1、 毕业设计设计题目： 电力系统的漏电保护综合设计 作者姓名： 班级学号： 系 部： 专 业： 指导教师： 2015 年 3 月 16 日摘 要随着我国经济建设规模的不断扩大。用电量迅速增长，安全用电这一问题显得尤为重要。低压电网的漏电保护已经引起我国各用电部门及劳动保护部门的高度重视，建立科学的完善的漏电保护体系已迫在眉睫。漏电保护器主要用来防止漏电造成的经济损失及人生触电造成的伤亡，对解决漏电问题有重要意义。本课题在分析低压电网漏电保护系统的基础上，提出了以单片机为核心，基于零序电流法和最低幅值选相法的漏电保护方案。以单片机为核心进行软硬件设计，实现漏电的检测、快速处理和显示，设计出了可靠价
2、廉的漏电保护器。该装置完善了传统的漏电保护器，能快速判断出电网是否发生漏电及具体是哪一相漏电，并发出用于切除故障的信号。关键词：漏电保护器，单片机，零序电流ABSTRACTAccompany with the economys increase, the use of electricity is growing quickly, and the safety is becoming more and more important. The residual current protect of the low-pressure electricity net has been highly
3、regarded by the electric department, a scientific and full-classed residual protect system is highly recommended. The use of residual current operated protective device can avoid the economy loss of the fire and peoples death due to the electric shock, so it is extensive used.Based on the actual lea
4、kage-protection system for underground low voltage distribution networks, this paper advance a new scheme which based zero-sequence current and the theory of lowest amplitude, and the single-chip microcontroller MCS-51 is the core. The design of software and hardware, real-time discharging and displ
5、aying by applying single-chip microcontroller technology. And in final, intelligent residual current operated device with high reliabiliby is completed. This device bring the traditional residual current operated protective device to completion ，it could judge whether the electric network leakage of
6、 electricity cropped up and which the phase cropped up quickly , and send the relay signals to cut off fault.KEY WORDS: residual current operated protective device, single-chip microcontroller, zero-sequence current目录第一章 绪论 .11.1 引言 .11.2 漏电保护的发展及现状 .21.2.1 国外研究状况 .21.2.2 国内研究状况 .31.3 本文所做工作 .4第二章 漏
7、电原理及分析 .52.1 漏电故障的基本概念 .52.1.1 漏电的定义 .52.1.2 漏电的种类 .62.2 漏电保护器的分类 .72.3 漏电分析 .82.3.1 利用节点电压法分析单相漏电 .92.3.2 利用节点电压法分析两相漏电 .132.3.3 比较两种漏电故障 .142.4 单相漏电各故障参数的变化 .142.4.1 单相漏电时零序电压的变化规律 .152.4.2 各相对地电压 .182.4.3 零序电流 .182.4.4 漏电电流 .202.5 漏电保护装置的主要参数 .20第三章 漏电保护装置的结构及原理 .233.1 漏电保护装置的结构 .233.2 漏电判断原理 .24
8、3.2.1 漏电判断原理 .243.2.2 漏电相选择原理 .263.3 单片机的选用 .273.3.1 MCS51 单片机系列单片机简介 .283.3.2 单片机外部引脚说明 .31结束语 .35致谢 .36参考文献 .371第一章 绪论1.1 引言党的十一届三中全会后工农业生产的快速发展，使电气设备和家用电器大量增加，随之带来了与安全用电的矛盾。据不完全统计，70 年代中期每年都有数千人伤亡于触电事故，1975 年我国触电死亡人数高达 6000 多人，按用电量统计平均为 2.87 人/千万 kWh。触电死亡事故在各类伤亡事故中占相当大的比重，当时与先进国家及发展中国家相比，我国安全用电处于
9、低水平。从各种原因分析，大都缺乏安全用电知识及用电设备保护装置不完善。其次从火灾事故分析中也可以看出，由于电器使用不当或线路漏电造成电气火灾占了火灾事故的 20%以上。如果有一种设备可以使人们安全地使用电，将会避免很多不必要的损失。所以在五花八门的电器接踵而来的同时，也诞生了各式各样的保护器。其中有一种是专门保护人的，称为漏电保护器 1。漏电保护是利用漏电保护装置来防止电气事故的一种安全措施。漏电保护装置又称剩余电流保护装置（Residual Current Operated Protective Device,缩写 RCD）。漏电保护装置是一种低压安全保护电器，主要用于单相电击保护，也用于防
10、止由漏电引起的火灾，还可用于检测和切断各种单相接地故障。漏电保护装置的功能是提供间接接触点击保护，而额定漏电动作电流不大于 30mA 的漏电保护装置，在其他保护措施失效时，也可作为直接接触电击的补充保护，但不能作为基本的保护措施 2。漏电保护的原理和装置的种类较多，但从适用于低压电网的漏电保护原理来看，目前主要有以下几种：旁路接地式保护原理、附加直流源检测保护原理、零序电压保护原理、零序电流大小及零序电流方向保护原理。前三种保护原理为非选择性漏电保护，供电电网的任何地方出现漏电故障，保护装置即动作并切除整个工作面电网，且无法确定故障支路。后两种保护原理为选择性漏电保护，可以判断出故障支路，有选
11、择地将故障支路切除。但是，随着电网规模的扩大，供电系统复杂性的提高，对漏电保护提出了更高的要求。2实践证明，漏电保护装置和其他电气安全技术措施配合使用，在防治电气事故方面有显著的作用，因此研究漏电保护理论与技术应用对国民生活与安全生产具有重要意义。1.2 漏电保护的发展及现状1.2.1 国外研究状况漏电保护技术是从二十世纪初在西欧国家发展起来的。漏电保护装置的发展大约经历了三个阶段，即初始阶段、发展阶段和成熟阶段。1921 年德国正式发明了电压动作性漏电保护器，主要用于保护设备外壳漏电。自此，德国的 VDE 规程及英国的 BS 规程均制定了有关电压动作型漏电保护器的标准。但是由于电压型漏电保护
12、装置结构复杂、受外界干扰动作特性稳定性差、制造成本高、过电压容易损坏漏电保护器等缺点，现在已经被淘汰使用，取而代之的是电流型漏电保护装置。英国早在 1930 年就开始在磁力起动机里装设漏电保护装置，由于当时采用的是变压器中性点直接接地的供电系统。故保护装置采用了零序电流保护原理，随后其他国家也相继使用。法国人在 1940 年制成了世界上第一台灵敏度为 10mA，切断时间为 0.1S 的电流型漏电保护器。但由于当时磁性材料的发展尚未达到一定的水平，并且制造灵敏的脱扣机构的技术不完善。因此在第二次世界大战之前，漏电保护器未能大批量生产并用于工程实际中去。第二次世界大战以后，随着电器化进程的加快，电
13、器设备用量日趋增加，触电及电气火灾的可能性也与日俱增。因此人们对漏电保护器寄予很大的希望。前苏联 1949 年研制了用于中性点绝缘系统的漏电保护装置（PYB 型防爆漏电继电器），它采用了附加直流电源的直流检测原理。西德在 50 年代就开始批量生产漏电开关，但是将漏电保护装置真正作为触电保护手段用于实际工程则是在 60年代以后的事情。1956 年德国开始批量生产电流型保护器，1962 年美国研制成功了灵敏度为 5mA 的电流型漏电保护器，英国生产了额定漏电动作电流为 30mA，额定工作时间为 30mS 高灵敏快速型漏电保护器。60 年代后期，西欧各国漏电保3护器的发展已趋于完善。到二十世纪七十年
14、代各国开始制定规程强制在一些场所安装漏电保护器。1.2.2 国内研究状况我国研究漏电保护器起步晚于国外，前苏联 1949 年研制的用于中性点绝缘系统的漏电保护装置于 20 世纪 50 年代初被引进我国，并在全国的矿井中推广使用，大量的在国内放置的产品（JY82 型）还一直延续使用到现在，对我国供电安全和安全技术研究起了重要作用。进入 20 世纪 60 年代，我国为了满足生产发展的需要，根据这一原理，又自选设计和制造了多种形式的矿用隔爆型检漏继电器，如JL80 型、JL82 型和 JJKB30 型等，分别用于井下 660V 和 1140V 电网，取得了很好的效果。20 世纪 70 年代后期，随着
15、综合机械化采煤技术的发展，我国先后从英国、德国、前苏联、波兰和日本等国引进了数百套综合机械化采煤机组，各种类型的漏电保护装置和电路也随配套的供电控制设备同时引进，这些引进技术对促进我国漏电保护技术的发展有重要作用。各种引进的漏电保护装置，有直流检测型的，有零序电流型的，有零序电压型的，也有零序功率方向型的，他们各有所长，很值得我们学习借鉴。进入二十世纪七十年代以后，我国用电量逐年增加，触电事故也逐年增加，因此引起各部门的重视。在各部门的努力下，开始研制漏电保护器。1986 年制定了国家标准 GB6829漏电电流动作保护器（剩余电流动作保护器） 1995 年进行了重新修订，明确规定了漏电保护其产
16、品的质量要求、工作条件和试验方法，从此我国漏电保护其产品的设计和生产进入科学化、规范化阶段，产品系列逐步齐全，产品质量稳步提高，并逐步强制规定用户安装漏电保护器。我国漏电保护器的生产和应用起步较晚，从 70 年代中期开始发展，并首先在农村低压电网中推广应用。经过 80 年代和 90 年代的自行研制、开发，引进国外先进技术，取得了较大的进展，已形成一个品种完善，规格齐全，负荷 IEC 国际标准的漏电电流保护器产品系列。在低压电网的安全保护中，尤其是农村低压电网的安全保护中发挥了重要的作用。我国生产的剩余电流保护器绝大部分为电子式的，约占剩余电流保护器的 90%左右。电磁式剩余电流保护器因制造成本
17、高、价格贵，使用量较少，4目前仅占 10%左右。主要种类有：家用及类似用途剩余电流断路器、剩余电流断路器（主要由低压塑壳断路器派生而成）、移动式剩余电流保护器和剩余电流继电器等 3。至今为止，国内外又相继研究出了一些新的漏电保护方式，如旁路接地技术、选择性自动复电技术、微机在漏电保护中的应用等，为构成全面、完善的漏电保护系统创造了条件。整个漏电保护技术与设备，正在朝着快速断电、保护方式多元、微机智能综合的方向发展。1.3 本文所做工作本课题的研究对象是中性点不接地的低压电网系统，研究重点放在发生单相漏电故障时，通过对中性点不接地低压电网的漏电分析，提出了根据零序电流判断漏电、根据相电压的变化判
18、断漏电相的判据，并通过单片机将漏电保护理论应用于漏电保护装置之中。具体工作主要有：1.查阅有关漏电保护的资料，了解漏电保护器的历史、现状及发展趋势；2.分析中性点不接地的低压电网发生单相漏电故障、两相漏电故障的原理及参数变化；3.提出了一种以单片机为核心，以零序电流法和最低幅值选相法为判据的新型智能漏电保护装置的设计方案；4.熟悉单片机运行原理及软件编程，结合本装置的硬件电路图对漏电保护装置进行软件编程及调试，实现了能够快速判断电网是否发生漏电，鉴别漏电相并发出报警及切除故障信号的新型漏电保护装置；5. 通过实验模拟低压电网发生单相漏电故障的电路。本装置的软件采用模块化设计方法。软件的总体结构
19、分为数据采集模块、数据处理模块、显示模块。采用模块化设计方案将系统程序简化为若干相对独立的程序模块，各模块单独设计、编程、调试和查错，然后整体联调，大大简化了设计和调试中的工作量，并且为后续功能扩展和系统维护打下了良好的基础。5第二章 漏电原理及分析2.1 漏电故障的基本概念2.1.1 漏电的定义在电力系统中，当带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，我们就说该带电导体发生了漏电故障，或者说该供电系统发生了漏电故障。流入大地的电流，叫做漏电电流。日常所见到的架空线路离地面很高，但空气也是一种绝缘物质，对电有一定的绝缘电阻，加上沿线对地的分布电容，所以正常
20、时带电的架空导线上也有微小的泄漏电流经空气入地，不过其数值很小，一般可以忽略不计，这种现象不能称作漏电故障。电缆线路和各种电气设备与架空线路一样，正常运行时也有微小的泄漏电流入地，同样不能说他们发生了漏电故障。具体的，当入地电流由于某种原因增大至数十毫安、数安培甚至数十安培时，线路或电气设备就可能已发生了漏电故障。当入地电流增大至数百安培及以上时，它又超出了漏电故障的范围，进入过流（短路）故障的范围 4。漏电电流与正常的泄露电流之间没有严格的界限，这种界限还与电网的结构、电压等级、中性点接地方式等因素有关。漏电保护装置的动作值往往就是这种界限的标志；同样，漏电电流与短路电流之间也没有严格的界限，而过流保护装置的动作值往往就是这种界限的标志。在中性点直接接地的低压供电系统中，如果一相带电导体直接与大地接触，这时流入地中的电流通过大地，接地极、供电变压器绕组及导线构成回路，由于各元件的阻抗都很小，因而回路中将产生很大的电流，可达数百、数千安培，此时，有关的过流保护装置将动作，切断故障线路的电源。这种故障不属于漏电故障的范围，通常称之为单相接地短路。但是，若在该系统中发生一相带电导体经一定数值的过渡阻抗接地（如人体电阻等），入地电流就小多了，其值常不足1A，此时过流保护装置根本不动作，而漏电保护装置则应该动作，所以说，这种故障又属于漏电故障的范围。
