【原创】用分立元件组成的漏电断路器控制电路

李立山

用分立元件组成的漏电断路器控制电路

   

在低压电网中，额定电流100安培以下的漏电断路器用量很大，几乎占据整个低压电网的70％，极数有二极（单相二线），三极（三相三线）和四极（三相四线等）。为了不增加生产成本，生产厂家普遍采用分立元件电路（漏电控制电路）制造漏电组件。用分立元件组成的漏电控制电路最大的特点是电路简单，对零序电流互感器的输出能量（信号电压）要求高，要求能直接驱动可控硅的触发极，这要求零序电流互感器在被保护侧发生较大漏电时，要输出＞700mV的信号电压。首先介绍零序电流互感器对漏电电流的检测原理。

我们知道，低压电网和用电设备最常见的、应用最多的接地方式有TT方式，第一个字母T表示低压电力系统的中性点工作接地，第二个字母T表示用电设备外壳接地，系统中除了中性点接地外工作零线不允许再次接地，既我们常见的“保护接地”。按照规程要求，中性点和设备外壳接地电阻≤4Ω。在TT方式中，若有人体触及相线或用电设备绝缘不良造成外壳带电，电流会通过人体或用电设备外壳流入大地，然后回到配电变压器T的中性点（系统中不存在第二个接地点时），形成闭合回路。（如下图所示）

中性点直接接地

电流通过人体时会造成伤害，接地系统容易造成漏电和火灾。在低压配电变压器的低压绕组间发生击穿短路时，由于中性点接地，低压侧对地电压均为相电压。相对来讲，中性点直接接地运行方式对电气设备及操作比较安全，适用于大容量低压电网。这种方式便于安装电流型漏电保护器，并能采用总保护、分路保护和终端直接保护，提高低压电网安全管理水平。

零序电流互感器是漏电保护器的重要的检测部件。零序电流互感器是一种原边通以各项电流，由副边绕组输出能量的电流互感器，其结构原理如下图所示。

对于任何一种低压供电线路，无论负载是否对称，只要对地无漏电，零序电流互感器原边电流的矢量和始终为零，

既：单相二线电路：IA+IB  =0  

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif       三相三线电路：IA+IB +IC =0
      三相四线电路：IA+IB +IC +I0 =0

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image002.giffile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image001.giffile:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif因此，各相电流在铁芯中所产生的磁通相互抵消，副边没有能量输出。

然而，当负载对地有漏电电流时（这部分电流没有通过负载和零序电流互感器中的相线或零线成回路，而是通过大地回到了中性点），这时IA+IB +IC +I0 ≠0 而是 IA+IB +IC+I0 =IΔ，

零序电流互感器原边电流的矢量和将不再为零，而等于漏电电流IΔ，此时原边漏掉的这部分电流IΔ在铁芯中产生磁通，副边绕组将有能量输出。这就是 零序电流互感器的检测原理。

下面介绍几种比较典型的用分立元件组成的漏电控制电路。

一、简单的分立元件

   
                                    

   零序电流互感器在图纸上的符号

                          

            图一  用分立元件制作的漏电断路器控制电路图

图一是比较简单的用分立元件组成的漏电控制电路，检测部件零序电流互感器T的铁芯采用非晶钛材料，比坡莫合金造价低，为了使输出信号电压强度达到要求，副边绕组采用双线并绕，中间抽头的绕制工艺，两个绕组分别与C1、C2并联，形成对50Hz交流工频信号谐振选频，其他频率的信号被吸收入地。当被保护侧发生较大漏电时，零序电流互感器T副边绕组输出信号电压，正半周由D1导通，负半周时D2导通，分别对可控硅的控制极进行直流触发，可控硅得到触发电压导通后，脱扣线圈F中有电流流过，拖动主触头K跳闸，被保护侧停电，同时，整个控制电路也失电。R2是额定漏电动作电流调整电阻，以直接保护人体为例，铭牌上标明“额定漏电动作电流：（IΔn）30mA，一般生产厂家实际整定额定漏电动作值：20～25mA之间跳闸，主要为弥补在不同温度下半导体材料的温度漂移特性。C3是抗干扰电容，也是延时电容，主要防止有短暂干扰信号电压对可控硅形成误触发，另外，C3容量大小直接影响动作时间，一般用0.47～1μF，延时时间：≤30毫秒。D3～D6组成全桥整流电路，当可控硅得到触发后，脱扣线圈中正、负半周的电流全部得以通过，使脱扣线圈的电磁能量达到最大，缩短了脱扣器的机械动作时间（一般最小需要≤二十毫秒的时间）。这样，有效的保证了整机动作时间＜0.1秒，这个硬指标。

R1是压敏电阻，它的特性是；当两端电压低于它本身的敏感电压值时，它的电阻呈无穷大的状态，当两端电压高于它本身的敏感电压值时，它导通，这时它的电阻很小，几乎呈短路状态。在这里其作用主要是吸收低压电网中存在的高次谐波和高频冲击波干扰电压，避免其对整个漏电控制电路的威胁，没有它，漏电断路器会频繁出现可控硅软击穿、出现频繁的误动作。压敏电阻导通时通过本身电流的能力，叫做：通流容量，在漏电断路器控制电路中一般选用MY21-470型，敏感电压值为470伏。K1和R组成了漏电断路器的试验装置，当K1闭合时，电流从零序电流互感器下面（被保护侧）的相线A出发，经过电阻R限流再经K1回到零序电流互感器上面的电源侧零线N，因此，这部分电流产生的电动势在零序电流互感器内不能互相抵消，模拟了一个突变量的漏电电流，对零序电流互感器激磁，副边绕组输出信号电压，可控硅触发导通，漏电断路器跳闸。这个突变量的模拟漏电电流强度，按GB6829-95国标要求，应该是2.5IΔn，既2.5倍的额定漏电动作电流。该试验装置是为了让用户或电管人员定期检验漏电断路器是否正常所用，一般10～20天按动一次。图一电路的缺点是；在遭受雷击中压敏电阻R1导通，因自身通流容量有限而损坏。

二、有简单防雷击功能的漏电断路器电路

图二

图二所示电路具有简单的防雷击性能，与图一电路基本相似，所不同的是；零序电流互感器的输出电路和压敏电阻在电路中的设置。零序电流互感器铁芯用坡莫合金材料，输出信号电压的正半周直接触发可控硅控制极，负半周经过D6整流后触发可控硅控制极，形成全波触发，这种检测输入电路与防雷击性能无关。压敏电阻在图二电路中有R0和R1两个，这是防雷击的两种方案。R0并联在试验按钮开关K1上，雷击时，低压供电线路A、N两根线的电压超过正常值很多，无法计量。当该电压超过R0的敏感电压时，R0导通，电阻R为R0限流，接通试验电路使断路器跳闸，被保护侧停电。和图一相比，图二把压敏电阻R1从脱扣线圈的左面移到脱扣线圈的右面，低压供电线路遭受雷击时，低压供电线路A、N两根线电压升高，超过R1的敏感电压值时，R1导通，使脱扣线圈形成回路，漏电断路器跳闸，被保护侧停电，被保护侧的家用电器和用电设备得到了一定程度的保护。由于脱扣线圈F是个电感量很大的元件（电感有两端的电流不能突变这个特性），在雷击中为R1限流，有效的保护了R1因过电流而损坏。在实际应用中R0、R1两种方案采用一种就可以了。应该说明，这种防雷击措施只是在遭受轻度雷击或重度雷击的波及地区有效，如果在落雷点的中心区域，就无能为力了，漏电断路器自身恐怕都难保了。

     三、 提高可控硅阻断电压的分立元件电路

图三

图三电路是在图二的基础上增加了一只可控硅与V1串联，提高了V1的阻断电压值，使漏电断路器可靠性、控制电路的寿命有所提高。可控硅串联后的触发原理，前文《漏电保护器的常识与专用IC应用电路介绍》已经详细说明，这里不再赘述。

四、保护功能齐全的分立元件电路

图四

图四电路可以说是性能优良、各种保护比较完善的电路，在图三的基础上增加了过电压保护功能。R7、R8组成整流后的直流电源分压电路，由C4滤波。分压点接稳压二极管DW1和D6至可控硅触发极，调整R8，使220V电源线A、N之间电压升高至280V时，分压点直流电压≥12.7V，触发可控硅导通，使K跳闸。有效的保护了由于低压供电线路故障状态下电压升高导致的用电设备损坏。R9、C5组成高次谐波电压吸收电路，避免高次谐波电压对可控硅造成的击穿。D6为过电压触发单向隔离门电路，只有过电压触发时D6导通，漏电触发时由于是反偏而截止。

漏电保护器产品在低压电网中有很重要的作用，虽然电路并不复杂，但是它的技术、性能指标要求很高，尤其是电子电路部分，元器件一定要有很好的质量保证，一般生产厂家都逐件筛选，以保证符合GB6829-95国家标准对其可靠性的指标要求。这样，漏电保护器才能在不同电压下、不同温度下、不同湿度下以及在一定恶劣空气成份环境下可靠的工作。

              

包子三

李版这个很好
感谢分享！