[发明专利]一种限流消弧分励脱扣型接地短路保护装置

说明书

技术领域

本发明属于使用于低压电网用电设备中的接地短路保护设备技术领域，尤其涉及一种当单相或三相用电设备的绝缘因故障发生接地短路时，能够限制短路电流及由其引发的电弧，保护变压器、低压电网、用电设备及控制开关保护装置——特别是剩余电流动作保护装置的电子放大元件免遭短路电流的冲击破坏，防止火灾发生，能够可靠断开接地短路电路的分励脱扣型接地短路保护装置。

背景技术

在遍布城乡的380V、380V/220V低压电网上，连接有众多的外壳可导电的用电设备——不仅有工农业生产用电设备，还包括有城乡居民生活、党政军机关、企事业单位、金融、学校、商贸、餐饮、宾馆等单位所使用的用电设备，这些用电设备在运行使用过程中，随着使用时间的增加，设备自身的绝缘会逐渐老化；由于使用不当或维护、维修不及时形成的过负荷将会加速绝缘老化的进程；操作过电压和大气(雷电)过电压将会导致绝缘薄弱点击穿。因此，由于设备绝缘的损坏造成的外壳带电现象时有发生，并会造成以下不安全隐患；

——人体触及带电设备外壳时将危及生命安全；

——用电设备中的带电部件对外壳放电时，将会因接地电弧性短路而引发火灾：

另外，设备中的带电部件在设备发生接地短路时，短路电流将在设备绝缘击穿处和连接设备的保护线(PEE或PEN、PES)的接点松脱处产生电弧——当电弧产生的热量足以引燃周围可燃物和导线自身绝缘物时，火灾将会发生；当接点不松脱时，持续的短路电流难以使过电流保护开关动作，故障回路末端的导线也将难以承受短路电流产生的热量，使其自身绝缘物引燃而发生火灾。

由电的热效应公式(热量)Q＝0.24I²Rt可知，电弧和故障回路导线所产生的热量与短路电流的平方成正比，而单相接地短路电流的大小不单与故障设备距电源变压器的距离有关(距变压器近时短路回路阻抗较小，则短路电流大，反之远时短路电流小)，还与低压电网的接地方式有关——在TT接地方式电网中，接地故障回路的阻抗较大，仅电源接地与设备接地电阻就达10--20Q，故此短路电流一般在20--10A间；而在TN-C、TN-C-S、TN-S电网中，单相接地短路就是单相线路短路，故障回路的阻抗较小，一般在0.5--1Q之间，则短路电流在500--200A之间。故障短路电流未能使过电流保护开关动作前，最小持续电流(10A)电弧的发热功率P则会达到220V×10A＝2200W。而引燃火灾所需的最低功率P约在60--100W间。最小发热功率是引燃功率的22倍，可见接地短路引发火灾的危险系数是多么的惊人。

近十年来，在我国城乡家庭及其他公共场合电气火灾事故频频发生，约占火灾总数的30％左右。在电气火灾中，接地电弧性短路引发的火灾事故又占一半以上。因此，接地短路事故不但对供用电产生影响，而且还会烧毁设备、线路并引发火灾，给国家、集体、个人造成重大财产损失和不必要的人员伤亡。

目前，在农村供电的TT系统、城镇供电的TN系统中，普遍使用的单相接地短路保护装置有如图1a所示的熔断器RD和如图1b所示的带短路保护功能的短路开关。这两种保护装置的动作参数都是电流值。为了确保正常的供用电，其短路开关K的断开动作电流值或熔断器RD的熔断电流I′都要躲过用电设备的启动电流和线路尖峰电流值。而单相接地短路回路的阻抗较大，短路电流较小，因此，这两种保护装置都难于在火灾发生前可靠的启动短路开关K断开故障电路。

另一种是如图1c所示广泛使用的在电路上用电器的控制开关中设置的由电流互感器TA、电子电路放大器V和脱扣线圈TQ构成的末级剩余电流动作保护装置。其工作原理是利用剩余电流Io经电流互感器TA将二次感应电流I₂输入电子电路放大器V，I₂经该电子电路放大后输出控制信号使控制的常开触点VK导通，并使脱扣线圈TQ启动由机械锁扣2和弹簧3构成的执行装置使短路开关QF断开。该保护装置虽能对接地短路事故起到保护作用，但该保护装置在运行中存在以下缺点：

1、当TN系统中的用电设备发生绝缘故障时，剩余电流Io会很大，即为单相金属性短路电流I_d⁽¹⁾。此电流对故障回路的电源(变压器的线圈X1、X2、X3)、开关、线路将产生危害性冲击；对用电设备及与其连接的末端线路将产生损毁性冲击。