浅析缓变与突变漏电分开鉴别的漏电继电器电路的特点
作者：全球MRO综合服务商 仪器仪表技术文章来源：全球MRO仪器仪表交易网 点击数： 更新时间：2007-5-20
周敏跃南京电力高等专科学校(210013)
1 引言
在我国目前剩余电流动作保护器产品中，电子式占据主流。电子式中采用漏电继电器与交流接触器组成组合式漏电保护装置，在漏电保护器中占有相当份额。由于此类漏电继电器具有电路设计简单、可靠、可维护性较好等特点，并且容易实现自动重合闸功能，较好地兼顾了用电安全保护与供电连续性的需要，因此在农网改造中得到了广泛的应用。
电流型漏电保护继电器发展至今，已从早期的普通电流型演变到后来的脉冲型、鉴相型、鉴相鉴幅(时控鉴幅)型等多种型式。电路设计的复杂程度也较以前提高。但从现有产品的电路设计看，总体上仍为引进突变量原理，采用“漏、触分开”式，即在普通缓变漏电保护基础上，增加突变量漏电检测部分，再结合自动重合闸电路组成完整的电路。在限定的条件下，缓变与突变漏电分开鉴别式漏电继电器确有其合理性与先进性一面，这一点已在实际使用中得到证实。
2 缓变漏电与突变漏电检测电路特点简析
“漏、触分开”式漏电继电器电路原理如图1所示。
供电线路正常工作时，漏电流为缓变量，若缓变的漏电流逐步增加达到漏电额定动作值IΔn时，漏电继电器动作跳闸。当供电线路出现人畜触电甚至断线落地时，此时的漏电流为突变量。由于此类漏电继电器在设计时均采用缓变与突变量分开鉴别，因此突变量选取是关键部分，一般均采用微分电路检测(包括正负脉冲)，当线路在一定的缓变漏电流基础上出现突变量时，微分电路工作，获取一脉冲信号，此脉冲信号若大于突变漏电额定动作值ΔIΔn，则漏电继电器动作跳闸。为了兼顾缓变与突变漏电灵敏度及漏电继电器运行可靠性，一般漏电动作值IΔn均远远大于脉冲动作值ΔIΔn。如图2所示
在突变量选取中视其受合成漏电流影响程度大小，区分出鉴幅式(脉冲式)、鉴相式，时控鉴幅式(鉴相鉴幅式)等几种型式，也就在所谓的漏电不动作死区上有了大小之分。
从电路设计原理上看，此类漏电继电器均需依靠剩余电流互感器检测出供电线路上的毫安级弱电漏电信号，然后经检波整流放大后才能进行缓变量与突变量检测，并分别比较判断其是否达到额定动作值。在检波放大部分，一般均采用比例放大器作为基本电路，如图3所示。
当互感器将毫安级漏电流变为毫伏级信号时，频率仍为50Hz正弦波，经比例放大后频率基本不变，电路工作正常，但若出现断线落地等大电流漏电故障时，如220V线路经4～10Ω接地电阻可产生(220V/4～10Ω)几安培至几十安培的漏电流，此时用坡莫合金做成的互感器输出信号严重失真，为高频失真的正弦波信号，此时由于比例放大电路本身的频率特性限制，其输出电压较毫安级漏电流时反而降低，这一点理论和试验均可以证明此现象存在。极端故障时产生的安培级漏电流(如断路落地等)也会因此现象出现跳闸后不闭锁的事故隐患。
针对这种情况，一般漏电脉冲继电器只需将比例放大电路改为比例积分放大电路就可以很好地解决此问题，如图4所示。对时控鉴幅(鉴相鉴幅)电路而言，由于采用本机电源变压器付方的50Hz正弦波信号经裂相分解后模拟A、B、C三相正弦波作为时控信号，以便在供电线路同相发生触电时打开时控门，然后经采样及微分电路产生突变量信号，完成时控鉴幅功能。当互感器输出的失真高频交流信号再经比例放大电路放大后，无法与模拟的A、B、C三相50Hz正弦波信号同步，即漏电信号无法与时控信号同步，因此对实现时控鉴幅即所谓的鉴相鉴幅功能将有很大影响。然而在时控鉴幅式漏电继器电路中必须采用交流比例放大电路才能保证漏电信号与时控信号同步，不适宜在反馈电路中加入反馈电容改善频率特性，对此问题有待进一步研究解决。
3 自动重合闸工作原理简析
由图1工作原理图可以看出，缓变量检测与突变量检测经比较电路判别后共同控制自动重合闸执行电路，由本机内直流继电器接点通断控制交流接触器通断，完成自动重合闸与跳闸功能。下面对不同漏电情况时重合闸工作过程作一些讨论(以正脉冲为例)：
(1) 当线路漏电为缓变量并逐步增大超过额定漏电动作值IΔn时，比较器A输出高电位，使重合闸执行电路工作，如图5所示。此信号经延时后仍然存在，漏电继电器一次跳闸闭锁，不具有自动重合闸功能。只有关闭漏电继电器电源后重新启动，才能正常投运。
(2) 当线路出现突变量漏电时分两种情况讨论：
a突变量大于额定脉冲动作值ΔIΔn，但小于额定漏电动作值Δn，且经过一分钟延时后持续存在，如图2所示。此时突变量检测电路工作，并
经比较器B使重合闸电路工作，经一分钟延时后再次重合闸，但由于线路仍存在故障漏电ΔIΔ(ΔIΔn≤ΔIΔ≤IΔn)使得重合闸电路再次跳闸，且有若干次重合闸出现，若为人体触电即容易出现所谓的二次打击现象。若在延时一分钟内此故障电流消失，则重合闸电路自动合闸，供电线路恢复正常运行状态。
b突变量漏电大于额定脉冲动作值ΔIΔn且超过额定漏电动作值IΔn，延时一分钟后此漏电流仍然存在，如图6所示。在t1时刻出现的突变量首先由突变量电路检测后使重合闸电路工作，交流接触器跳闸，漏电流降为零，经一分钟延时后重新合闸，此时由于故障漏电依然存在，且超过IΔn，在t3时刻使得缓变量检测电路工作，重合闸电路再次跳闸并且保护闭锁，完成一次重合闸功能。
由上述讨论可知，仅在漏电流波形满足图6波形时，才具有真正意义的一次重合闸功能。4 漏电继电器改进意见探讨
基于以上分析，笔者认为在农网改造后供电线路漏电流较少(如小于50mA)情况下，不必过于强调鉴相、脉冲鉴幅等突变量选取，刻意在所谓的理论上存在漏电不动作死区上做文章，在功能上过分夸大反而对产品本身带来负面影响。而在漏电流较小的情况下，普通漏电继电器动作灵敏度也可以得到很好改善。另外从多年的现场触电现象看，并未有真正的在死区上造成触电死亡的准确报道，相反由于强调突变量选取，在实际使用中抗干扰能力下降，误动机会增多。为了减少误动，只好采取增大额定脉冲动作值ΔIΔn及额定漏电动作值IΔn，更削弱了此类漏电继电器的灵敏度。理论分析可知，当ΔIΔn增大到一定值时与普通漏电型在动作灵敏度上区别也不大。因此，在保证简单可靠，抗干扰好的情况下，使用普通电流型漏电继电器，并在基本功能上作一些改进，应该具有很好的实用性。电路原理如图7所示。
按此原理设计的漏电继电器应具有以下基本功能：
(1) 供电线路合成漏电流不论是缓变量或突变量，当其持续存在并达到额定动作值IΔn时，漏电继电器跳闸，经过延时后在t3时刻被检测到时应再次跳闸并保持闭锁，从而实现真正的一次自动重合闸。如图8所示。
此时额定漏电动作值的设定可依据各地供电线路漏电大小及旱季和雨季设2～3档灵敏度，如设75mA、150mA，300mA等，由用户分别调节，重合闸延时时间取3
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