專利名稱：一種低壓配電系統接地保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及低壓配電系統領域，尤其是涉及一種低壓配電系統接地保護裝置。
現有的低壓配電系統接地型式是執行IEC標準中的TC64標準和國家級現行接地設計規范GBJ65-83。在這些標準及規范中有三種接地方式TN、TT、IT。這三種系統各有特點，也各存在一些問題。
在TN系統中，系統中有一點直接接地，設備的外露可導電部分用保護線PE與該點連接，按中性線N與保護線PE的組合情況，TN系統又分為TN-S、TN-C等。由于單相接地阻抗值太小，使得接地電流太大，往往造成成嚴重的越級跳閘故障，擴大停電范圍，延長恢復供電時間，使得停電損失嚴重；燒傷低壓空氣斷路器的主觸頭，造成設備損失或形成嚴重隱患，即主觸頭可能粘結；當接地電流超過1000A時已超過國內外30mA漏電保護器的二次線圈所能承受的最大剩余電流，如果二次線圈因過熱而損壞，其后果是人身安全受到嚴重威脅；又由于接地電流過大，易造成電磁干擾，地電位差大對計算機等設備也不利。
在TT系統中，系統中一點直接接地，設備的外露可導電部分接到與系統無關的接地點。由于單相接地阻抗中有2個獨立的大地阻抗，其和往往較大而且難以保證長期穩定。為了實現自身的優點，即有選擇性跳閘，因接地電流較小，不能瞬動的各級不得不加許多且分散的剩余電流保護器，依靠時間分割來分勵脫扣已接地有低壓空氣斷路器最下級，以上各級作為備保護。因此投資較大，維修較難。
在IT系統中，系統中帶電部分不直接或經過一定的阻抗接地。由于單相接地阻抗過大，接地電流過小。首次接地時供電不停，這是IT接地系統的突出優點，即供電可靠性高，但如何盡快找出首次接地的位置并給予消除是IT接地型式的突出不足，為解決這一問題就要增加大量的分散在各處的高靈敏度的剩余電流檢測器，其投資比TT接地型式高得多，且維修量也大得多。
根據電力系統接地保護方式設計規范要求，接地保護系統必須要保證有很高的可靠性和抗干擾性、很好的操作性和安全性，雖然上述接地型式各有特點，也能基本滿足設計規范要求，但始終缺少一個能綜合上述接地型式的優點并能解決上述問題的設計方案。
本實用新型的發明目的是提供一種具有IT系統的可靠性，有TT系統的選擇性同時又具備TN系統投資成本低等綜合特點的接地保護裝置，該裝置對低壓配電系統中單項接地故障具有較高的供電可靠性、使用安全性和干擾性，易于檢測故障首次發生地，且整個裝置投資成本低。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種低壓配電系統接地保護裝置，主要由一個與變壓器中性點相聯的總中性點N、一個與大地直接相聯的負載配電安全保護總線PE以及所述中性點N與所述保護總線PE之間安裝的一個限流阻抗組成，其特點在于所述限流阻抗為一組中間帶有多個抽頭的聯合阻抗，所述抽頭與一個接觸器或低壓空氣斷路器或者及其組合的一端相聯，所述接觸器或低壓空氣斷路器或者及其組合的另一端與所述總中性點N相聯，在所述總中性點N與所述保護總線PE之間安裝有至少一組控制所述接觸器或低壓空氣斷路器或者及其組合的閉合或釋放的控制器，所述控制器的電源來自所述限流阻抗的兩端。此外，該電源也可是可控的。由于該方案可以必變電阻，所以該方案兼顧已有接地型式有優點，使接地故障以最佳方案檢測出予以排除，而且該方案投資很小。由于該方案可以實現在首次接地后繼續供電繼續供電，因此本方案供電可靠性同IT系統。
上述的接地保護裝置，其特點在于所述控制器是一個由多個接觸器或者多個接觸器和低壓空氣斷路器、繼電器以及相應控制觸頭的邏緝組合構成的邏輯控制電路。由于只采用接觸器或低壓空氣斷路器、繼電器等控制元件，其使用壽命都可達上千萬次，所以可靠性和使用壽命是最高的。該方案具有電流、時間雙參數保護，故分勵時間短。
上述的接地保護裝置，其特點在于在所述中性點N與所述保護總線PE之間安裝有電壓繼電器JV、繼電器J0、警鈴L和警鈴熔斷器RL；所述控制器1K安裝在中性電位點N62與保護總線PE之間；在所述限流阻抗與所述總中性點N之間串聯安裝有多個熔斷器且并聯有一個警笛，所述熔斷器的兩端分別與2個接觸器或低壓空氣斷路器的端點相聯。該方案可以十分方便地檢查到接地故障發生地點，并給與排除。
上述的接地保護裝置，其特點在于所述限流阻抗為一個電抗器，所述電抗器采用一節帶鐵芯的線圈和帶多個抽頭的空心線圈。該方案可以提高電抗器的使用壽命并且可以降低制造成本上述的接地保護裝置，其特點在于所述空心線圈繞線電線纜的直徑可在所述空心線圈的不同抽頭點段逐漸變大或逐漸變小。該方案可以大大降低成本。
上述的接地保護裝置，其特點在于所述控制器中的低壓空氣斷路器帶有失壓脫扣器。采用低壓空氣斷路器可以提高該裝置對接地電流的通斷能力。
上述的接地保護裝置，其特點在于所述控制器中還安裝有保障實現IT保護系統功能的消防開關X和可使所述控制器返回初始狀態的消除記憶按鈕A。該方案可以簡化操作，并且在消防狀態下，首次接地故障依然繼續供電不跳任何低壓空氣斷路器。
上述的接地保護裝置，其特點在于對所述可控且可變的限流阻抗可采用一套或兩套。一方面該方案在線運行時仍可檢測維修，另一方面在無事故時，可隨時檢測，在發生事故時該方案在IT型式下首次接地允許時間較長，故維修時間可隨時進行。
上述的接地保護裝置，其特點在于所述限流阻抗可以采用電抗器、電阻器或電容器。最佳方案是采用電抗器。
采用本實用新型的接地保護裝置，具有IT系統的可靠性又解決了IT系統致命缺點，即難以檢測N線引出后多回路的首次接地。本接地型式運行在N線引出的IT接地型式下，發現有接地時能自動判斷。如果是處于消防狀態則維持IT型式繼續運行；如果不是消防狀態則立即進入尋找首次接地故障，這樣可以使大于99％的首次接地故障在零點幾鈔內被找出，而且可以立即切除故障使系統恢復正常，留下小于1％的首次接地故障一般會發生在低壓配電室內，采用人工排除在時間上是完全允許的；在采用自動切除的情況下，本保護裝置由于還安裝了報警裝置，由人工介入進一步處理。由于該裝置控制元件少，集中投資少，且控制元件集中維修方便。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施例

圖1是采用本實用新型所示接地保護裝置的示意圖圖2是本實用新型所示的兩套并行的接地保護裝置示意圖圖3是一種采用可變限流電抗器的5級接地保護裝置圖4是圖3中所示控制器的邏輯電路圖圖5是一種聯合使用接觸器和低壓空氣開關的接地保護裝置圖6是圖5中所示控制器的邏輯電路圖圖7是圖1所示接地型式現場接地保護裝置的工作流程框圖圖8是一種在接地保護裝置中使用的可變限流電阻器在圖1、7中，該接地保護型式體現了本實用新型的發明構思。該可變限流阻抗和控制器1 K安裝在總中性點N和配電安全保護總線PE之間，該可變限流阻抗可以根據現場實設計需要，將阻抗分為1、2、3……n-1、n段，該阻抗分別聯接n個接觸器KM1-1、KM1-2、KM1-3、……KM1-(n-1)、KM1-n。控制器1K主要由接觸器和繼電器組成。在圖7中，低壓配電現場接地保護系統設計了5級瞬動過電流保護和3級剩余電流保護。其中，16A低壓空氣斷路器K、63A低壓空氣斷路器K、100A低壓空氣斷路器K、225A低壓空氣斷路器K、400A低壓空氣斷路器K和帶有剩余電流保護的630A低壓空氣斷路器K、2000A低壓空氣斷路器K、4000A低壓空氣斷路器K。該阻抗所分別聯接的接觸器n＝5。起始狀態為IT接地型式，該系統可隨時檢測單項接地故障。
當接地保護型式經常運行在供電可靠性最高的IT接地型式，從而確保首次接地時仍然繼續供電，以適應應急電源對可靠性要求。當處于非應急狀態時，發生單相接地故障時，產生接地電流，例如，接地電流大于5A時，在該可變限流阻抗上產生接地電壓，首先使控制器1K中接觸器動作，進而使聯接阻抗1兩端的自動控制接觸器KM1-1閉合，該可變限流阻抗阻抗值變小，單相接地電流增大，當其電流值超過相應級后面已接地的16A低壓空氣斷路器瞬動電流值時，該低壓空氣斷路器瞬動跳閘，切除接地故障；如果不是上述相應級低壓空氣斷路器后面的單相接地故障則阻抗2兩端的接觸器KM1-2在控制器1K的作用下繼續閉合，又使該可變限流阻抗阻抗值變小，單相接地電流增大，當其電流值超過相應級后面已接地的63A低壓空氣斷路器瞬動電流值時，該低壓空氣斷路器瞬動跳閘，切除接地故障；同樣重復上述過程，阻抗3、阻抗4、阻抗5兩端的接觸器KM1-3、KM1-4、KM1-5在控制器1K的作用下繼續閉合，繼續使該可變限流阻抗阻抗值變小，單相接地電流增大，直至相應的低壓空氣斷路器瞬動跳閘，切除接地故障；如果這時接地故障仍不能消除，單相接地電流超過該低壓配電系統所設計的低壓空氣斷路器的最大瞬動電流值，則在控制器1K中的繼電器產生動作，相應啟動系統設計中的3級剩余電流保護裝置，這時檢測過程回到起始IT接地型式的狀態。由于發生這種情況很少，約只有小于1％，再加上3級剩余電流保護裝置的低壓空氣斷路器一般安裝在低壓配電室，所以一旦發生完全可在規定時間要求內由低壓配電值班室的工作人員加以排除，人工檢測處理易行。
在圖2中，本實用新型的另一種實施例，接地保護可變限流阻抗調整和控制部分采用了兩套并行的保護裝置。一套結構同圖1中所示，另一套所采用的可變限流阻抗不變，每段阻抗n也分別聯接n個接觸器KM2-1、KM2-2、KM2-3、……KM2-(n-1)、KM2-n。控制器2K主要由多個接觸器和繼電器組成。為了保護接觸器還在任意兩個接觸器KM1-n或KM2-n的兩端之間安裝有熔斷器R1-1、R1-2、……R1-(n-1)和R1-n或R2-1、R2-2、……R2-(n-1)和R2-n。采用兩套并行的保護裝置可大大提高系統的可靠性和易維護性。當然，該方案即可一套使用，又可兩套并行使用，或者一套使用，一套維修。
在圖3中，本實用新型的另一種實施例是采用一個可變限流電抗器的5級接地保護裝置。該可變限流電抗器為一個聯合電抗器，該可變電抗器由帶有鐵芯的線圈Z1和帶有插頭的空心線圈Z2、Z3、Z4、Z5、Z6組成。在本實施例中，該電抗器總電抗44Ω，帶有鐵芯部分的線圈Z1的電抗為42.65Ω。為了降低成本，空心線圈Z2、Z3、Z4、Z5、Z6的繞線線徑是逐漸變粗的。同時，為了保護空心線圈Z2、Z3、Z4、Z5、Z6的熱穩定性，每段均對應安裝有熔斷器。即在線圈Z1兩端點的總中性線電位點N6、N5之間聯接第一個接觸器M1的主觸頭，在中性線電位點N4、N5之間聯接有第二個接觸器M2的主觸頭，在中性線電位點N3、N8之間聯接有第三個接觸器M3的主觸頭，在中性線電位點N2、N9之間聯接有第四個接觸器M4的主觸頭，在總中性線電位點N1、N0之間聯接有第五個接觸器M5的主觸頭，在中性線電位點N6、N7之間的接觸器M1主觸頭和接觸器M2主觸頭的兩個端點之間安裝有一個熔繼器R2，在中性線電位點N7、N8之間的接觸器M2主觸頭和接觸器M3主觸頭的兩個端點之間安裝有一個熔繼器R3，在中性線電位點N8、N9之間的接觸器M3主觸頭和接觸器M4主觸頭的兩個端點之間安裝有一個熔繼器R4，在中性線電位點N9、N0之間的接觸器M4主觸頭和接觸器M5主觸頭的兩個端點之間安裝有一個熔繼器R5，在中性線電位點N0、N之間安裝有一個熔繼器R6。在中性線電位點N6、N10之間安裝有一個警笛D，在中性線電位點N10、N之間還安裝的一個保護警笛的熔斷器。
在圖3中，本實施例還增加了報警功能，即在安全保護線PE和中性線電位點N之間安裝一個具有高返回系數的電壓繼電器JV、接點容量大的繼電器J0、警鈴L和警鈴熔斷器RL，控制器1K安裝在中性線電位點N62和安全保護總線PE之間，該電壓繼電器JV具有低電壓熱穩定性好的特點。當存在接地電壓時，電壓繼電器JV動作，隨之繼電器J0動作，這時控制器1K兩端存在電壓開始啟動，同時警鈴L開始報警。
在圖3、圖4、圖7中，控制器1K的邏輯電路主要由接觸器M1、M2、M3、M4、M5，繼電器J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、消防信號控制開關X、消除記憶按鈕A組成，控制器1K通過控制各個接觸器和繼電器觸頭的門電路邏輯組合實現對該可變電抗器阻抗值的變化控制。當產生接地電流時，在該可變電抗器上產生接地電壓，即中性線電位點N6與安全保護線PE之間產生接地電壓，在控制器1K的控制下，接觸器M1的主觸頭首先閉合，如果不是其后的16A低壓空氣斷路器接地，仍還有接地電流，則接觸器M2的主觸頭閉合；如果不是其后的63A低壓空氣斷路器接地，則其后的接觸器M3的主觸頭閉合，同理，接觸器M4、M5的主觸頭可以相繼閉合。如果還不是400A低壓空氣斷路器接地，接地故障還沒有消除，中性線電位點N6與安全保護線PE之間還有接地電壓，則對應的控制器1K中的繼電器產生相應的延時動作，并相應啟動該接地保護系統設計中的3級剩余電流保護裝置，即帶有剩余電流保護的630A、2000A、4000A低壓空氣斷路器分別根據實際情況分勵脫扣。由于這些故障點是在總開關配電室內，所以消除故障十分方便。由此可見，利用該接地保護系統能夠十分方便地找到具體的緊接其后的已接地的低壓空氣斷路器故障地點，并給與消除。在接地故障排除后，沒有接地電壓時，消除記憶按鈕A不起作用，檢測過程近回到起始狀態。
在圖5、圖6中，本實用新型的另一實施例，是一種聯合使用接觸器和低壓空氣開關的接地保護裝置。該實施例與圖3、圖4所示實施例的主要區別是接觸器M4、M5換為帶有失壓脫扣器KV4、KV5的低壓空氣斷路器K4、K5。該實施例，采用低壓空氣斷路器K4、K5的目的是提高該接地保護裝置的短路通斷能力。
在圖8中，本實用新型所示的接地保護裝置，也可使用可變限流電阻器。只是由于采用電阻器易產生較大的熱能損耗，還要安裝一定的散熱裝置。
總之，本實用新型所示的接地保護型式符合國家級現行接地保護設計規范GBJ-65-83。同時，兼顧了所有接地型式的優點。本發明所示的接地保護跳閘與TN-S系統基本相同，充分發揮了TN-S系統的瞬動跳閘的優點，克服了TN-S系統的缺點。本發明所示的接地保護跳閘實現選擇性且電流較小、接觸電壓低，充分發揮了TT系統接地型式的優點，克服了TT系統接地型式的缺點。本發明所示的接地保護跳閘電流控制元件較小，其可靠性相當高且要簡單地實現兩套并列運行，自動診斷和維修簡單方便。本發明所示的接地保護型式需要的投資與系統大小關系不大，一般數萬元即可，克服了TT系統的投資與系統大小極大的缺點，同等情況下其投資可達20-50萬元。
權利要求1.一種低壓配電系統接地保護裝置，主要由一個與變壓器中性點相聯的總中性點N、一個與大地直接相聯的負載配電安全保護總線PE以及所述中性點N與所述保護總線PE之間安裝的一個限流阻抗組成，其特征在于所述限流阻抗為一組中間帶有多個抽頭的聯合阻抗，所述抽頭與一個接觸器或低壓空氣斷路器或者及其組合的一端相聯，所述接觸器或低壓空氣斷路器或者及其組合的另一端與所述總中性點N相聯，在所述總中性點N與所述保護總線PE之間安裝有至少一組控制所述接觸器或低壓空氣斷路器或者及其組合的閉合或釋放的控制器，所述控制器的電源來自所述限流阻抗的兩端。
2.根據權利要求2所述的接地保護裝置，其特征在于所述控制器是一個由多個接觸器或者多個接觸器和低壓空氣斷路器、繼電器以及相應控制觸頭的邏緝組合構成的邏輯控制電路。
3.根據權利要求2所述的接地保護裝置，其特征在于在所述中性點N與所述保護總線PE之間安裝有電壓繼電器JV、繼電器J0、警鈴L和警鈴熔斷器RL；所述控制器1K安裝在中性電位點N62與保護總線PE之間；在所述限流阻抗與所述總中性點N之間串聯安裝有多個熔斷器且并聯有一個警笛，所述熔斷器的兩端分別與2個接觸器或低壓空氣斷路器的端點相聯。
4.根據權利要求1所述的接地保護裝置，其特征在于所述限流阻抗為一個電抗器，所述電抗器采用一節帶鐵芯的線圈和帶多個抽頭的空心線圈。
5.根據權利要求4所述的接地保護裝置，其特征在于所述空心線圈繞線電線纜的直徑可在所述空心線圈的不同抽頭點段逐漸變大或逐漸變小。
6.根據權利要求3所述的接地保護裝置，其特征在于所述控制器1K中的低壓空氣斷路器帶有失壓脫扣器。
7.根據權利要求2所述的接地保護裝置，其特征在于所述控制器中還安裝有保障實現IT保護系統功能的消防開關X和可使所述控制器返回初始狀態的消除記憶按鈕A。
8.根據權利要求1所述的接地保護裝置，其特征在于對所述可控且可變的限流阻抗可采用一套或兩套。
9.根據權利要求1所述的接地保護裝置，其特征在于所述限流阻抗可以采用電抗器、電阻器或電容器。
10.根據權利要求1、2、3或7所述的接地保護裝置，其特征在于所述控制器1K的電源為來自所述限流阻抗兩端的可控電源。
專利摘要本實用新型提供了一種低壓配電系統接地保護裝置,在變壓器的總中性點N與保護總線PE之間安裝有一個限流阻抗,所述限流阻抗值是可以調節控制的,通過控制所述限流阻抗可以控制接地電流按預定的設計規律變化。該技術方案兼顧了已有TN、TT、IT三種接地保護系統的優點,使接地故障以最佳方案檢測出并予以排除,而且該方案投資成本很低。
文檔編號H02H3/16GK2409693SQ0020452
公開日2000年12月6日 申請日期2000年2月2日 優先權日2000年2月2日
發明者胡國清 申請人:機械工業部設計研究院