二、保護(hù)繼電器的應(yīng)用與介紹

什么是保護(hù)繼電器？

保護(hù)繼電器是一種智能的裝置，它接收輸入，將輸入與設(shè)置點(diǎn)進(jìn)行比較，并且提供輸出。輸入可以是電流、電壓、電阻或溫度。輸出可以包括以指示等和/或字母數(shù)字顯示形式的視覺反饋、通信、控制警告、報警和控制電源開關(guān)的通斷。

保護(hù)繼電器可以是機(jī)電的或電子的/基于微處理器的。機(jī)電繼電器是一種淘汰的技術(shù)，這種繼電器由機(jī)械零件組成，這些零件要求定期校準(zhǔn)，以便保持在預(yù)期公差內(nèi)。微處理器或電子繼電器使用數(shù)字技術(shù)，提供快速、可靠、準(zhǔn)確且可重復(fù)的輸出。使用電子的或基于微處理器的繼電器代替機(jī)電設(shè)計，這樣會有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：提高準(zhǔn)確性、附加功能、減少維護(hù)、較小的空間要求以及較低的壽命周期維護(hù)費(fèi)用。

輸入

繼電器需要獲取系統(tǒng)信息，以便做出決定。這些輸入可以各種方式進(jìn)行收集。在有些情況下，現(xiàn)場的電線可以直接連接到繼電器。在其他應(yīng)用中需要附加裝置，以便將測得的參數(shù)轉(zhuǎn)換繼電器能夠處理的格式。這些附加裝置可以是地參考模塊的電阻網(wǎng)絡(luò)、電流互感器、電壓互感器、電壓耦合器、RTD或其它裝置。

設(shè)置

許多型號的保護(hù)繼電器都有可調(diào)的設(shè)置。用戶設(shè)置（檢波電平）進(jìn)行編程，讓繼電器做決定。繼電器將輸入與這些設(shè)置值進(jìn)行比較，并相應(yīng)地做出反應(yīng)。

處理

一旦對輸入進(jìn)行了連接和對設(shè)置進(jìn)行編程，繼電器就會比較這些數(shù)值，并做出決定。根據(jù)需要，可針對不同的功能選擇不同類型的繼電器。

輸入

繼電器有雙重方式傳導(dǎo)已做出決定的通信。通常繼電器會控制一個開關(guān)（繼電器接點(diǎn)），指明輸入已經(jīng)超過了設(shè)置，或者，繼電器可以通過視覺反饋（例如：儀表或者LED指示燈）提供通知。部分系列電子的或微處理器的繼電器的一個優(yōu)點(diǎn)是能夠與網(wǎng)絡(luò)或PLC進(jìn)行通信。

三、保護(hù)繼電器是如何解決電氣問題的？

類似于自動調(diào)溫器在控制家中的空調(diào)對自動化問題的解決方式，保護(hù)繼電器也能夠解決電器問題。保護(hù)繼電器的用途是探測問題（最理想的情況是在問題的初始階段），同時也消除并顯著減少對人員或設(shè)備的損壞。

下面的階段說明了電器問題是如何形成的：

第 1 階段：

當(dāng)有良好絕緣的導(dǎo)體暴露于故障引發(fā)因素時，例

如：潮濕、灰塵、化學(xué)品、持久穩(wěn)定的過載、振動或只是正常的劣化，那么絕緣將慢慢惡化。這種小變化，在損壞程度足夠嚴(yán)重而引起電氣故障之前，將不會立即變得很明顯。通過測定電流、電壓、電阻或溫度的輕微變化，繼電器可以探測到有問題正在形成。由于變化的量很小，所以只有精密的裝置（例如：靈敏的保護(hù)繼電器或監(jiān)控器）才能夠在發(fā)生任何進(jìn)一步的損壞之前，探測到這些情況，并且指明可能有問題正在形成。

第 2 階段：

在問題變得更嚴(yán)重時，會發(fā)生進(jìn)一步的變化，例如：絕緣擊穿、過熱或過電壓。由于從正常到異常的變化很大，所以可使用傳統(tǒng)的裝置來中斷電源。在不能使用保險絲和斷路器的情況下，通過探測故障形成的因素（過熱、過電壓等），保護(hù)繼電器可以提供附加保護(hù)。

第 3 階段：

此時，問題已經(jīng)發(fā)生并且引起了損壞。不同類型的保護(hù)繼電器和監(jiān)控器可以減少或者消除損壞，因?yàn)樗鼈兛梢员葌鹘y(tǒng)裝置提前探測到問題。

例如：如果一個工廠或電網(wǎng)管理公司不斷地重置斷路器，更換保險絲或維修設(shè)備，又找不到問題所在，那么他們可能遇到了過電流。如果情況確實(shí)如此，那么用戶可以安裝一個具有過電流保護(hù)功能的保護(hù)繼電器器。該繼電器測量電流（輸入），并且允許用戶將極限（設(shè)置值）編程到繼電器中。設(shè)置值一般比保險絲或斷路器更靈敏。一旦超過了這些極限，繼電器將控制一個內(nèi)部開關(guān)（繼電器觸點(diǎn)）。用戶可以選擇使用開關(guān)在發(fā)生更大的問題之前打開燈（報警顯示）或斷開電源（并聯(lián)跳開）。用戶可以使用報警顯示，以幫助判斷在傳統(tǒng)裝置清除故障之前的故障設(shè)備。

四、繼電器應(yīng)用

接地故障保護(hù)

接地電氣系統(tǒng)的主要目的是提供防電氣故障保護(hù)。但是，這一目的直到二十世紀(jì)七十年代才被認(rèn)識。在那之前，大多數(shù)商業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)都是不接地的。雖然不接地的系統(tǒng)在第一次接地故障過程中不會引起嚴(yán)重?fù)p壞，但是與接地故障相關(guān)的許多缺點(diǎn)還是導(dǎo)致了接地觀念的改變。接地系統(tǒng)有其它的優(yōu)點(diǎn)，例如：降低觸電危險和防雷擊。電氣故障可以細(xì)分為兩類：相對相故障和接地故障。有研究已經(jīng)表明所有電氣故障中95%是接地故障（資料來源：2003年5月1日Woodham, Jack, P.E.的“接地系統(tǒng)基礎(chǔ)知識”）。在保險絲可以防止相對相故障的地方，往往要求附加保護(hù)，例如：保護(hù)繼電器，以防止接地故障。

接地故障的定義

接地故障是通電導(dǎo)體和地或設(shè)備框架之間不注意的的接觸。故障電流的返回路經(jīng)是通過接地系統(tǒng)以及成為該系統(tǒng)的一部分的任何人員和設(shè)備。接地故障常常是絕緣擊穿的結(jié)果。重要的是，需注意潮濕、多雨和多灰塵的環(huán)境要求，在設(shè)計和維護(hù)時要格外細(xì)心。因?yàn)樗菍?dǎo)電的，所以它會使絕緣降級，以及增加形成危險的可能性。

表 1顯示了電氣故障的主要引發(fā)因素。

故障的主要引發(fā)因素???????????????? 占所有故障的百分比?????????????

暴露于潮濕中????????????????????????????????????????????????????? 22.5%????????????????????

工具、嚙齒類動物等造成的短路????????????????????????? 18.0%????????????????????

暴露于灰塵中????????????????????????????????????????????????????? 14.5%????????????????????

其他機(jī)械損壞????????????????????????????????????????????????????? 12.1%????????????????????

暴露于化學(xué)品中?????????????????????????????????????????????????? 9.0 %?????????????????????

老化引起的正常劣化??????????????????????????????????????????? 7.0 %????????????????????? 表 1

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例如：在烤箱電路中，零線或火線短路到烤箱的金屬外殼上。當(dāng)線路閉合時，全部或部分電流流過烤箱框架，然后流過地線。當(dāng)有足夠的電流流過（通常按6×15安＝90安計算）時，斷路器將斷開?？梢园惭b一個保護(hù)繼電器，以探測低至5mA的電流，能夠在相當(dāng)?shù)偷乃较聰嚅_斷路器，因此要比傳統(tǒng)斷路器快得多。雖然上面的例子只顯示直接接地的單相電路，但是在以后討論的三相電路上，其基本原理都是相同的。繼電器和監(jiān)控器是特別設(shè)計的，以便通過探測電流、電壓、電阻或溫度的低水平變化而找到表1中所示的主要引發(fā)因素。

五、?? 以上為繼電保護(hù)器的綜合介紹。下面我們來詳細(xì)分析接地保護(hù)繼電器在不接地直流系統(tǒng)的應(yīng)用和方案

直流系統(tǒng)

? 直流（DC）系統(tǒng)有正負(fù)總線。如果兩條總線中任何一條接地，那么這個系統(tǒng)就稱為直流接地系統(tǒng)。如果兩條總線都不接地，那么這個系統(tǒng)就稱為直流不接地系統(tǒng)。未接地直流系統(tǒng)上的接地故障也可以引起電源損壞和現(xiàn)場損壞。

?? 如果系統(tǒng)是未接地的，那么可以使用一個接地故障繼電器，即在兩條總線之間裝設(shè)一個地參考模塊，建立一個中性點(diǎn)。接地故障繼電器使用這個中性點(diǎn)所取得的值一探測低水平的接地故障。

? 地參考模塊是一種電阻網(wǎng)絡(luò)，用于限制接地故障電流小于25mA,并且提供一種信號傳給接地故障繼電器的一種裝置

????????????????????????????? 用于未接地直流系統(tǒng)的Litteifuse POWR-GRRD接地故障繼電器????????

此接地故障繼電器和接地參考模塊體積都很小，可以直接安裝在逆變器控制柜內(nèi)或者安裝在門面板上，也可選擇導(dǎo)軌式安裝。接地參考模塊可以安裝在柜內(nèi)一角。

接地故障繼電器PGR-2601????????????????????????????? 地參考模塊

????? 外形尺寸：55mm（寬）*75mm（高）*118mm（深）???? 最大外形尺寸：120mm（寬）*220mm（高）*85mm（深）

Littelfuse（利特）POWR-GARD? PGR-2601是一個基于微處理器的用于未接地直流系統(tǒng)的接地故障繼電器，它能提供1~20mA的靈敏的可調(diào)的跳閘水平，同時0.05s~2.5s的跳閘繼電器允許快速保護(hù)跳閘。具有標(biāo)準(zhǔn)的報警繼電器常開常閉輸出和用于外部測量的模擬量輸出0~5V信號、復(fù)位按鈕及可調(diào)節(jié)的面板。能夠用于工礦、企業(yè)、發(fā)電行業(yè)中24VDC控制電路中到1000VDC光伏發(fā)電和自動化運(yùn)輸系統(tǒng)的未接地直流控制系統(tǒng)。

工作環(huán)境溫度??????? -40°C 到 60°C

儲存環(huán)境溫度??????? -55°C 到 80°C

工作環(huán)境濕度??????? 85%無凝露

工作控制電壓??????? DC9~36V????? DC32~70V????? DC/AC 75~275V??

工 作 頻 率???????? 50/60HZ

校 準(zhǔn) 周 期???????? 無需校準(zhǔn)

用戶自測試????????? 使用電源裝置給出直流電源25mA電流接入地參考模塊由接地參考模塊S點(diǎn)引線接入繼電器4號接點(diǎn)進(jìn)行測試。之前要接好控制電源以及接地保護(hù)線

保? 質(zhì)? 期?????????? 5年

跳閘存儲器????????? 記憶性跳閘存儲器可以保持跳閘狀態(tài)

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

此款接地故障繼電器可應(yīng)用在直流未接地控制系統(tǒng)、電池充電系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)。對于系統(tǒng)的益處于

當(dāng)循環(huán)供電時，可探測到系統(tǒng)中的故障，記住跳閘狀態(tài)，允許在接地故障中安全的運(yùn)作。它提供靈敏的的接地故障保護(hù)，且不會產(chǎn)生與誤跳閘有關(guān)的問題。

此方案以成功運(yùn)行在張家口某集中光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)中，以微處理器為基礎(chǔ)的高靈敏度接地故障保護(hù)繼電器在直流未接地控制系統(tǒng)、電池充電系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)為廣大用戶的高價值設(shè)備做出提升性接地故障保護(hù)。

結(jié)束語
　　由于以微處理器基礎(chǔ)開發(fā)的接地故障保護(hù)繼電器在未接地直流的控制系統(tǒng)、電池充電系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，提高了整個被控系統(tǒng)以及企業(yè)的自動化程度和硬件接地故障保護(hù)的靈敏度。隨著微電腦技術(shù)的不斷發(fā)展，接地故障保護(hù)繼電器本身的成本也在不斷的降低，在實(shí)際應(yīng)用未接地直流的控制系統(tǒng)使用中，實(shí)現(xiàn)了整個供電系統(tǒng)接地故障保護(hù)程度的提升，這必將使未接地直流在接地故障保護(hù)發(fā)展中形成一個亮點(diǎn)。