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电气火灾监控系统中的多种漏电检测探讨

发布于：2015-06-24 14:01:24 来自：电气工程/工业自动化 [复制转发]

1 前言
据资料显示，我国是电气火灾多发的国家。进入20世纪90年代以来，电气火灾发生的次数一直占各类火灾的首位，是火灾总数的30％左右，且多年来居高不下。因此，采取有效的防范措施，消除电气火灾的隐患，保障人民生命和财产的安全是一个需要解决的问题。
多年来，人们在技术领域陆续开发生产了一些检测、保护装置及产品，在防范电气火灾方面起着一定的作用。尽管如此，在这方面还有不足之处。我们知道，目前应用的“剩余电流动作保护装置”只能对带电体对地之间发生的漏电实施监测和保护，而不能保护电路中相-相，相-零之间的漏电，其对防范电气火灾有一定的局限性。近年来开发的“电弧故障断路器”（AFCI），可以在被保护回路发生故障电弧时切断电源，从而防范电弧火灾。但是，它也有一定的缺陷。因为我们知道，一般当漏电流达到500mA左右时，才会有电弧产生，这就是说，“电弧故障断路器”对于漏电流数值较小的故障前期是不能识别与保护的；再有，目前该类产品的额定电流较小，其造价也较高，使其应用也受到一定的限制。
本文探讨的“电气火灾监控系统中的多种漏电检测”是一种新的漏电检测技术，该技术之新就在于其对电路中相-相，相-零，相-地，零-地之间发生的漏电都能进行检测，且从故障的初始阶段就能进行识别，因此，其监测及保护的范围较之“剩余电流动作保护装置”和“电弧故障断路器”要全面而有所前延，其造价又比“电弧故障断路器”要低很多。所以，“多种漏电检测”是减少由于电气故障而引发火灾的一项新的技术尝试。探讨并将其开发成功，可以填补这方面技术的一些空白，可弥补目前电气火灾防范技术领域的某些不足。
2 多种漏电故障的特点[1]
由于电气设备或线路绝缘的损坏与老化，一般会导致各种漏电或其它故障的发生。实践证明，电路中相-相，相-零，相-地，零-地之间的多种漏电故障有一些共同的特点。
（1）故障发生的初始阶段不易识别
多种漏电在发生的初始阶段其绝缘降低较小，漏电流会很微弱，现有检测电流装置又大多设在各回路控制开关下口处。在这一位置检测到的电流值是负荷电流与漏电流的并联值，而漏电流只作为一路很小的分支，与强负荷电流相比较，几近处于电流检测装置的允许误差范围之内，这就很难将其区分。此外，这种微弱电流极易受到各种干扰，如电压的波动，负荷的变化等等。因此，多种漏电故障电流的初始阶段不易被人们所分辨与识别。
（2）危害大
虽然多种漏电故障发生的地点不同，形式不同，其危害亦有不同，但一般均可对设备及人员构成隐性或显性危害，而且是在不断发展与扩大，导致其他故障或引发火灾等。因此，从广义上说，多种漏电故障的危害是很大的。
（3）发生发展的时间过程较长
多种漏电不像金属性短路等电气故障发生发展的时间很短，只有秒级、毫秒级，它的发生发展时间一般会较长，可达分级、小时级，更甚至可有数日、数月、数年的发展时间。
（4）故障的关联性
多种漏电故障与其它电气故障之间具有关联性，如：绝缘损坏导致漏电，如果任其发展下去会引发其它电气故障，如接地、过流、短路或断路等。可以说，多种漏电尤其是它们的早期阶段也是一些电气故障的一种先期表现形式，多种漏电与其它电气故障关联密切。因此，“电气火灾监控系统中的多种漏电检测”与保护，可作为“电弧故障断路器”、过流、短路等保护装置的前级保护，也可使“剩余电流动作保护装置”的功能扩展。
3 “电气火灾监控系统中的多种漏电检测”研发概述
（1）“多种漏电检测”的研发概述[2]
我们知道，电气火灾监控系统中的基础工作是漏电检测，鉴于目前的保护装置对多种漏电的早期识别存有不足之处，因此，我们将其设为研发的重点所在。经过较长时间研究，现总结出一套“分级Z式智能识别”的方法。以此为基础，我们绘制出“多种漏电检测”的原理框图（见图1）。
“分级Z式智能识别”电路包括两套主要部件，即“分级Z式智能识别电路”与“Z式智能确认电路”，而“分级Z式智能识别电路”又可分为三个不同的电路，即“图1”中标出的“1”、“2”、“3”所示。这是根据不同负荷、不同电路、不同用户而设计的，也就是说，根据不同需要而采用不同的组合。
经探索，上述电路的硬件是以现有的漏电保护芯片为基础，增加“相-相、相-零”漏电检测环节。由于“多种漏电检测”适用范围较广，产品规格较多，不同系列产品，其硬件、软件也各有不同。作为探讨，这里只能泛泛地给出具有共性的“硬件电路示意框图”，其它情况应根据实际情况再行研究（见图2）。
目前，微机技术的发展较快，新型芯片层出不穷，漏电保护芯片也已成熟，并被广为应用。因此，“分级Z式智能识别电路”与“Z式智能确认电路”芯片技术也是成熟而可靠的。通过多次试验、比选，目前，“多种漏电检测”的终端器件设计已基本完成，适于支线、干线的器件及组合也已初见端倪。
（2）“电气火灾监控系统中的多种漏电检测”研发概述
我们设计的“电气火灾监控系统中的多种漏电检测”包括众多的“多种漏电检测”元件，他们分别置于电路的终端、支线和干线的不同部位或相关电气控制装置中。根据负荷回路电流的不同，这些元件的规格也各有不同。它们在系统中的监控功能为：终端部位检测元件检测出多种漏电并达设定值后，首先进行自报警并向支线区域盘（箱）以及总盘（柜）发送信号，同时，相应支线盘（箱）与干线总盘（柜）也报警；如属于支线范围故障，则该支线的多种漏电检测报警，同时报送干线总盘（柜）信号并令其报警；如干线发生漏电故障，则只有干线总盘（柜）的多种漏电检测报警。不同部位的“多种漏电检测”元件的规格不同，功能有别，它们各司其职，分别进行自检、互检与判定，依此连接成系统。这里需要说明的是，众多的“多种漏电检测”元件的电气原理是相同的（如图1所示）。只是处于不同部位时，其内部硬件的组合与软件的设计会有所不同。

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