[发明专利]三相四线制零线故障及缺相智能保护装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种三相四线制零线故障及缺相智能保护装置，本装置能自动检测出零线是否发生故障并针对不同的故障情形进行处理，属于供电技术领域。

 

背景技术

在我国城乡和厂矿企业的低压供配电系统中，大部份采用380/220V三相四线制混用的低压供电系统，如图1所示。这种混合式的三相四线制低压供电系统中会产生单相负荷分配及分配不平衡问题，就会出现相间电压的不平衡。而在城市公用配电房中，配电变压器的大部分负载为单相负荷，甚至达 80% 以上，这必然产生相间负荷分配不平衡问题。

负荷的不平衡将带来三相电压的不平衡，由于零线（PEN）的均压作用，在三相负载功率小于30KW以下，且零线的电阻较小（R0≤1Ω）时，即使三相负载不平衡，其各项电压仍然对称，分别等于电源相电压。

众所周知在三相四线制供电系统中，当零线发生断线/破损/缺相等故障，均会引起线路后段电压及三相四线制中性点发生偏移，从而危及线路后端用电设备安全和用电人员的人身安全。当零线故障后，由于三相负载功率的不平衡度不同，所引起中性点偏移电压也不相等；当不平衡度达一定值时，其中性点偏移电压在 50V 以上，与之对应的三相负载相电压有的大于 270V，有的小于 170V：即各相负载电压升、降达额定值的20% 以上。

为了保证用电设备安全和人身安全，提高用电的安全可靠性，防止由于零线发生故障而引起线路上电压危及安全，国际电工委员会IEC/TC64《建筑物电气装置》标准规定第一区段的安全电压和JGJ/T16-2008《民用建筑电气设计规范》规定了零线故障后的保护及动作时间要求：（1）相线对地标称电压为220V 的TN 系统配电线路的接地故障保护，其切断故障回路的时间应符合下列规定：A.配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s；B.供电给手握式电气设备和移动式电气设备末端线路或插座回路，不应大于0.4s。（2）手握式电气设备的接地故障保护，当发生单相接地时，自动断开电源的时间不应超过0.4s 或接触电压不应超过50V。（3）适用于防电击保护分类为Ⅰ类的电气设备,设备所在的环境为正常环境时，人身电击安全电压限值（UL）为50V。

目前，国内外在零线故障技术方面作了大量研究。对于TN-C-S系统，其基本方法主要是利用PEN线断线后，其负荷中性点偏移电压是通过PEN与PE线的分支连接处引入PE线，因而造成对人体的接触电压。为了消除和降低PE线上的对地偏移电压，对PEN与PE分支连接点进行接地，即等电位连接处理，这样可以避免用电器外壳产生偏移电位对人体的接触电压的危害。由于这种方法只解决了电压的偏移问题，但没有从根本上解决故障线路还处于带电工作状态的问题，故存在很大的安全隐患，有可能导致其它事故的发生。

也有人选用三个等容量的电容器接成Ｙ形，形成一个人为中点N，代替“电压型保护器”的工作接地，然后进行判断是否发生零线故障，然而因受各种因素的影响，此法仍不尽如人意。

根据现有国内、国际标准规定，中断保护器取样电路的工作接地必须做独立的接地装置，同PEN线的重复接地严格分开，以使其工作接地为零电位，且不受其它接地电位的影响。这就要求工作接地与重复接地和建筑物的基础钢筋、埋地金属管道等自然接地体保持约20 米的距离。这对于高楼林立、地下管道密布的居民区来说，要求设置不受其它接地影响的单独接地极，确实难以实现。所以国外实际上已停止使用这种电压型保护器，国内也由于中断保护器工作接地的零电位很难不受其它接地的影响，而难以正常推广使用。

基于以上问题，这就需要解决零线故障而引起的事故，以保护设备和人身安全，使供电系统安全运行。

虽然目前有不少技术是利用网络进行实时监控的，但对于0.4kv配网终端来说，实施起来很困难，供电线路复杂、分散、线路分支多、数量大、距离比较远，造成组网、通讯困难，对于一个城市的配网供电线路系统来说，要将监视网络布到每个线路终端是一项非常巨大的工程。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种易于实施、方便管理的三相四线制零线故障及缺相智能保护装置。