一种直流电源漏电检测电路

2012-07-04陈世昌汪洋张伟

船电技术 2012年6期

关键词：直流电源中性点漏电

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）

0 引言

常见的漏电保护器，为电流动作型触/漏电保护器[1]，又称差分电流动作保护器或接地故障保护器等，主要用于交流电网的漏电保护，如图1所示，为单相电源的漏电保护原理图。

图1 差分电流漏电保护

图1中L、N分别对应单相电源的火线和零线，同时穿过磁环，E为磁环线圈上产生的感应电动势，ZX为火线漏电阻。由图1可知，当火线对地漏电时，漏电流通过大地回流到电源端，而不经过穿心磁环，这样流经磁环的电流代数和不为零[2]，磁环线圈上就产生感应电动势 E，由 E可测量出线路的漏流，进而计算出线路的对地漏电阻ZX，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，直流系统为浮空制的不接地系统。无法满足图1所示电路须具备的条件。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。

1 中性点接地漏电检测法的工作原理

如图2所示为中性点接地漏电检测电路，U1为输入直流电压源，R1、R2为平衡电阻，R3为接地电阻，ZX为对地漏电阻，通过 ZX的电流即为干线的漏电流IX。

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：

解上述方程组可得漏电流Ix：

为简化计算，工程实际使用中，令R1=R2=R，可得：

上式中的IX，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：

合理的配置公式(4)的分母，即检测电阻R、R3，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：

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[3]，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DC600V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[1]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：

实际选型，取R（即R1、R2）为600 Ω，R3为 750 Ω。把上述值代入公式(4)可得系统的漏电计算公式：

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-）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[4]，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 Ω。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。