[工学]0课程前言p

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1、电力装置及器件的电子保护技术凌志斌021-62932368，13701854895lingzhibin@sjtu.edu.cn1电力装置及器件的电子保护技术1、电气设备安全2、人身安全电气设备和人身安全的电子保护2引言电子保护：泛指采用各种电子元器件构成电子线路来完成保护的功能。电子保护是伴随着半导体电子技术的产生，随着半导体电子技术的发展而发展的。电子技术、电子元器件的制造技术飞速发展，因此，电子保护技术也不断地发展，功能日益增强、融合。包括早期的晶体管保护、集成电路保护和近二十年发展起来的微机保护（如单

2、片机、DSP、80x86等）。3为什么需要保护？对于设备：设备运行过程中的一些外部因素（如雷击过电压、操作过电压、短路）和内部因素（如设备的绝缘老化、内部的设计或者制造缺陷）会造成设备的损坏。对于人身：1）设备的一些不正常情况可能会导致设备带电，人接触后可能发生触电。2）设备在某些故障情况下可能严重发热、产生火花，引起火灾，危及人身安全。3）设备在短路的情况下，机械结构可能损坏，造成零部件的移动、脱落，危及人身安全。“以人为本”就要求我们十分注意人身的安全。4电气设备损坏的原因：1）受到电能质量的影响。a）雷击

3、过电压、操作过电压、系统故障时引起的过电压可能造成设备的绝缘击穿或者烧毁。b）欠压，会造成电动机输出功率降低，可能无法正常运转，形成过电流而损坏电机。c）断相，会造成设备三相严重不平衡，可能损坏设备。d）频率，频率过低会造成电力变压器和电动机励磁电流加大，出现过励磁，铜损加大。频率过高会造成铁磁材料的涡流损耗增加，铁损加大。对于电动机而言，可能使得转速超过额定转速，损坏机械强度。e）谐波，谐波电压叠加在基波电压上，产生的峰值电压可能会破坏设备的绝缘。谐波电流可能与电力电容器产生谐振，使得电机损耗加大，发热严重。

4、发生谐波放大时可能会使电力电容器烧毁。5电气设备损坏的原因：2）使用条件恶劣。如矿山、煤矿。潮湿、粉尘、振动、冲击性负荷。3）使用方法不当，甚至是野蛮操作。4）设备自身的缺陷和设备的老化。6设备的损坏轻则造成不同程度的经济损失，重则可能会引发各种安全事故，造成恶劣的社会影响。据我国相关部门的统计，电气事故引起的火灾已经占火灾总数的30％，而造成的损失则占到了55％。一些重大火灾大多由电气事故引起。随着经济的发展，人民生活水平的提高，用电量日益增加，因电气设备引发的事故也逐年增加。据统计，我国近年因电气事故造成的

5、人身伤亡事故为法国的400倍。（法国人口约6000万）人均为法国的20倍。7保护有两大任务保证故障状态下和不正常工作状态下的设备安全。——设备安全。保证故障状态下和不正常工作状态下的人身安全。——人身安全。8实现保护功能的元件、装置熔断器、断路器、脱扣器、各种保护继电器和漏电保护开关。其中，漏电保护开关既起保证人身安全也起保证设备安全的作用。9保护装置的发展一）熔断器、电磁式保护器、热保护器。熔断器应该是最早出现的保护元件。自从最早的电力系统建立就开始应用了。特点：缺点：不能整定或者整定的范围小、灵敏度低、不能

6、实现复杂的保护，优点：原理简单、动作可靠。10保护装置的发展二）晶体管保护、集成电路保护（七十年代发展起来）由三个部分组成11保护装置的发展缺点：功能单一。优点：灵敏度较高，可以实现的保护类型较多。12保护装置的发展三）微机保护（从八十年代开始发展）硬件结构框图：13保护装置的发展特点：优点：1）可以实现完善复杂的保护要求（通过软件算法实现）2）灵敏度高。3）一套电路可以多种保护功能。缺点：如何保证可靠性是个关键的问题。14保护装置的发展需要指出的是：1）直流稳压电源的可靠性是保护装置可靠性的一个关键环节。2）

7、保护装置实现保护功能的最终手段也只是把设备从电路中断开，这一般都需要靠断路器机械结构的动作来实现。其动作时间多为10－几十ms。所以电子保护动作最少也有ms级的延时。15电流引起设备损坏很多情况下，设备损坏的最直接的原因就是电流过大。电流过大的原因分为2类：1）雷击电流和短路电流。2）过负荷引起的过电流。它们都能引起设备的损坏，但是损害机理并不相同。16电流引起设备损坏的原因电流的2个效应：热效应。力效应。这2个效应都可能引起设备的损坏。我们首先讨论短路电流的特点（见PDF），然后讨论一下短路时设备的温升问题。

8、17短路时设备的温升计算电气设备在运行的过程中，总会因为功率的损耗而引起发热，这些功率损耗主要是：在载流导体、线圈的电阻损耗。——损耗与电流I的大小、频率f相关。接触处（触头等）的接触电阻引起的损耗。——损耗与电流I的大小相关。载流导体周围的金属部件（特别是铁磁材料）处于交变磁场中时所产生的磁滞、涡流损耗。——损耗与电流I的大小、频率f相关。绝缘材料内部的介质损耗（主要是极化损）。——