ中也不会有电流通过，使检测触发机构的电磁继电器DJ不会像启动机构发出触发信号。即可以避免没有发生短路的用电设备因其他用电设备漏电而导致其短路开关断开现象的发生。在上述电路中，分励脱扣线圈TQ构成的启动回路中串联电容C的作用，是用于调整启动回路的阻抗。即该回路的阻抗越小，分励脱扣线圈TQ的启动灵敏度就越高。
——采用如图4a和4b所示的分励脱扣型单相短路保护装置的电路，即在中性线接线点3与检测触发回路和启动回路间串联有具有整流功能的二极管D同样也能够避免上述现象的发生。在该启动回路电路中串接的分压电阻R2用于调整启动回路的阻抗。同样该回路的阻抗越小，分励脱扣线圈TQ的启动灵敏就越高。
本发明所提供的分励脱扣型单相短路保护装置不仅具有单相短路保护的功能，还具有对所连接的用电设备具有过压保护的功能：
如图5所示为连接于不同相线L1、L2和L3与中性线N间的单相用电设备W1、W2和W3的电原理图。
——在该电路中，当作为公用的中性线N发生断路时，则不同相线间的用电设备变成为电压380V相电压间的串联连接，而当串联连接的两个用电设备的阻抗不平衡时，会导致阻抗大的用电设备因过压损坏或发生短路现象，由此会产生连锁反应，串连的其他用电设备也会随之发生过压损坏短路，对整个电网产生极大的影响。比如，将本发明所提供的分励脱扣型单相短路保护装置K连接在上述用电设备W1中，当公用中性线N发生断路故障时后，用电设备W1和W2就变成了相线L1和L2之间的串联关系，当用电设备W1和W2严重不平衡时，其两端的电压由220V的相电压变成了接近于380V的线电压。当用电设备W1和W2的负荷严重不平衡导致中性点位移，中性线电压(N对PEE、PES)等于大于80V时，检测触发机构的电磁线圈DJ的常开触点DJK闭合，及时启动回路连通，及时启动机构中的分励脱扣线圈启动，使短路开关K断开动作，以保护负荷侧用电设备、电器免遭过电压损害。
——在该电路中，当一个相线上的用电设备的线路发生短路故障时，作为公用的中性线N的线电压升高，容易造成其他相线上的用电设备的过压烧毁。比如，将本发明所提供的分励脱扣型单相短路保护装置K连接在上述用电设备W1中，当用电设备W2的相线L2和公用中性线N发生短路故障时后，公用中性线N上的电位将随之升高，并与对PEE、PES间形成电压，触发单相短路保护装置K动作断开短路开关，保护开关负荷侧的用电设备W1不至于过压烧毁。
Claims (6)
1.一种分励脱扣型单相短路保护装置，包括由控制单相短路开关的连接有弹簧的机械锁扣构成的短路开关执行机构；控制所述的机械锁扣的分励脱扣线圈，其特征在于：
所述分励脱扣线圈的一端与保护接地线(PEE)或保护线(PES)连接，另一端通过电磁继电器的常开触点与所述的中性线接线点连接形成启动回路，构成短路开关动作启动机构；
所述的电磁继电器并联连接于所述分励脱扣线圈与电磁继电器的常开触点的两端形成检测触发回路，构成短路检测触发机构。
2.如权利要求1所述的一种分励脱扣型单相短路保护装置，其特征在于：由所述的分励脱扣线圈与所述的电磁继电器的常开触点构成的启动回路中串联有电容。
3.如权利要求1所述的一种分励脱扣型单相短路保护装置，其特征在于：由所述的分励脱扣线圈与所述的电磁继电器的常开触点构成的启动回路中串联有分压电阻。
4.如权利要求1所述的一种分励脱扣型单相短路保护装置，其特征在于：所述的检测触发回路串联有调压电阻。
5.如权利要求1所述的一种分励脱扣型单相短路保护装置，其特征在于：所述的中性线接线点与所述检测触发回路和所述的启动回路间串联有整流机构。
6.如权利要求1所述的一种分励脱扣型单相短路保护装置，其特征在于：所述的检测触发回路中串接有整流机构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20090930 Termination date: 20200129 |