电气控制中继电、电流保护与接线设计

邢邦旭，焦 爽

（沈阳机床股份有限公司电装分公司 辽宁 沈阳 110142）

1 继电保护原理

继电保护是电路中元件运行不平稳或者发生故障，会根据这种情况发出信号或者相应的跳闸，而继电保护的工作要求就是电路出现故障或者运行不良，如图1。

图1 单侧电源网络保护

图中a所示的为电路正常运行的状态，每条线路中的电流都是if，假设在B到C段出现故障，也就是图中的Ud为零，这时候线路中的电流为id，这个电流的数值非常大，故障时短路造成了，Zd就是B到短路点之间的阻抗，根据这种分析，线路中的电压和电流之间的变化，利用正常运行与故障时，这些参数的变化，可以将继电保护分为两种。

一种是正常情况下，电压、电流、电阻、频率参数的不同，根据这些数值可以构成不同继电保护，例如电流突然增加造成的过电流保护，电压降低时候的欠电压保护，电阻降低造成的距离保护，还有就是频率引起的欠频保护。

另一种是规定电流的正方向是从母线指向线路，同时还是双端电源，如图2所示，a图是正常运行电路，b图是故障电路，它们两个电路中的相位不同，a，b图中B两侧的电流相位180°变化，通过这种两侧电流相位的不同可以建立差动原理保护，如纵联差动保护、方向高频保护等。

图2 双端电源

对于电路跳闸的继电保护需要满足选择性、速度性、灵敏性、可靠性4个要求。

选择性是电路发生保护的时候，会选择进行保护，会将故障元件排除外，将线路中的停电范围缩小；

速度性是发生故障的时候，继电保护要快速反应进行切断电源，不同电压等级的电路对应的反应时间不同；

灵敏性与速度性相似，只是有些电路的继电保护是通过灵敏系数来评判的；

可靠性，不明思议就是继电保护要可靠，线路发生故障的时候要迅速保护，不发生故障的时候不需要进行保护，继电保护要安全可靠。

2 电流保护

电流继电器是对电路进行电流保护的元件，对电流保护的研究总需要明确起动电流、返回电流、继电特性、返回系数。

起动电流就是可以将电流机电保护的最小电流，返回电流是使继电返回的最大电流，继电特性就是继电器在工作的时候，只会起动或者返回，不会在某个位置停留，称为特性，返回系数是返回电流与起动电流的比值，以上这4个基本性能不仅对继电适用，在其他的保护装置上同样也适用。

电流速度保护是电流增加的时候，瞬间动作的保护，电流速断保护的特性曲线如图3。

图3 电流速断动作特性曲线

图中的线路中如果都安装的电流速断保护，假设A到B端出现了故障，那么2的位置应该速断保护，同样B到C端，1的位置速断保护。

限时电流速断保护，因为在电路保护的时候，继电保护是可以选择性的，所以可以通过对电路进行增加一段新保护来备用，来切断线路以外的故障。

3 接地与接线研究

接地方式有两种，一种是中性点直接接地，另一种是中性点非直接接地，前一种也可以成为大电流接地，因为这种接地是直接与大地接通，线路发生短路的时候，直接接地会出现最大零序电流；非直接接地是经过消弧线圈接地，这种情况下发生短路或者故障，电路中的电流最小。

继电器的接线方式上，需要考虑距离保护的工作原理，输入的继电器的电流和电压要满足测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离；同时采用0°接线方式，也就是继电器的输入电压为AB电流为iA-iB。

4 结语

继电保护技术的形成是通过对电路设计不断发展而来的，在一些重要设计例如数控机床、数控加工中心、五轴高精密机床的电路系统中，继电保护尤为重要，最开始的时候，就是通过熔断器进行保护，后期发展发现，这种保护对设备损伤很大，有些位置断电会影响元件，继电保护就会根据需要进行选择断电，通过电气元件之间的配合，全方面掌握机床的运行。

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