硬件设计 - 矿用漏电保护器的设计

　　本文以二分支井下电网为例来进行说明。其电网结构图如图3所示。本方案在总开关中使用附加直流源原理，而在分支1和分支2中均采用选择性漏电保护原理来对开关进行保护。

　　2.1 附加直流源漏电保护设计

　　图1中，附加直流源的输出信号为U1，将U1的值通过线性光耦以及调理电路后送入AD采样，再通过单片机对其电压大小进行判断，这样，当发生漏电时，绝缘电阻降低，U1的值增大，从而可根据U1的值来判断是否漏电。

　　2.2 选择性漏电保护设计

　　矿用低压馈电开关的选择性漏电保护是指当矿井低压电网中某条支路的某一相发生人身触电、单相对地放电或单相对地漏电流时，系统及时检测出漏电故障并作用于跳闸，从而有选择性地切断故障线路，但仍可保证非故障线路安全运行的保护设施。

　　图4所示为零序功率方向式选择性漏电保护系统的原理示意图。当电网漏电时，可由取样电路分别从电网中取出零序电压信号和零序电流信号，然后经放大整形，再由过零比较电路来判断故障支路，最后启动执行电路，以切断故障支路的电源，实现有选择性的漏电保护。零序功率方向式选择性漏电保护方式具有很强的横向选择性，可以选择性地进行漏电保护。

　　3 软件设计

　　软件系统可用于实现对主开关和分开关的选择。它通过单片机控制外部电路，以便在主漏电电路和分漏电电路之间进行切换，从而在一套系统上兼容主开关和分开关功能，同时可发出漏电故障报警并控制显示电路。其系统软件设计流程图如图5所示。

　　系统上电后，软件可首先对其进行初始化，以完成一些标志位的清零和单片机的初始化;接下来对开关状态进行判断，只有在开关出于合闸状态时，系统才进行漏电检测，然后判断是主开关还是分开关，以便根据不同的开关调用不同的漏电子程序，一旦系统发生漏电故障，则发出分闸动作信号，并控制外部开关，立即切断电网供电。

　　4 结束语

　　本文提出了一种基于附加直流源检测原理和零序功率选择性漏电保护原理的矿用漏电保护器的设计方法，该方法达到了漏电保护的准确性和可靠性要求。事实上，目前的方法还有旁路接地式、无附加电源直流检测式等类型。设计时可以研究各式方法，以便取长补短，从而更好地保护矿井下的馈电安全。