【摘 要】
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随着分布式能源的发展和直流负荷的增长,低压直流系统受到人们越来越多的关注,科学研究和实践已初步证明了低压直流供电系统的使用价值,以及在能源革命进程中的巨大作用。但由于供电线路故障或设备漏电等因素而引起的火灾事故及人体触电事件经常发生,以电气安全为目的的直流系统接地方法仍亟待进一步研究。为防止上述电气灾害发生,剩余电流保护器(Residual Current Device,RCD)在低压配电网中得到
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随着分布式能源的发展和直流负荷的增长,低压直流系统受到人们越来越多的关注,科学研究和实践已初步证明了低压直流供电系统的使用价值,以及在能源革命进程中的巨大作用。但由于供电线路故障或设备漏电等因素而引起的火灾事故及人体触电事件经常发生,以电气安全为目的的直流系统接地方法仍亟待进一步研究。为防止上述电气灾害发生,剩余电流保护器(Residual Current Device,RCD)在低压配电网中得到广泛应用。但目前剩余电流保护器主要是通过剩余电流大小来进行保护跳闸,保护整定上过于局限且不具有可控性,因此,研究低压直流供电系统的电气安全及相应的保护问题具有一定的实用价值和现实意义。本文将IT接线方式下的低压直流配网系统作为研究对象,为了解决传统保护方法在发生接地故障情况下无法准确识别故障类型和保护人体安全的问题,开展了如下研究工作:首先结合国际标准IEC60479-1-2018和IEC60990-2016研究分析了直流电对人体的电效应,根据电击防护要求从不同角度综合分析比较了低压直流配电系统常见的接线型式,确定了以IT接线型式的低压直流配电系统为研究对象。并且建立了低压直流配网系统接地故障等效模型,对单点和两点故障进行详细理论分析,为后续低压直流系统的电击防护性能和对故障的保护研究提供更多基础理论依据。其次针对传统保护方法不能准确识别故障类型和及时保护跳闸而影响人体生命安全的问题,提出了一种基于电流比的故障识别判据,可以准确识别故障类型,并采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)构造投切旁路对人体进行保护。考虑到多支路故障情况对保护判据的影响,将故障值范围进行划分,进一步提出了旁路投切的分级保护方案。为了验证所提新型人体保护方法的有效性,在Matlab/Simulink仿真软件平台中搭建了低压直流配网系统接地故障模型。仿真结果表明,相比于传统保护方法,基于电流比的旁路投切分级保护方法可以有效保证人体安全。最后通过搭建实物模型对新型人体保护方法进行试验验证。设计了一种基于EXB841芯片的驱动电路,利用Altium Designer绘制电路原理图和PCB版图,焊接调试电路;并根据接地故障的等效电路图设计了低压直流保护试验外电路。试验结果表明所提保护方法能对人体起到显著保护作用,并且能够通过重合闸操作区分瞬时和永久故障,减少停电检修次数,提高了系统运行的稳定性。
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