一种直流电源漏电检测电路

船电技术！电力系统　一种直流电源漏电检测电路　陈世昌　汪洋　张伟　（中国船舶重工集团公司第七一二研究所，４３００６４）　摘　要：本文简述了常用交流电源系统的漏电检测装置工作原理，在具体分析了穿心电流差测量法的优缺　点的基础上，提出了中性点接地漏电检测法。设计了检修用ＤＣ６００Ｖ整流直流电源的漏电检测电路，分析　漏电流的计算公式，设定漏电保护阀值。提出了该漏电保护装置的适用范围。　关键词：漏电流　穿心电流差测量法　中性点接地漏电检测法　中图分类号：ＴＭ９３４．３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３．４８６２（２０１２）０６．００５９．０３　Ａ　Ｌｅａｋａｇｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆｏｒ　ＤＣ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｈｅｎ　Ｓｈｉｃｈａｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｙａｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｉ　（Ｗｕｈａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ＣＳＩＣ，Ｗｕｈａｎ　４３００６４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｌｆｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ｃｏｍｍｏｎ　Ａ　Ｃ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎａ￣ｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｒｉｔｓ　ａｎｄｆａｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｏｓｓ—ｃｏｒｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏ　ｎｅｕｔｒａｌ－ｐｏｉｎｔ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｓ　ａ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｕｓｉｎｇｆｏｒ　ＤＣ６ＯＯＶ　ｒｅｃｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｆｏｒｍｕｌａ　ｆｏｌｅａｋａｇｅ　ｃｕｒｒｅｎＬ　ｓｅｔｓ　ｔｈｅ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｆｏｔｈｅ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｅａｋａｇｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ，＂ｃｒｏｓｓ—ｃｏｒｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ，＂ｎｅｕｔｒａｌ　ｐｏｉｎｔ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　０　引言　线，同时穿过磁环，Ｅ为磁环线圈上产生的感应　常见的漏电保护器，为电流动作型触／漏电　电动势，　为火线漏电阻。由图１可知，当火线　保护器【１】，又称差分电流动作保护器或接地故障　对地漏电时，漏电流通过大地回流到电源端，而　保护器等，主要用于交流电网的漏电保护，如图　不经过穿心磁环，这样流经磁环的电流代数和不　１所示，为单相电源的漏电保护原理图。　为零Ｌ２　Ｊ，磁环线圈上就产生感应电动势￡，由Ｅ　可测量出线路的漏流，进而计算出线路的对地漏　零序电流互感器　电阻　，该方法易于实现，测量速度快，但有一　个缺陷，电源线路中必须有一端接地。如果Ｌ、　Ｎ都不接地，就无法形成有效的漏流回路，进而　无法测量电源的漏电流。因此，浮空制的不接地　系统不能用上述方法测量漏电流。　实际应用中，电厂、变电站等的直流系统为　控制、保护等装置提供电源，直流系统为浮空制　图１差分电流漏电保护　的不接地系统。无法满足图１所示电路须具备的　图１中Ｌ、Ｎ分别对应单相电源的火线和零　条件。为此，本文提出中性点接地漏电检测法，　对直流电源系统的进行漏电检测和保护。　收稿日期：２０１１．１０．０９　１　中性点接地漏电检测法的工作原理　作者简介：陈世￣（１９７７—１，男，工程师，研究方向：　电气与控制。　如图２所示为中性点接地漏电检测电路，　５９　船电技术１电力系统　为输入直流电压源，ＲＪ、Ｒ２为平衡电阻，飓为接　地电阻，ｚ　为对地漏电阻，通过２　的电流即为　干线的漏电流　。　图２中性点接地漏电检测电路　根据戴维南定理可以得以下方程式：　Ｕ１＝Ｉ．冰Ｒ１＋（Ｉｘ＋，．）水Ｒ２　（１）　Ｉ水Ｒ１：ｕ２＋Ｉｘ水Ｒｓ　（２）　解上述方程组可得漏电流Ｉ　：　，：　：鱼二　＝！　二　！　（３）　墨￥Ｒ２＋Ｒ２十Ｒ３＋Ｒ１女Ｒ３　为简化计算，工程实际使用中，令ＲＪ＝Ｒ２＝Ｒ，　可得：　Ｕ１－，：—２Ｕ２　（４）　—＋２Ｒ３　上式中的　，正值为正极对地漏电值，负值　为负极对地漏电值。　通过公式４，结合图２可知：　Ｉ　－２水Ｕ２ｌ　Ｕｌ　（５）　合理的配置公式（４）的分母，即检测电阻　、　３，可以限制系统的最大漏电流，避免系统漏电　造成的危害。结合公式（４）和公式（５），可得系统最　大的漏电值Ｉｘ＿ＭＡｘ：　Ｔ　Ｔ　）　一　２工程应用　ＤＣ６００Ｖ直流电源作为对列车车厢整备以及　检修作业时使用的供电系统，广泛应用于铁路系　统中。在对使用该型电源的列车厢检修时，由于　检修现场工况复杂，线路长（每组列车由１６至　２０节列车车厢组成，且每节车厢都有对地最小漏　电要求），检修的列车车厢漏电情况时有发生，因　此要求ＤＣ６００Ｖ直流电源具备漏电保护功能，避　免在检修过程中因漏电造成的设备损坏，保证检　修作业人员的安全，提高检修作业的安全性。　在列车车厢检修用的ＤＣ６００　Ｖ直流电源中　采用中性点接地漏电检测法，测量负载回路的漏　电，并提供漏电超标保护，电路如图３所示，直　流电源采用传统的隔离变压器加全桥整流滤波电　路［引，漏电检测电路与ＤＣ６００Ｖ直流回路通过隔　离开关Ｋ１连接。　图３直流电源漏电检测电路　系统漏电回路工作过程：由主控制器ＰＬＣ控　制Ｋ１闭合后、再将ＤＣ６００Ｖ直流电源主回路通　电；传感器Ｕ１、Ｕ２把强电信号转化成弱电模拟　信号，模数转换器ＡＤ１、ＡＤ２把模拟信号转换成　数字信号，ＰＬＣ根据公式（７）计算得出漏电值，　并在显示器Ｆ９４０ＧＯＴ上显示：当漏电值大于设　定值时，ＰＬＣ控制ＤＣ６ｏ０Ｖ直流电源主回路断电、　控制Ｋ１断开；显示器报警，并显示最大漏电值　及漏电支路。　在直流电能的应用中，发生触电事故，导致　人体心室颤动…概率为５％的直流电流约为３００　ｍＡ（或可称为直流摆脱电流阀值），所以系统设　计最大漏电值小于３００　ｍＡ，根据公式（６）可得：　—　＜Ｏ．３（即Ｒ＋２＊Ｒ　＞２０００ｆ￣）（７）　＋２木　实际选型，取Ｒ（即Ｒ卜Ｒ２）为６００　Ｑ，　３为７５０　Ｑ。把上述值代入公式（４）可得系统的　漏电计算公式：　，一　一２　一２　ｕ２　ｒＲ、　一　一Ｒ＋２’ｌｃ－Ｒ３—２１００　上述产品在现场应用时，进行漏电试验，分　别从正极（ＤＣ６００＋）、负极（ＤＣ６００一）接定值变　阻器到大地，测量不同的接地电阻下，系统测量　到的漏电值如图４所示。　在本案例的工程应用中，每节火车车厢允许　最大漏电值为７　ｍＡ【４Ｊ，一列正常２０节编组的列　车，最大漏电值为１４０　ｍＡ，因此系统设定的漏电　流保护值为１４０　ｍＡ，换算成接地电阻为９５０　Ｑ。　船电技术ｆ电力系统　当供电回路接地电阻小于等于该值时，系统自动　切断主回路供电电源，并在显示屏中醒目位置显　示“漏电保护”字样，该系统采样、计算、判断周　期为５０　ｍｓ，满足了现场使用中对直流供电回路　漏电检测和保护的需求。　，＼　、＼　在实际使用中，中性点接地漏电检测电路需　注意下列事项：　枷　柏加。邶舶ｍ瑚姗　（１）通电前，须确保直流干线对地绝缘良好，　可以用绝缘测试装置或兆欧表测量；　（２）直流电源必须是浮空制的不接地系统，　且允许高阻接地；　（３）Ｒ　与　２阻值差决定了系统测量的精度，　　、　ｍ　Ａ　、、　ｒ——一一＿　《　‘Ｌ　＼　＼差值较大时，可以通过计算中软件补偿来提高精　度；　赡　＼，　～　　—－一　，一　ｒ　（４）漏电敏感系统中，注意系统检测、计算　／　造成的延迟。　／　／　—　。一　参考文献：　０　０．１　０．２　０．５　１．０　２．０　５．０　１０　２０　５０　１００　接地电阻　Ｑ　…　刘哲，周国庆等编著．触／漏电保护器［Ｍ］．北京：化　图４　ＤＣ６００Ｖ电源漏电分布　学工业出版社。２００８．１．　３　结论　【２］　方昌林，徐刚编著．电气测量仪器［Ｍ】．北京：化学　工业出版社，２００６．４．　中性点接地漏电检测电路，能够准确及时的　［３】　黄俊，王兆安编．电力电子变流技术［Ｍ］．北京：机　检测供电系统的漏电情况，满足工程使用的要求，　械工业出版社，２００４．３　并根据其要求，限制系统的最大漏电值，避免由　［４】ＴＢ／Ｔ３０６３．２００２．旅客列车ＤＣ６００Ｖ供电系统技术条　于漏电造成的重大损失。　件［Ｓ】．四方车辆研究所，２００２．６．　（上接第５８页）　ＭＴ６０７ＯｉＨ是一款非常优秀的工业用触摸　标签名称：为电池管理系统中所使用到的变　屏，设计和实现非常简单，功能十分强大，同时　量名称。　又具有较高的性能和稳定性。在电池管理系统中，　ＰＬＣ名称：为系统参数设置中定义的设备名　利用ＭＴ６Ｏ７０ｉＨ开发的人机界面已经完成并且投　称。　入使用。从使用情况来看，该触摸屏界面友好、　地址类型：为变量的类型，在电池管理系统　使用方便、运行可靠，达到了设计要求。　中有位变量及字变量，如０ｘ定义为参数设置存储　触发位地址，１ｘ定义为状态量位地址，３ｘ定义为　参考文献：　模拟量输入地址，４ｘ定义为参数设置地址。　［１］王海明，郑绳楦，刘兴顺等．锂离子电池的特点及　地址：为变量地址。　应用．电气时代，２００４，（３）：１３２．１３４．　３．４系统安全设计　［２］　刘均．动力电源管理系统设计与实现．哈尔滨工业　系统安全问题是电池管理系统使用过程中必　大学硕士论文．２００４．　须考虑的，ＭＴ６０７０ｉＨ可以通过用户密码来设定　【３］　李立伟，邹积岩．蓄电池总线检测系统的设计与实　不同人员的访问权限，实现系统安全。不同人员　现［Ｊ］．电工技术杂志．２００２（１１）．　登录后拥有自己的访问等级，其决定了该登录级　［４］邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计［Ｍ］．北京：　别对系统操作的权限。只有拥有高级别权限的操　北京航空航天大学出版社，ｌ９９６．　作人员才能进行高级别的系统操作。这样就大大　［５］　威纶科技有限公司，ＥａｓｙＢｕｉｌｄｅｒ８０００说明书．２００６．　提高了系统操作的安全性。　４结论　６１