专利名称:断零保护装置的制作方法
发明所属技术领域：
本发明是一种适用于三相四线制低压电力系统中的电气安全保护装置。
现有技术背景在三相四线制低压电网中，常有发生线路工作零干线(PEN或N线)断裂事故。这时，只要断线点后线路上各相负荷不对称，零线电位就会发生偏移，使有的相电压升高，有的相电压下降。电压过高或过低都会招致用电设备被烧毁或损坏。如果是TN-C或TN-C-S系统，零位偏移过大还会使所有实行接零的电气装置的外露可导电部分带上危险电位，引起严重的人身触电事故。对于这种事故情况靠剩余电流动作型漏电开关是保护不了的。
国内外对此尚无一种有效可靠的保护措施。
我国有的地方试行在每户住宅内装设一个接在相零之间的单相过电压保护器，一旦由于零干线断裂，使某相电压超过规定值可切断电流。这样，优于电压过高的一相是能起保护作用的。可是，当一相负载切除后，其余两相负载便形成串接在线电压上，必然会造成某一相或二相电压过低。如上所述，电压过低也会引起某些用电设备烧毁或损坏。对此，过电压保护器便无能为力了。于此同时，断线点后零线电位偏移将达到1/2相电压以上，对于TN-C.TN-C-S系统，将会通过保护零线(PE线)将此危险电位传到所有接零的电气装置外露可导电部分。即使进户处将零线重复接地，或是装设了剩余电流动作型漏电开关，都无法消除危险，所以这种保护方式是不完善的。
此外，尚有一种电压型漏电保护开关，是以检测电气设备外露可导电部分对地电位作为保护动作信号源的。只要电气设备外露可导电部分对地电位超过允许的安全接触电压值，开关就快速跳闸，将被保护的设备切离电源，达到保护人身安全的目的。从原理上看，这种漏电开关用于TN-C、TN-C-S系统中时，也可以在三相线路零干线断裂时起到保护人身和设备安全的作用。然而，当用于TT、IT和TN-S系统中时，便不起作用了。此外，该漏电开关是作为单台用电设备的保护装置，对于未装此保护装置的接零金属管线、支架配电箱等，也保护不了。而且装置的特性难以同电网中其它故障保护装置相配合，在发生一相碰壳短路、线路一相接地等故障时，往往娱动作，扩大事故范围。再者，被保护的用电设备必须与大地绝缘，实施起来有困难。所以这种电压型漏电保护开关不能作为一种完善的线路断零保护装置用。
本发明的目的发明人在对三相四线制低压电力系统的各种接地(接零)保护方式的优缺点、存在问题及在各种运动条件下的保护措施进行全面研究的基础上，发明了一种新的保护装置-断零保护装置。自的是用它来防止由于系统中三相线路零干线断裂而引起的大量单相用电设备被损毁和人身触电伤亡事故。
发明内容本装置的原理接线包括三个基本组成单元-电压检测单元(JC)延时单元(YS)和跳闸执行单元(TQ)。其结构型式分电子式、电磁式两种。本装置的一种制作方式为制成独立装置，再同各种自动开关(ZK)或保护电器组合使用;另一种制作方式为同各种自动开关或保护电器合成一体，成为断零保护开关，或是各种多功能多用途的保护电器。其型式分单相双极、二相三极、三相四极和三相五极。其规格按国家或国际标准制成系列产品。
本装置装设在接有单相用电设备的三相四线制干线末端，受保护的用电设备或用电设备群的首端，当三相四线干线回路中工作零线断裂时断线点后零线电位因各相负荷不对称而发生偏移，使零线对地产生一定的电位差，或是相线对工作零线之间电压产生偏移，当其达到整定值时电压检测单元JC开始启动工作，接通YS单元，经过一段延时后，启动跳闸执行单元TQ，将主电路自动开关ZK(或其它保护电器)跳开。
本装置不是对工作零线断裂本身起保护作用，而是在工作零线断裂后，造成危险后果时才起保护作用，只要零线电位或相电压偏移不超过允许值，电网仍可继续安全运行，使电网可靠性得以提高。
具体地说，有以下二种实施例。
第一种实施例。利用JC检测工作零线对地电位作为信号源。当工作零线电位偏移达到25至50伏左右(可调或不可调)时，JC启动经过YS单元0.2至1秒左右的延时(可调或不可调)后，作用于TQ将主电路自动开关(或其它保护电器)跳开，同时切断相线和零线，使开关以后的用电设备得到保护。附图1、2展示了按本实施例设计的单相双极、三相四极断零保护开关用于TN-C-S系统中的接线原理方框图。
本实施例可适用于TT或TN系统，不适用于IT系统。
由于是检测零线对地电位作为JC单元的信号源，所以按本实施例制成的装置对由于断零而引起的各相电压大辐波动-不论是增高还是降低-造成的对电气设备的损害均能起到保护作用;并且还能防止或减少由于零线上高电位通过保护零线(PE线)传到电气装置外露可导电部分而引起的人身触电事故。
本实施例还能收到附加的效果，即当线路一相接地和TT、TN-CTN-C-S系统中电气装置发生单相碰壳短路时，本装置能起到后备保护作用。因为当发生这样的故障而主保护灵敏不够，不能及时切断故障部分时，系统中全部或局部零线对地电位差会长时间增大而发生危险。这时，本装置能在较短时间内将具有危险的电网部分切离。
JC单元启动电压定为25至50伏左右(可调或不可调)的理由上限值根据IEC标准所规定的安全电压极限值，和各种主要家用电气设备短时能承受的过电压能力确定的;下限值是按躲过正常运行时零线电位可能产生的偏移值而使本装置不致频繁误动作来确定的。实际整定值应根据电网实际接用设备和运行情况来确定。既应在系统出现正常最大零线压降或零位偏移时使本装置不会误动，又不使部分对电压波动敏感的电气设备，装置受到损害。可以由用户或当地电力部门自行调整或提出要求后由制造厂定值。
JC单元零对地电压信号取样电路设计成高阻抗，以限制正常运行时通过本单元电路的工作电流(即零线对地电流)不致于过大(宜不大于2毫安)，免得因线路上接有较多数量断零保护装置而使线路首端漏电保护装置(其动作电流通常为100至500毫安)误动作。JC单元对本身的接地电阻值要求不严，通常宜不大于200欧姆。其接地装置应同线路工作零线无直接电气联接，以免造成零线与地等电位联接而使装置拒动，所以凡装有本装置处、零线不应重复接地。线路零线重复接地装置可以不设，也可以集中统一考虑。设置在离本装置的接地装置至少5米远以外的适当地点。本装置的接地装置可以单独设置，亦可利用地下金属管道等自然接地体以及TT系统中电气装置的保护接地装置。
延时时间整定值是根据过电网中可能出现的过电压冲击波的干扰，以及同电网中其它各种保护装置的动作时间相配合来确定的(即应躲过同级短路保护装置和干线首端漏电保护装置的动作时间)，并满足对各种用电设备的运行安全和人身安全的保护要求。延时特性为反时限(也可以是定时限)，即电位愈高，动作时间愈快，为满足TN系统中保护人身安全的要求，该反时限特性应符合IEC标准TC64第413，1·1·5款表41A所规定的最大接触电压持续时间的要求。
断零保护开关(或保护电器)的控制操作电源当为单相双极时取相对地电压。为了使开关(或保护电器)能对线路一相接地和一相碰壳短路起后备保护作用尽量保证控制回路及分断线圈的工作电压降到1/2额定相电压或升高到接近额定线电压仍能安全可靠工作。当为二相三极三相四极、或三相五极时，控制、操作电源取两相间电压，此时宜保证控制回路及分断线圈的工作电压降到1/3]]>左右线电压时仍能可靠工作。
本实施例中单相双极断零保护开关的控制、操作电源因取相对地电压，其控制电路和分断线圈的工作电流可达10毫安左右，这些工作电流将构成对地泄漏电流，当干线首端装有漏电保护装置时，会影响其工作可靠性。由于通常各单相进户点数量不会太多，且大体是三相均匀分布的，其总泄漏电流为三相向量和，数值不会太大，只要漏电保护装置动作电流整定值足够大，将不足以使其误动作。如果将本装置同漏电保护装置相结合，做成多功能保护开关装到各分户，则每条干线所接装置数量及三相不平衡的可能性便会大大增加，从而使干线首端漏电保护装置无法工作。因此，在TT系统或TN-S系统干线首端装有漏电保护装置且断零保护装置采取分散到各分户安装的情况下，采用本实施例的方案就应慎重，推荐采用下述第二种实施例方案。
本装置的信号取样及控制电路具有良好的抗大气或操作过电压的能力。
第二种实施例。利用JC检测相线对工作零线阅电压。当相零之间电压大于或等于额定相电压加20至50伏左右，小于或等于额定相电压减20至50伏左右(可调或不可调)时，JC启动，经过YS约0.2至1秒的延时(可调或不可调)后，作用于TQ，将主电路自动开关(或其它保护电器)跳开，同时切断相线和零线，使开关以后的用电设备得到保护。其延时特性为反时限，亦可为定时限。图3、4展示了按本实施例设计的单相双极、三相四极断零保护开关用于TT系统中的原理接线方框图。
按本实施例所组成的断零保护开关，其控制、操作电源当为单相双极时取相对工作零线间电压，且保好能保证控制回路及分析线圈的工作电压降到1/4额定相电压左右(对380/220伏三相四线制系统取50伏为宜)或升高到接近额定线电压时，仍能安全可靠工作;当为二相三极、三相四极、三相五极时，取相间电压。此时宜保证控制回路及分断线圈的工作电压降到1/3]]>左右额定线电压时仍能可靠工作。
按本实施例所制成的装置，不仅当因断零而引起相电压大幅偏移时能对用电设备起保护作用，而且当电网自身电压波动过大时，亦能起保护作用。
由于本实施例中单相双极开关取相对工作零线间电压为控制、操作电源，且有延时，一旦工作零线断裂，各相断零保护开关不可能都同时跳闸，当二相开关跳开后，第三相开关将因失去操作电源而跳不开，这对于用电设备并无危害，对于TT系统、TN-S系统和IT系统，由于工作零线不与电气装置外露可导电部分相连，也不会危及人身安全。然而当为TN-C或TN-C-S系统时，该相电位将通过与工作零线相连接的保护零线而传到接零的电气装置外露可导电部分，从而危及人身安全。为此，必须在TN-C或TN-C-S系统各单相进户处断零保护开关前端将零线重复接地(因该系统干线首端不允许装剩余电流动作型漏电保护装置，零线可以重复接地)。对380/220伏三相四线制系统，电源中性点接地电阻小于或等于4欧姆，进户端零线重复接地电阻小于或等于10欧姆，控制电路、分断线圈最小可靠工作电压为50伏时，只要总电流小于等于50安就能使第三相可靠跳闸。
本实施例中二相及三相断零保护开关的控制、操作电源取的是相间电压，且各相同时跳闸，将不会出现上述第三相跳不开的问题。但因为工作零线断裂引起零线电位偏移时，其中某一相对工作零线电压可能偏移较小而拒动，所以JC单元取二相对工作零线的电压信号取样电路组成“或”门(图4)，而不能仅检测一相对零的电压信号。
本实施例的一个不足之处是不能对线路一相接地故障起后备保护作用，用于TN-C，TN-C-S系统时，也不能对一相碰壳短路起后备保护作用。而且，检测相对零间电压并不一定能确切反映零对位的电位，因而用于TN系统中对保护人身安全来说，可靠性较差。所以本实施例主要适合于TT系统或三相四线制IT系统中，用来防止因断零而损坏用电设备。
本发明的优点鉴于我国三相四线制低压电网中因零线断裂而大片用电设备遭到损毁的情况常有发生，各地电力部门每年要花去一大笔赔偿费、修理费，居民也受损失，而且还会引起TN-C、TN-C-S系统中大片电气装置外露可导电部分电位升高，威胁人身安全。采用本保护装置并同其它各种保护装置合理配合使用后，将能在不增加或极少增加投资的情况下，大大提高电网的安全可靠程度，降低用电设备损毁和人身触电的事故率，减少国家开支和居民损失。当用于TN系统中时，所获经济、安全效果尤为明显。
权利要求
1.一种适用于三相四线制低压电力系统中，防止因三相四线线路中工作零干线断裂而造成电气设备损毁或人身触电事故的安全保护装置，和与所述的装置相组合的自动开关或保护电器其特征是a、装置的原理接线包括三个基本组成单元--电压检测单元(JC)、延时单元(YS)和跳闸执行单元(TQ)；b、装置的元件结构型式可以是电子型的，也可以是电磁型的；c、装置必须与主电路自动开关或其它保护电器联在一起使用，装在接有单相用电设备的三相四线干线的末端，受保护的用电设备或用电设备群的首端，使相线用零线同时通断；d、装置可以制成封闭式的独立装置，再同各种自动开关或保护电器组合使用，也可以同各种自动开关或保护电器合成一体，成为断零保护开关或各种多功能、多用途的保护电器，其型式分单相双极、二相三极、三相四极、三相五极，其规格按国家或国际标准制成系列产品。
2.按权项1所述的装置和开关或保护电器，其特征是a、利用JC检测工作零线对地电位作为保护动作的信号源，JC的零对地电压信号取样电路为高阻抗，使正常运行时工作电流不致过大(宜不大于2毫安)，其启动电压宣传在25伏至50伏左右(可调或不可调)，用于TN系统时，不应大于50伏;b、YS的延时定值应躲过同级短路保护装置和干线首端漏电保护装置的动作时间，一般宜在0.2秒至1秒之间(可调或不可调)延时特性为反时限，也可为定时限，用于TN系统时，其反时限特性应符合IEC标准TC64第413，1·1·5款表41A所规定的最大接触电压持续时间的要求;c、当开关保护电器为单相双极时，其控制、操作电源取相对地电压，尽量使控制回路及分断线圈的工作电压降到约1/2额定相电压或升高到接近额定线电压时仍能安全可靠工作，当开关或保护器为二相三极、三相四极或三相五极时，控制、操作电源取两相间电压，并宜使控制回路及分断线圈的工作电压降到约1/3]]>额定线电压时仍能可靠工作;d、装置的信号取样及控制电路应有良好的抗大气或操作过电压的能力。
3.按权项1所述的装置和开关或保护电器，其特征是a、利用JC检测相线和工作零线间电压作为保护动作的信号源，当为三相式开关或保护电器时，JC取两相对工作零线的信号取样电路组成“或”门，JC的启动电压应大于额定相电压加20至50伏左右和小于额定相电压减20至50伏左右(可调或不可调);b、YS延时定值约为0.2秒至1秒(可调或不可调)，其延时特性为反时限，亦可为定时限;c、当开关或保护电器为单相双极时，其控制、操作电源取相对工作零线间电压，并应尽量保证控制回路及分断线圈的工作电压降到1/4额定相电压左右(对380/220伏三相四线制系统宜取50伏)或升高到接近额定线电压时仍能安全可靠工作，当开关或保护电器为二相三线、三相四极或三相五极时，其控制、操作电源取两相间电压，并宜保证控制回路及分断线圈的工作电压降到约1/3]]>额定线电压时仍能可靠工作。
专利摘要
断零保护装置，一种适用于三相四线制低压电力系统中，防止因三相线路中工作零干线断裂而造成电气设备损毁或人身触电事故的安全保护装置。靠电压检测单元检测工作零线对地或相线对工作零线间电压而启动，接通延时单元，经过一段延时，作用于跳闸执行单元，将线路自动开关或保护电器跳开。
文档编号H02H3/14GK87100154SQ87100154
公开日1988年7月20日 申请日期1987年1月9日
发明者尤大千, 蒋礼堂 申请人:尤大千导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan