相敏过流保护综合式

主要结构由3大部分组成，即三相电流互感器、三相电压互感器和相敏保护插件。这种方案的特点是对各种短路故障均起保护作用，可靠性较高，整定较方便。缺点是它需要3套完全相同的电子线路，需要三相电压互感器，因而体积大，成本高，装设在防爆外壳中有困难。

相敏过流保护简化式

考虑到三相短路电流和电动机的正常启动电流都是三相对称的，所以只要取一相电流和相位就可以实现鉴别，故只用一套相敏检测电路；为了鉴别不对称的两相短路故障，方案中增设了负序检测电路。该方案的优点是只需一只单相电压互感器，电路简单、体积小、保护灵敏度和可靠性都较高，若增加显示电路，可以显示不同种类的短路故障，成本低于综合式方案。其缺点是整定不太方便，要对不同种类的短路保护分别整定。

在具体的产品中，英国的RPSl0型相敏保护装置采用的是综合式方案，国内Ⅲ比I型相敏过流保护器采用的是简化式方案。 2100433B

相敏过流保护短路电流与功率因数

在井下的低压供电单元中，针对变压器容量为320kVA，电压为6/0.69kV，Ud=4.5%的条件，将电缆芯线截面折算到50mm2，根据短路解析计算法，可求出三相短路电流标幺值、相电流与相电压的相位角以及短路功率因数与短路点距供电变压器二次出口的距离L的关系曲线。在供电单元中远端发生短路时，其短路电流较小，功率因数较高，其值近似为1；而近端发生短路时，其短路电流较大，功率因数较低。

相敏过流保护起动电流与功率因数

电动机的起动过程是一个瞬变过程。当电动机的鼠笼转子静止时，在定子三相绕组中接通额定三相交流电压，电动机转子就在加速转矩的作用下开始加速，由于在t=0的瞬间，转子的转速为零，定子绕组的反电势也为零，所以会产生很大的起动电流。在全压起动时，起动稳态电流约为电动机额定电流的5-7倍。在起动瞬间，还会出现非周期分量，叠加在周期分量上形成起动瞬态冲击电流峰值，且往往出现在第一个周期内，其大小与合闸瞬间电源电压的初相角、电动机起动时的功率因数有关。经理论分析和实验证明，启动瞬态冲击电流峰值最大可达电动机额定电流的10.4—14.5倍。但它在1—2个周期内很快衰减，所以只在选用快速动作的断路器和熔断器时，才考虑其影响。电动机起动稳态电流衰减较慢，在整个起动过程中都要考虑它的影响。从起动瞬间到进人额定转速正常运行所经历的时间叫做起动时间，它与端电压、负荷转矩等因素有关，一般为零点几秒到十几秒之间。

常规过流保护特性平行于X轴(φ轴)，即 保护动作与φ值无关，只要电流值超过平 行线，保护装置就动作。如果整定在虚线位 置，则电动机起动时就可能误动作。一般要 求常规过电流保护特性高于起动电流值，而且规程要 求供电系统中最小两相短路电流值比过流保护整定值 大于50%，从而确保动作的可靠性。在煤矿井下供电 系统中许多场合难以满足上述要求。相敏过流保护特 性近似于一条斜线，即使电流值不大，但φ角较小，保 护也能正确动作。相敏过流保护特性就是与电动机电 流特性很好地相匹配。

用电子线路实现框图中的功能方法很多，有模拟 电路、数字电路等，较新的采用微处理器来实现。实际 应用相敏过流保护器时要十分注意电流、电压信号的 极性，以免造成相位混乱引起保护的拒动或误动。

煤矿井下供电系统的主要特点 是：供电变压器的容量较小、供电范围大、 线路长、电缆截面较小，因而常常出现供电 系统远端两相短路电流值与同一供电系统 中的大容量异步电动机直接起动电流值比 较接近的情况，造成常规的、以电流幅值作 为动作门槛的过电流保护整定困难、误动 作频繁、可靠性降低。为此，往往采取加大 变压器容量、扩大电缆截面、调整供电范围 等不经济的措施解决，其效果不够理想。根 据供电系统远端短路电流的相位角往往较 小(φ=0～20°，cosφ=1～0.94)，而电动机 直接起动电流的相位角往往较大(φ=60～ 75°，cosφ=0.50～0.25)这一特点，70年 代英国煤矿率先把相敏过流保护用于煤矿 井下供电系统，取得了良好效果。以后，许 多国家也采用了这一技术。中国于1989年 研制成矿用相敏过流保护器，现已推广使 用。

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如果输入信号us为与参考信号uc(或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压uo=Usm/2cos∮，即输出信号随相位差∮的余弦而变化。

由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性。2100433B