一种矿用漏电保护器的设计

摘要：介绍了一种适用于矿井下380V、660V、1140V供电系统的漏电保护系统的设计方法。该漏电保护系统以单片机为核心，在总开关处使用附加直流源检测原理，并在分开关处采用零序功率选择性漏电保护原理，使得该保护器可以达到漏电保护的选择性和准确性。
关键词：漏电保护；选择性漏电；矿井电网

0 引言
在矿井电网中，井下的环境恶劣和漏电故障的频繁发生均可引起井下电气火灾、瓦斯煤尘爆炸、电雷管提前引爆等重大事故，这就要求供电设备必须装设漏电保护装置。本文在综合分析了矿井供电系统的基础上，对矿井低压电网的漏电保护进行了研究。
由于附加直流源的检测方法无选择性，不易寻找故障点，而且会导致整个工作面停电。而零序功率选择性漏电保护方法则可克服这一缺点。因为，在总开关上使用时，如果总线路发生漏电故障，则整个工作面都停止供电；而在分开关上采用时，当供电支路上发生漏电故障时，就只对该支路停止供电，其他支路正常工作。本文即以两分支的电网系统为例来介绍该漏电保护器的软硬件实现方案。

1 检测原理及方法
1．1 附加直流源的漏电检测
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。因此，可以在三相电网中附加一个独立的直流电源，使之作用于三相电网与大地之间。这样，在三相对地的绝缘电阻上将有直流电流流通。有效检测该电流大小的变化，就能直接反应电网对地绝缘电阻的变化。因此，有效检测和利用该电流，就可以构成附加直流检测式漏电保护。图1所示是其附加直流源电路，其中，附加直流电源的检测通
道依次为：直流电源正端、Rs、大地、电网绝缘电阻、三相电网、三相电抗器、R、直流电源负端。

其系统中的检测电流I可由式(1)求得：

式中，R(L)为三相电抗器每相线圈的直流电阻，RE为接地电阻，r∑为三相电网对地的总绝缘电阻(r∑=r／3)。
事实上，式(1)中，仅r∑为变量，因此，检测电流I就可直接反应电网的绝缘情况。取样电阻上的电压为：

三相电网对地的总绝缘电阻可由下式计算：

电网正常运行时，根据式(3)可实现对电网绝缘电阻的连续监测。当人身触电或发生漏电故障使r达到装置动作设定值时，电路可迅速将电源切除。另外，即使电网的绝缘电阻均匀下降，仍可将此故障现象检测出来，这是附加直流电源漏电保护的一大优点。对于总馈电开关而言，它已经能满足漏电保护的要求。但是，利用附加直流电源实现的漏电保护装置不具备选择性，当电网中发生漏电故障时，该装置都会无选择性地动作。