專利名稱:斷零保護(hù)裝置的制作方法
發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種適用于三相四線制低壓電力系統(tǒng)中的電氣安全保護(hù)裝置。
現(xiàn)有技術(shù)背景在三相四線制低壓電網(wǎng)中，常有發(fā)生線路工作零干線(PEN或N線)斷裂事故。這時，只要斷線點后線路上各相負(fù)荷不對稱，零線電位就會發(fā)生偏移，使有的相電壓升高，有的相電壓下降。電壓過高或過低都會招致用電設(shè)備被燒毀或損壞。如果是TN-C或TN-C-S系統(tǒng)，零位偏移過大還會使所有實行接零的電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分帶上危險電位，引起嚴(yán)重的人身觸電事故。對于這種事故情況靠剩余電流動作型漏電開關(guān)是保護(hù)不了的。
國內(nèi)外對此尚無一種有效可靠的保護(hù)措施。
我國有的地方試行在每戶住宅內(nèi)裝設(shè)一個接在相零之間的單相過電壓保護(hù)器，一旦由于零干線斷裂，使某相電壓超過規(guī)定值可切斷電流。這樣，優(yōu)于電壓過高的一相是能起保護(hù)作用的?？墒?，當(dāng)一相負(fù)載切除后，其余兩相負(fù)載便形成串接在線電壓上，必然會造成某一相或二相電壓過低。如上所述，電壓過低也會引起某些用電設(shè)備燒毀或損壞。對此，過電壓保護(hù)器便無能為力了。于此同時，斷線點后零線電位偏移將達(dá)到1/2相電壓以上，對于TN-C.TN-C-S系統(tǒng)，將會通過保護(hù)零線(PE線)將此危險電位傳到所有接零的電氣裝置外露可導(dǎo)電部分。即使進(jìn)戶處將零線重復(fù)接地，或是裝設(shè)了剩余電流動作型漏電開關(guān)，都無法消除危險，所以這種保護(hù)方式是不完善的。
此外，尚有一種電壓型漏電保護(hù)開關(guān)，是以檢測電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分對地電位作為保護(hù)動作信號源的。只要電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分對地電位超過允許的安全接觸電壓值，開關(guān)就快速跳閘，將被保護(hù)的設(shè)備切離電源，達(dá)到保護(hù)人身安全的目的。從原理上看，這種漏電開關(guān)用于TN-C、TN-C-S系統(tǒng)中時，也可以在三相線路零干線斷裂時起到保護(hù)人身和設(shè)備安全的作用。然而，當(dāng)用于TT、IT和TN-S系統(tǒng)中時，便不起作用了。此外，該漏電開關(guān)是作為單臺用電設(shè)備的保護(hù)裝置，對于未裝此保護(hù)裝置的接零金屬管線、支架配電箱等，也保護(hù)不了。而且裝置的特性難以同電網(wǎng)中其它故障保護(hù)裝置相配合，在發(fā)生一相碰殼短路、線路一相接地等故障時，往往娛動作，擴大事故范圍。再者，被保護(hù)的用電設(shè)備必須與大地絕緣，實施起來有困難。所以這種電壓型漏電保護(hù)開關(guān)不能作為一種完善的線路斷零保護(hù)裝置用。
本發(fā)明的目的發(fā)明人在對三相四線制低壓電力系統(tǒng)的各種接地(接零)保護(hù)方式的優(yōu)缺點、存在問題及在各種運動條件下的保護(hù)措施進(jìn)行全面研究的基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種新的保護(hù)裝置-斷零保護(hù)裝置。自的是用它來防止由于系統(tǒng)中三相線路零干線斷裂而引起的大量單相用電設(shè)備被損毀和人身觸電傷亡事故。
發(fā)明內(nèi)容本裝置的原理接線包括三個基本組成單元-電壓檢測單元(JC)延時單元(YS)和跳閘執(zhí)行單元(TQ)。其結(jié)構(gòu)型式分電子式、電磁式兩種。本裝置的一種制作方式為制成獨立裝置，再同各種自動開關(guān)(ZK)或保護(hù)電器組合使用;另一種制作方式為同各種自動開關(guān)或保護(hù)電器合成一體，成為斷零保護(hù)開關(guān)，或是各種多功能多用途的保護(hù)電器。其型式分單相雙極、二相三極、三相四極和三相五極。其規(guī)格按國家或國際標(biāo)準(zhǔn)制成系列產(chǎn)品。
本裝置裝設(shè)在接有單相用電設(shè)備的三相四線制干線末端，受保護(hù)的用電設(shè)備或用電設(shè)備群的首端，當(dāng)三相四線干線回路中工作零線斷裂時斷線點后零線電位因各相負(fù)荷不對稱而發(fā)生偏移，使零線對地產(chǎn)生一定的電位差，或是相線對工作零線之間電壓產(chǎn)生偏移，當(dāng)其達(dá)到整定值時電壓檢測單元JC開始啟動工作，接通YS單元，經(jīng)過一段延時后，啟動跳閘執(zhí)行單元TQ，將主電路自動開關(guān)ZK(或其它保護(hù)電器)跳開。
本裝置不是對工作零線斷裂本身起保護(hù)作用，而是在工作零線斷裂后，造成危險后果時才起保護(hù)作用，只要零線電位或相電壓偏移不超過允許值，電網(wǎng)仍可繼續(xù)安全運行，使電網(wǎng)可靠性得以提高。
具體地說，有以下二種實施例。
第一種實施例。利用JC檢測工作零線對地電位作為信號源。當(dāng)工作零線電位偏移達(dá)到25至50伏左右(可調(diào)或不可調(diào))時，JC啟動經(jīng)過YS單元0.2至1秒左右的延時(可調(diào)或不可調(diào))后，作用于TQ將主電路自動開關(guān)(或其它保護(hù)電器)跳開，同時切斷相線和零線，使開關(guān)以后的用電設(shè)備得到保護(hù)。附圖1、2展示了按本實施例設(shè)計的單相雙極、三相四極斷零保護(hù)開關(guān)用于TN-C-S系統(tǒng)中的接線原理方框圖。
本實施例可適用于TT或TN系統(tǒng)，不適用于IT系統(tǒng)。
由于是檢測零線對地電位作為JC單元的信號源，所以按本實施例制成的裝置對由于斷零而引起的各相電壓大輻波動-不論是增高還是降低-造成的對電氣設(shè)備的損害均能起到保護(hù)作用;并且還能防止或減少由于零線上高電位通過保護(hù)零線(PE線)傳到電氣裝置外露可導(dǎo)電部分而引起的人身觸電事故。
本實施例還能收到附加的效果，即當(dāng)線路一相接地和TT、TN-CTN-C-S系統(tǒng)中電氣裝置發(fā)生單相碰殼短路時，本裝置能起到后備保護(hù)作用。因為當(dāng)發(fā)生這樣的故障而主保護(hù)靈敏不夠，不能及時切斷故障部分時，系統(tǒng)中全部或局部零線對地電位差會長時間增大而發(fā)生危險。這時，本裝置能在較短時間內(nèi)將具有危險的電網(wǎng)部分切離。
JC單元啟動電壓定為25至50伏左右(可調(diào)或不可調(diào))的理由上限值根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的安全電壓極限值，和各種主要家用電氣設(shè)備短時能承受的過電壓能力確定的;下限值是按躲過正常運行時零線電位可能產(chǎn)生的偏移值而使本裝置不致頻繁誤動作來確定的。實際整定值應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)實際接用設(shè)備和運行情況來確定。既應(yīng)在系統(tǒng)出現(xiàn)正常最大零線壓降或零位偏移時使本裝置不會誤動，又不使部分對電壓波動敏感的電氣設(shè)備，裝置受到損害?？梢杂捎脩艋虍?dāng)?shù)仉娏Σ块T自行調(diào)整或提出要求后由制造廠定值。
JC單元零對地電壓信號取樣電路設(shè)計成高阻抗，以限制正常運行時通過本單元電路的工作電流(即零線對地電流)不致于過大(宜不大于2毫安)，免得因線路上接有較多數(shù)量斷零保護(hù)裝置而使線路首端漏電保護(hù)裝置(其動作電流通常為100至500毫安)誤動作。JC單元對本身的接地電阻值要求不嚴(yán)，通常宜不大于200歐姆。其接地裝置應(yīng)同線路工作零線無直接電氣聯(lián)接，以免造成零線與地等電位聯(lián)接而使裝置拒動，所以凡裝有本裝置處、零線不應(yīng)重復(fù)接地。線路零線重復(fù)接地裝置可以不設(shè)，也可以集中統(tǒng)一考慮。設(shè)置在離本裝置的接地裝置至少5米遠(yuǎn)以外的適當(dāng)?shù)攸c。本裝置的接地裝置可以單獨設(shè)置，亦可利用地下金屬管道等自然接地體以及TT系統(tǒng)中電氣裝置的保護(hù)接地裝置。
延時時間整定值是根據(jù)過電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的過電壓沖擊波的干擾，以及同電網(wǎng)中其它各種保護(hù)裝置的動作時間相配合來確定的(即應(yīng)躲過同級短路保護(hù)裝置和干線首端漏電保護(hù)裝置的動作時間)，并滿足對各種用電設(shè)備的運行安全和人身安全的保護(hù)要求。延時特性為反時限(也可以是定時限)，即電位愈高，動作時間愈快，為滿足TN系統(tǒng)中保護(hù)人身安全的要求，該反時限特性應(yīng)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)TC64第413，1·1·5款表41A所規(guī)定的最大接觸電壓持續(xù)時間的要求。
斷零保護(hù)開關(guān)(或保護(hù)電器)的控制操作電源當(dāng)為單相雙極時取相對地電壓。為了使開關(guān)(或保護(hù)電器)能對線路一相接地和一相碰殼短路起后備保護(hù)作用盡量保證控制回路及分?jǐn)嗑€圈的工作電壓降到1/2額定相電壓或升高到接近額定線電壓仍能安全可靠工作。當(dāng)為二相三極三相四極、或三相五極時，控制、操作電源取兩相間電壓，此時宜保證控制回路及分?jǐn)嗑€圈的工作電壓降到1/3]]>左右線電壓時仍能可靠工作。
本實施例中單相雙極斷零保護(hù)開關(guān)的控制、操作電源因取相對地電壓，其控制電路和分?jǐn)嗑€圈的工作電流可達(dá)10毫安左右，這些工作電流將構(gòu)成對地泄漏電流，當(dāng)干線首端裝有漏電保護(hù)裝置時，會影響其工作可靠性。由于通常各單相進(jìn)戶點數(shù)量不會太多，且大體是三相均勻分布的，其總泄漏電流為三相向量和，數(shù)值不會太大，只要漏電保護(hù)裝置動作電流整定值足夠大，將不足以使其誤動作。如果將本裝置同漏電保護(hù)裝置相結(jié)合，做成多功能保護(hù)開關(guān)裝到各分戶，則每條干線所接裝置數(shù)量及三相不平衡的可能性便會大大增加，從而使干線首端漏電保護(hù)裝置無法工作。因此，在TT系統(tǒng)或TN-S系統(tǒng)干線首端裝有漏電保護(hù)裝置且斷零保護(hù)裝置采取分散到各分戶安裝的情況下，采用本實施例的方案就應(yīng)慎重，推薦采用下述第二種實施例方案。
本裝置的信號取樣及控制電路具有良好的抗大氣或操作過電壓的能力。
第二種實施例。利用JC檢測相線對工作零線閱電壓。當(dāng)相零之間電壓大于或等于額定相電壓加20至50伏左右，小于或等于額定相電壓減20至50伏左右(可調(diào)或不可調(diào))時，JC啟動，經(jīng)過YS約0.2至1秒的延時(可調(diào)或不可調(diào))后，作用于TQ，將主電路自動開關(guān)(或其它保護(hù)電器)跳開，同時切斷相線和零線，使開關(guān)以后的用電設(shè)備得到保護(hù)。其延時特性為反時限，亦可為定時限。圖3、4展示了按本實施例設(shè)計的單相雙極、三相四極斷零保護(hù)開關(guān)用于TT系統(tǒng)中的原理接線方框圖。
按本實施例所組成的斷零保護(hù)開關(guān)，其控制、操作電源當(dāng)為單相雙極時取相對工作零線間電壓，且保好能保證控制回路及分析線圈的工作電壓降到1/4額定相電壓左右(對380/220伏三相四線制系統(tǒng)取50伏為宜)或升高到接近額定線電壓時，仍能安全可靠工作;當(dāng)為二相三極、三相四極、三相五極時，取相間電壓。此時宜保證控制回路及分?jǐn)嗑€圈的工作電壓降到1/3]]>左右額定線電壓時仍能可靠工作。
按本實施例所制成的裝置，不僅當(dāng)因斷零而引起相電壓大幅偏移時能對用電設(shè)備起保護(hù)作用，而且當(dāng)電網(wǎng)自身電壓波動過大時，亦能起保護(hù)作用。
由于本實施例中單相雙極開關(guān)取相對工作零線間電壓為控制、操作電源，且有延時，一旦工作零線斷裂，各相斷零保護(hù)開關(guān)不可能都同時跳閘，當(dāng)二相開關(guān)跳開后，第三相開關(guān)將因失去操作電源而跳不開，這對于用電設(shè)備并無危害，對于TT系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和IT系統(tǒng)，由于工作零線不與電氣裝置外露可導(dǎo)電部分相連，也不會危及人身安全。然而當(dāng)為TN-C或TN-C-S系統(tǒng)時，該相電位將通過與工作零線相連接的保護(hù)零線而傳到接零的電氣裝置外露可導(dǎo)電部分，從而危及人身安全。為此，必須在TN-C或TN-C-S系統(tǒng)各單相進(jìn)戶處斷零保護(hù)開關(guān)前端將零線重復(fù)接地(因該系統(tǒng)干線首端不允許裝剩余電流動作型漏電保護(hù)裝置，零線可以重復(fù)接地)。對380/220伏三相四線制系統(tǒng)，電源中性點接地電阻小于或等于4歐姆，進(jìn)戶端零線重復(fù)接地電阻小于或等于10歐姆，控制電路、分?jǐn)嗑€圈最小可靠工作電壓為50伏時，只要總電流小于等于50安就能使第三相可靠跳閘。
本實施例中二相及三相斷零保護(hù)開關(guān)的控制、操作電源取的是相間電壓，且各相同時跳閘，將不會出現(xiàn)上述第三相跳不開的問題。但因為工作零線斷裂引起零線電位偏移時，其中某一相對工作零線電壓可能偏移較小而拒動，所以JC單元取二相對工作零線的電壓信號取樣電路組成“或”門(圖4)，而不能僅檢測一相對零的電壓信號。
本實施例的一個不足之處是不能對線路一相接地故障起后備保護(hù)作用，用于TN-C，TN-C-S系統(tǒng)時，也不能對一相碰殼短路起后備保護(hù)作用。而且，檢測相對零間電壓并不一定能確切反映零對位的電位，因而用于TN系統(tǒng)中對保護(hù)人身安全來說，可靠性較差。所以本實施例主要適合于TT系統(tǒng)或三相四線制IT系統(tǒng)中，用來防止因斷零而損壞用電設(shè)備。
本發(fā)明的優(yōu)點鑒于我國三相四線制低壓電網(wǎng)中因零線斷裂而大片用電設(shè)備遭到損毀的情況常有發(fā)生，各地電力部門每年要花去一大筆賠償費、修理費，居民也受損失，而且還會引起TN-C、TN-C-S系統(tǒng)中大片電氣裝置外露可導(dǎo)電部分電位升高，威脅人身安全。采用本保護(hù)裝置并同其它各種保護(hù)裝置合理配合使用后，將能在不增加或極少增加投資的情況下，大大提高電網(wǎng)的安全可靠程度，降低用電設(shè)備損毀和人身觸電的事故率，減少國家開支和居民損失。當(dāng)用于TN系統(tǒng)中時，所獲經(jīng)濟(jì)、安全效果尤為明顯。
權(quán)利要求
1.一種適用于三相四線制低壓電力系統(tǒng)中，防止因三相四線線路中工作零干線斷裂而造成電氣設(shè)備損毀或人身觸電事故的安全保護(hù)裝置，和與所述的裝置相組合的自動開關(guān)或保護(hù)電器其特征是a、裝置的原理接線包括三個基本組成單元--電壓檢測單元(JC)、延時單元(YS)和跳閘執(zhí)行單元(TQ)；b、裝置的元件結(jié)構(gòu)型式可以是電子型的，也可以是電磁型的；c、裝置必須與主電路自動開關(guān)或其它保護(hù)電器聯(lián)在一起使用，裝在接有單相用電設(shè)備的三相四線干線的末端，受保護(hù)的用電設(shè)備或用電設(shè)備群的首端，使相線用零線同時通斷；d、裝置可以制成封閉式的獨立裝置，再同各種自動開關(guān)或保護(hù)電器組合使用，也可以同各種自動開關(guān)或保護(hù)電器合成一體，成為斷零保護(hù)開關(guān)或各種多功能、多用途的保護(hù)電器，其型式分單相雙極、二相三極、三相四極、三相五極，其規(guī)格按國家或國際標(biāo)準(zhǔn)制成系列產(chǎn)品。
2.按權(quán)項1所述的裝置和開關(guān)或保護(hù)電器，其特征是a、利用JC檢測工作零線對地電位作為保護(hù)動作的信號源，JC的零對地電壓信號取樣電路為高阻抗，使正常運行時工作電流不致過大(宜不大于2毫安)，其啟動電壓宣傳在25伏至50伏左右(可調(diào)或不可調(diào))，用于TN系統(tǒng)時，不應(yīng)大于50伏;b、YS的延時定值應(yīng)躲過同級短路保護(hù)裝置和干線首端漏電保護(hù)裝置的動作時間，一般宜在0.2秒至1秒之間(可調(diào)或不可調(diào))延時特性為反時限，也可為定時限，用于TN系統(tǒng)時，其反時限特性應(yīng)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)TC64第413，1·1·5款表41A所規(guī)定的最大接觸電壓持續(xù)時間的要求;c、當(dāng)開關(guān)保護(hù)電器為單相雙極時，其控制、操作電源取相對地電壓，盡量使控制回路及分?jǐn)嗑€圈的工作電壓降到約1/2額定相電壓或升高到接近額定線電壓時仍能安全可靠工作，當(dāng)開關(guān)或保護(hù)器為二相三極、三相四極或三相五極時，控制、操作電源取兩相間電壓，并宜使控制回路及分?jǐn)嗑€圈的工作電壓降到約1/3]]>額定線電壓時仍能可靠工作;d、裝置的信號取樣及控制電路應(yīng)有良好的抗大氣或操作過電壓的能力。
3.按權(quán)項1所述的裝置和開關(guān)或保護(hù)電器，其特征是a、利用JC檢測相線和工作零線間電壓作為保護(hù)動作的信號源，當(dāng)為三相式開關(guān)或保護(hù)電器時，JC取兩相對工作零線的信號取樣電路組成“或”門，JC的啟動電壓應(yīng)大于額定相電壓加20至50伏左右和小于額定相電壓減20至50伏左右(可調(diào)或不可調(diào));b、YS延時定值約為0.2秒至1秒(可調(diào)或不可調(diào))，其延時特性為反時限，亦可為定時限;c、當(dāng)開關(guān)或保護(hù)電器為單相雙極時，其控制、操作電源取相對工作零線間電壓，并應(yīng)盡量保證控制回路及分?jǐn)嗑€圈的工作電壓降到1/4額定相電壓左右(對380/220伏三相四線制系統(tǒng)宜取50伏)或升高到接近額定線電壓時仍能安全可靠工作，當(dāng)開關(guān)或保護(hù)電器為二相三線、三相四極或三相五極時，其控制、操作電源取兩相間電壓，并宜保證控制回路及分?jǐn)嗑€圈的工作電壓降到約1/3]]>額定線電壓時仍能可靠工作。
專利摘要
斷零保護(hù)裝置，一種適用于三相四線制低壓電力系統(tǒng)中，防止因三相線路中工作零干線斷裂而造成電氣設(shè)備損毀或人身觸電事故的安全保護(hù)裝置?？侩妷簷z測單元檢測工作零線對地或相線對工作零線間電壓而啟動，接通延時單元，經(jīng)過一段延時，作用于跳閘執(zhí)行單元，將線路自動開關(guān)或保護(hù)電器跳開。
文檔編號H02H3/14GK87100154SQ87100154
公開日1988年7月20日 申請日期1987年1月9日
發(fā)明者尤大千, 蔣禮堂 申請人:尤大千導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan