淺析緩變與突變漏電分開鑒別的漏電繼電器電路的特點
1 引言
在我國目前剩余電流動作保護器產(chǎn)品中，電子式占據(jù)主流。電子式中采用漏電繼電器與交流接觸器組成組合式漏電保護裝置，在漏電保護器中占有相當份額。由于此類漏電繼電器具有電路設計簡單、可靠、可維護性較好等特點，并且容易實現(xiàn)自動重合閘功能，較好地兼顧了用電**保護與供電連續(xù)性的需要，因此在農(nóng)網(wǎng)改造中得到了廣泛的應用。
電流型漏電保護繼電器發(fā)展至今，已從早期的普通電流型演變到后來的脈沖型、鑒相型、鑒相鑒幅(時控鑒幅)型等多種型式。電路設計的復雜程度也較以前提高。但從現(xiàn)有產(chǎn)品的電路設計看，總體上仍為引進突變量原理，采用“漏、觸分開”式，即在普通緩變漏電保護基礎上，增加突變量漏電檢測部分，再結(jié)合自動重合閘電路組成完整的電路。在限定的條件下，緩變與突變漏電分開鑒別式漏電繼電器確有其合理性與先進性一面，這一點已在實際使用中得到證實。
2 緩變漏電與突變漏電檢測電路特點簡析
“漏、觸分開”式漏電繼電器電路原理如圖1所示。
供電線路正常工作時，漏電流為緩變量，若緩變的漏電流逐步增加達到漏電額定動作值IΔn時，漏電繼電器動作跳閘。當供電線路出現(xiàn)人畜觸電甚至斷線落地時，此時的漏電流為突變量。由于此類漏電繼電器在設計時均采用緩變與突變量分開鑒別，因此突變量選取是關鍵部分，一般均采用微分電路檢測(包括正負脈沖)，當線路在一定的緩變漏電流基礎上出現(xiàn)突變量時，微分電路工作，獲取一脈沖信號，此脈沖信號若大于突變漏電額定動作值ΔIΔn，則漏電繼電器動作跳閘。為了兼顧緩變與突變漏電靈敏度及漏電繼電器運行可靠性，一般漏電動作值IΔn均遠遠大于脈沖動作值ΔIΔn。如圖2所示
在突變量選取中視其受合成漏電流影響程度大小，區(qū)分出鑒幅式(脈沖式)、鑒相式，時控鑒幅式(鑒相鑒幅式)等幾種型式，也就在所謂的漏電不動作死區(qū)上有了大小之分。
從電路設計原理上看，此類漏電繼電器均需依靠剩余電流互感器檢測出供電線路上的毫安級弱電漏電信號，然后經(jīng)檢波整流放大后才能進行緩變量與突變量檢測，并分別比較判斷其是否達到額定動作值。在檢波放大部分，一般均采用比例放大器作為基本電路，如圖3所示。
針對這種情況，一般漏電脈沖繼電器只需將比例放大電路改為比例積分放大電路就可以很好地解決此問題，如圖4所示。對時控鑒幅(鑒相鑒幅)電路而言，由于采用本機電源變壓器付方的50Hz正弦波信號經(jīng)裂相分解后模擬A、B、C三相正弦波作為時控信號，以便在供電線路同相發(fā)生觸電時打開時控門，然后經(jīng)采樣及微分電路產(chǎn)生突變量信號，完成時控鑒幅功能。當互感器輸出的失真高頻交流信號再經(jīng)比例放大電路放大后，無法與模擬的A、B、C三相50Hz正弦波信號同步，即漏電信號無法與時控信號同步，因此對實現(xiàn)時控鑒幅即所謂的鑒相鑒幅功能將有很大影響。然而在時控鑒幅式漏電繼器電路中必須采用交流比例放大電路才能保證漏電信號與時控信號同步，不適宜在反饋電路中加入反饋電容改善頻率特性，對此問題有待進一步研究解決。
3 自動重合閘工作原理簡析
由圖1工作原理圖可以看出，緩變量檢測與突變量檢測經(jīng)比較電路判別后共同控制自動重合閘執(zhí)行電路，由本機內(nèi)直流繼電器接點通斷控制交流接觸器通斷，完成自動重合閘與跳閘功能。下面對不同漏電情況時重合閘工作過程作一些討論(以正脈沖為例)：
(1) 當線路漏電為緩變量并逐步增大超過額定漏電動作值IΔn時，比較器A輸出高電位，使重合閘執(zhí)行電路工作，如圖5所示。此信號經(jīng)延時后仍然存在，漏電繼電器一次跳閘閉鎖，不具有自動重合閘功能。只有關閉漏電繼電器電源后重新啟動，才能正常投運。
(2) 當線路出現(xiàn)突變量漏電時分兩種情況討論：
a突變量大于額定脈沖動作值ΔIΔn，但小于額定漏電動作值Δn，且經(jīng)過一分鐘延時后持續(xù)存在，如圖2所示。此時突變量檢測電路工作，并
b突變量漏電大于額定脈沖動作值ΔIΔn且超過額定漏電動作值IΔn，延時一分鐘后此漏電流仍然存在，如圖6所示。在t1時刻出現(xiàn)的突變量首先由突變量電路檢測后使重合閘電路工作，交流接觸器跳閘，漏電流降為零，經(jīng)一分鐘延時后重新合閘，此時由于故障漏電依然存在，且超過IΔn，在t3時刻使得緩變量檢測電路工作，重合閘電路再次跳閘并且保護閉鎖，完成一次重合閘功能 濕度傳感器探頭 , 不銹鋼電熱管 , PT100 傳感器 , 流體電磁閥 , 鑄鋁加熱器 , 加熱圈
由上述討論可知，僅在漏電流波形滿足圖6波形時，才具有真正意義的一次重合閘功能。4 漏電繼電器改進意見探討
基于以上分析，筆者認為在農(nóng)網(wǎng)改造后供電線路漏電流較少(如小于50mA)情況下，不必過于強調(diào)鑒相、脈沖鑒幅等突變量選取，刻意在所謂的理論上存在漏電不動作死區(qū)上做文章，在功能上過分夸大反而對產(chǎn)品本身帶來負面影響。而在漏電流較小的情況下，普通漏電繼電器動作靈敏度也可以得到很好改善。另外從多年的現(xiàn)場觸電現(xiàn)象看，并未有真正的在死區(qū)上造成觸電死亡的準確報道，相反由于強調(diào)突變量選取，在實際使用中抗干擾能力下降，誤動機會增多。為了減少誤動，只好采取增大額定脈沖動作值ΔIΔn及額定漏電動作值IΔn，更削弱了此類漏電繼電器的靈敏度。理論分析可知，當ΔIΔn增大到一定值時與普通漏電型在動作靈敏度上區(qū)別也不大。因此，在保證簡單可靠，抗干擾好的情況下，使用普通電流型漏電繼電器，并在基本功能上作一些改進，應該具有很好的實用性。電路原理如圖7所示。
按此原理設計的漏電繼電器應具有以下基本功能：
(1) 供電線路合成漏電流不論是緩變量或突變量，當其持續(xù)存在并達到額定動作值IΔn時，漏電繼電器跳閘，經(jīng)過延時后在t3時刻被檢測到時應再次跳閘并保持閉鎖，從而實現(xiàn)真正的一次自動重合閘。如圖8所示。
此時額定漏電動作值的設定可依據(jù)各地供電線路漏電大小及旱季和雨季設2～3檔靈敏度，如設75mA、150mA，300mA等，由用戶分別調(diào)節(jié)，重合閘延時時間取3
(2) 當供電線路漏電流達到額定動作值IΔn漏電保護器跳閘，在延時時間內(nèi)漏電流小于額定值甚至消失，漏電保護器應能自動重合閘，并保持正常運行狀態(tài)，這樣既可以保證有效動作，也可以避免干擾，提高供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性。
(3) 漏電繼電器動作時間應考慮適當加長，本機采用0.2s，加上交流接觸器組成組合裝置應在0.3s左右，這樣可避免供電線路瞬時電器設備起停干擾，同時兼顧分級保護與家用末端漏電繼路器的配合，做到不越級跳閘。用戶可以選擇同一廠家產(chǎn)品，要求廠家出廠時做好分級保護配合問題，可以解決運行時的后顧之憂。
5 結(jié)束語
綜上所述，緩變與突變漏電分開鑒別式漏電繼電器較適合我國農(nóng)村低壓電**點，得到廣泛應用，是農(nóng)村**用電的一項有效的技術措施。隨著**農(nóng)村低壓電網(wǎng)改造的大面積推廣及電力系統(tǒng)資產(chǎn)與責任相對應的新情況，供電的連續(xù)、穩(wěn)定、可靠等矛盾變得十分突出，在大力推廣末端家用漏電斷路器的基礎上，在農(nóng)網(wǎng)低壓供電線路首端安裝漏電保護器，與短路、過載保護一起作為極端故障下的保護是行之有效、必不可少的。
因此，漏電繼電器的適用性、質(zhì)量的可靠性、良好的抗干擾性，簡易可維護性等將是未來必須要認真解決的問題，沒有必要過分強調(diào)不實用的輔助功能。從抗干擾角度來說，應盡量避免使用微處理器等數(shù)字集成電路，因為漏電繼電器工作環(huán)境處于強電包圍之中，是典型的弱電控制強電的電子設備，很容易受到干擾而造成誤動。
我們在充分肯定“漏、觸分開”式漏電繼電器產(chǎn)品的合理性、先進性及適用性的同時，也應看到其不足的地方，并根據(jù)現(xiàn)場使用情況作出改進，只有這樣才能進一步完善我國現(xiàn)有的漏電繼電器產(chǎn)品。
1 引言
在我國目前剩余電流動作保護器產(chǎn)品中，電子式占據(jù)主流。電子式中采用漏電繼電器與交流接觸器組成組合式漏電保護裝置，在漏電保護器中占有相當份額。由于此類漏電繼電器具有電路設計簡單、可靠、可維護性較好等特點，并且容易實現(xiàn)自動重合閘功能，較好地兼顧了用電**保護與供電連續(xù)性的需要，因此在農(nóng)網(wǎng)改造中得到了廣泛的應用。
電流型漏電保護繼電器發(fā)展至今，已從早期的普通電流型演變到后來的脈沖型、鑒相型、鑒相鑒幅(時控鑒幅)型等多種型式。電路設計的復雜程度也較以前提高。但從現(xiàn)有產(chǎn)品的電路設計看，總體上仍為引進突變量原理，采用“漏、觸分開”式，即在普通緩變漏電保護基礎上，增加突變量漏電檢測部分，再結(jié)合自動重合閘電路組成完整的電路。在限定的條件下，緩變與突變漏電分開鑒別式漏電繼電器確有其合理性與先進性一面，這一點已在實際使用中得到證實。
2 緩變漏電與突變漏電檢測電路特點簡析
“漏、觸分開”式漏電繼電器電路原理如圖1所示。
供電線路正常工作時，漏電流為緩變量，若緩變的漏電流逐步增加達到漏電額定動作值IΔn時，漏電繼電器動作跳閘。當供電線路出現(xiàn)人畜觸電甚至斷線落地時，此時的漏電流為突變量。由于此類漏電繼電器在設計時均采用緩變與突變量分開鑒別，因此突變量選取是關鍵部分，一般均采用微分電路檢測(包括正負脈沖)，當線路在一定的緩變漏電流基礎上出現(xiàn)突變量時，微分電路工作，獲取一脈沖信號，此脈沖信號若大于突變漏電額定動作值ΔIΔn，則漏電繼電器動作跳閘。為了兼顧緩變與突變漏電靈敏度及漏電繼電器運行可靠性，一般漏電動作值IΔn均遠遠大于脈沖動作值ΔIΔn。如圖2所示
在突變量選取中視其受合成漏電流影響程度大小，區(qū)分出鑒幅式(脈沖式)、鑒相式，時控鑒幅式(鑒相鑒幅式)等幾種型式，也就在所謂的漏電不動作死區(qū)上有了大小之分。
從電路設計原理上看，此類漏電繼電器均需依靠剩余電流互感器檢測出供電線路上的毫安級弱電漏電信號，然后經(jīng)檢波整流放大后才能進行緩變量與突變量檢測，并分別比較判斷其是否達到額定動作值。在檢波放大部分，一般均采用比例放大器作為基本電路，如圖3所示。
當互感器將毫安級漏電流變?yōu)楹练壭盘枙r，頻率仍為50Hz正弦波，經(jīng)比例放大后頻率基本不變，電路工作正常，但若出現(xiàn)斷線落地等大電流漏電故障時，如220V線路經(jīng)4～10Ω接地電阻可產(chǎn)生(220V/4～10Ω)幾安培至幾十安培的漏電流，此時用坡莫合金做成的互感器輸出信號嚴重失真，為高頻失真的正弦波信號，此時由于比例放大電路本身的頻率特性限制，其輸出電壓較毫安級漏電流時反而降低，這一點理論和試驗均可以證明此現(xiàn)象存在。極端故障時產(chǎn)生的安培級漏電流(如斷路落地等)也會因此現(xiàn)象出現(xiàn)跳閘后不閉鎖的事故隱患。
針對這種情況，一般漏電脈沖繼電器只需將比例放大電路改為比例積分放大電路就可以很好地解決此問題，如圖4所示。對時控鑒幅(鑒相鑒幅)電路而言，由于采用本機電源變壓器付方的50Hz正弦波信號經(jīng)裂相分解后模擬A、B、C三相正弦波作為時控信號，以便在供電線路同相發(fā)生觸電時打開時控門，然后經(jīng)采樣及微分電路產(chǎn)生突變量信號，完成時控鑒幅功能。當互感器輸出的失真高頻交流信號再經(jīng)比例放大電路放大后，無法與模擬的A、B、C三相50Hz正弦波信號同步，即漏電信號無法與時控信號同步，因此對實現(xiàn)時控鑒幅即所謂的鑒相鑒幅功能將有很大影響。然而在時控鑒幅式漏電繼器電路中必須采用交流比例放大電路才能保證漏電信號與時控信號同步，不適宜在反饋電路中加入反饋電容改善頻率特性，對此問題有待進一步研究解決。
3 自動重合閘工作原理簡析
由圖1工作原理圖可以看出，緩變量檢測與突變量檢測經(jīng)比較電路判別后共同控制自動重合閘執(zhí)行電路，由本機內(nèi)直流繼電器接點通斷控制交流接觸器通斷，完成自動重合閘與跳閘功能。下面對不同漏電情況時重合閘工作過程作一些討論(以正脈沖為例)：
(1) 當線路漏電為緩變量并逐步增大超過額定漏電動作值IΔn時，比較器A輸出高電位，使重合閘執(zhí)行電路工作，如圖5所示。此信號經(jīng)延時后仍然存在，漏電繼電器一次跳閘閉鎖，不具有自動重合閘功能。只有關閉漏電繼電器電源后重新啟動，才能正常投運。
(2) 當線路出現(xiàn)突變量漏電時分兩種情況討論：
a突變量大于額定脈沖動作值ΔIΔn，但小于額定漏電動作值Δn，且經(jīng)過一分鐘延時后持續(xù)存在，如圖2所示。此時突變量檢測電路工作，并
經(jīng)比較器B使重合閘電路工作，經(jīng)一分鐘延時后再次重合閘，但由于線路仍存在故障漏電ΔIΔ(ΔIΔn≤ΔIΔ≤IΔn)使得重合閘電路再次跳閘，且有若干次重合閘出現(xiàn)，若為人體觸電即容易出現(xiàn)所謂的二次打擊現(xiàn)象。若在延時一分鐘內(nèi)此故障電流消失，則重合閘電路自動合閘，供電線路恢復正常運行狀態(tài)。
b突變量漏電大于額定脈沖動作值ΔIΔn且超過額定漏電動作值IΔn，延時一分鐘后此漏電流仍然存在，如圖6所示。在t1時刻出現(xiàn)的突變量首先由突變量電路檢測后使重合閘電路工作，交流接觸器跳閘，漏電流降為零，經(jīng)一分鐘延時后重新合閘，此時由于故障漏電依然存在，且超過IΔn，在t3時刻使得緩變量檢測電路工作，重合閘電路再次跳閘并且保護閉鎖，完成一次重合閘功能 濕度傳感器探頭 , 不銹鋼電熱管 , PT100 傳感器 , 流體電磁閥 , 鑄鋁加熱器 , 加熱圈
由上述討論可知，僅在漏電流波形滿足圖6波形時，才具有真正意義的一次重合閘功能。4 漏電繼電器改進意見探討
基于以上分析，筆者認為在農(nóng)網(wǎng)改造后供電線路漏電流較少(如小于50mA)情況下，不必過于強調(diào)鑒相、脈沖鑒幅等突變量選取，刻意在所謂的理論上存在漏電不動作死區(qū)上做文章，在功能上過分夸大反而對產(chǎn)品本身帶來負面影響。而在漏電流較小的情況下，普通漏電繼電器動作靈敏度也可以得到很好改善。另外從多年的現(xiàn)場觸電現(xiàn)象看，并未有真正的在死區(qū)上造成觸電死亡的準確報道，相反由于強調(diào)突變量選取，在實際使用中抗干擾能力下降，誤動機會增多。為了減少誤動，只好采取增大額定脈沖動作值ΔIΔn及額定漏電動作值IΔn，更削弱了此類漏電繼電器的靈敏度。理論分析可知，當ΔIΔn增大到一定值時與普通漏電型在動作靈敏度上區(qū)別也不大。因此，在保證簡單可靠，抗干擾好的情況下，使用普通電流型漏電繼電器，并在基本功能上作一些改進，應該具有很好的實用性。電路原理如圖7所示。
按此原理設計的漏電繼電器應具有以下基本功能：
(1) 供電線路合成漏電流不論是緩變量或突變量，當其持續(xù)存在并達到額定動作值IΔn時，漏電繼電器跳閘，經(jīng)過延時后在t3時刻被檢測到時應再次跳閘并保持閉鎖，從而實現(xiàn)真正的一次自動重合閘。如圖8所示。
此時額定漏電動作值的設定可依據(jù)各地供電線路漏電大小及旱季和雨季設2～3檔靈敏度，如設75mA、150mA，300mA等，由用戶分別調(diào)節(jié)，重合閘延時時間取3
0s左右，兼顧運行穩(wěn)定可靠及漏電保護功能。
(2) 當供電線路漏電流達到額定動作值IΔn漏電保護器跳閘，在延時時間內(nèi)漏電流小于額定值甚至消失，漏電保護器應能自動重合閘，并保持正常運行狀態(tài)，這樣既可以保證有效動作，也可以避免干擾，提高供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性。
(3) 漏電繼電器動作時間應考慮適當加長，本機采用0.2s，加上交流接觸器組成組合裝置應在0.3s左右，這樣可避免供電線路瞬時電器設備起停干擾，同時兼顧分級保護與家用末端漏電繼路器的配合，做到不越級跳閘。用戶可以選擇同一廠家產(chǎn)品，要求廠家出廠時做好分級保護配合問題，可以解決運行時的后顧之憂。
5 結(jié)束語
綜上所述，緩變與突變漏電分開鑒別式漏電繼電器較適合我國農(nóng)村低壓電**點，得到廣泛應用，是農(nóng)村**用電的一項有效的技術措施。隨著**農(nóng)村低壓電網(wǎng)改造的大面積推廣及電力系統(tǒng)資產(chǎn)與責任相對應的新情況，供電的連續(xù)、穩(wěn)定、可靠等矛盾變得十分突出，在大力推廣末端家用漏電斷路器的基礎上，在農(nóng)網(wǎng)低壓供電線路首端安裝漏電保護器，與短路、過載保護一起作為極端故障下的保護是行之有效、必不可少的。
因此，漏電繼電器的適用性、質(zhì)量的可靠性、良好的抗干擾性，簡易可維護性等將是未來必須要認真解決的問題，沒有必要過分強調(diào)不實用的輔助功能。從抗干擾角度來說，應盡量避免使用微處理器等數(shù)字集成電路，因為漏電繼電器工作環(huán)境處于強電包圍之中，是典型的弱電控制強電的電子設備，很容易受到干擾而造成誤動。
我們在充分肯定“漏、觸分開”式漏電繼電器產(chǎn)品的合理性、先進性及適用性的同時，也應看到其不足的地方，并根據(jù)現(xiàn)場使用情況作出改進，只有這樣才能進一步完善我國現(xiàn)有的漏電繼電器產(chǎn)品。
公安機關備案號：
