舶岸等电位连接失效保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种舶岸等电位连接失效保护电路，属于船舶电气安全保护设备技术领域。


背景技术：

2.全世界各大船级社发布的船舶建造规范都规定：船舶交流三相供电与配电系统可采用：交流三线绝缘系统(it系统)，中性点接地的四线系统和利用船体作为中性线回路的三线系统(tn系统)；还规定：船舶停靠港口码头接用岸上电源时，应当将船地(船体的地)与岸地(岸上电源的接地装置)进行等电位连接。
3.如果船岸等电位连接失效，当it系统中发生单相接地时，或在tn系统中发生单相接地而接地电流尚未达到短路保护动作值时，会造成船地与岸地之间电位不等，产生接触电压和跨步电压，危害人身安全。
4.在iec/iso/ieee 80005-1:2019[utility connections in port
–
part1:highvoltage shore connection(hvsc)systems
–
general requirements]与80005-3:2016标准[utility connections in port
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part 3:low voltage shore connection(lvsc)systems
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general requirements]标准中都多次提出，船岸等电位连接失效或接地故障保护失效，主断路器应跳闸并报警，尚未合闸的应无法合闸。iec 80005标准还规定:接地故障不得在岸对船电力系统的任何位置产生超过25v的跨步电压或接触电压。(注:国家电网公司发布的q/gdw 11468—2016《港口岸电设备技术规范》，规定“接地故障不应在岸侧到船侧的任何位置产生超过0.03kv的跨步电压或接触电压”)。
[0005]
中华人民共和国海事局发布关于《船舶技术法规实施指南(2021年)船舶岸电系统船载装置检验指南》的通知(以下简称2021年指南)，进一步明确了对船舶岸电系统船载装置实施检验的要点。在实施指南中要求：船舶和港口间应建立等电位连接，并且该连接不应改变船舶配电系统的接地原理；船舶应设有将船体与岸地(或趸船上接地装置)进行等电位连接的设施；中华人民共和国海事局公告2020年第1号文公布的《船舶与海上设施法定检验规则国内航行海船法定检验技术规则》(下简称2020年第1号文件)规定：
①
如发生等电位连接断开的情况，应自动触发应急切断；
②
若存在等电位连接未建立的情况，岸电连接断路器(安装在岸电连接配电柜内)应不能闭合或在闭合位置自动断开。
[0006]
目前的等电位保护技术(例如专利号为2019201823004的实用新型专利：船舶低压岸电系统等电位保护装置)，可以做到当发生单相接地故障时，若造成船地与岸地电位不等，能在其电位差不大于25v时实行主断路器跳闸保护并报警，但不能实现上述两种情况下的保护：1.如发生等电位连接断开的情况，应自动触发应急切断；2.若存在等电位连接未建立的情况，岸电连接断路器应不能闭合或在闭合位置自动断开。


技术实现要素：

[0007]
本实用新型的目的在于提供一种舶岸等电位连接失效保护电路，解决现有技术不
能在等电位连接断开的情况下自动触发应急切断的技术问题，解决在等电位连接未建立的情况下，岸电连接断路器应不能闭合或在闭合位置自动断开的技术问题，以满足iec 80005标准和国家海事局2021指南、2020年第1号文件中的相关技术安全要求。
[0008]
本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：
[0009]
一种舶岸等电位连接失效保护电路，包括接口继电器1ka、接口继电器2ka、接口继电器3ka、接口继电器4ka、熔断器1f、熔断器2f、2只以上瞬态抑制二极管tvs、端子排；所述熔断器1f、熔断器2f的一端分别接dc24v电源正负极，熔断器1f的另一端经1号端子串联连接接口继电器1ka动断触点、接口继电器2ka动合触点、接口继电器3ka动合触点、接口继电器4ka动合触点后接3号端子，熔断器2f的另一端经2号端子串联连接接口继电器2ka的线圈后接5号端子，接口继电器3ka线圈的一端接1号端子，接口继电器3ka线圈的另一端接2号端子，接口继电器1ka另一对动断触点的一端接1号端子，另一端接4号端子，2号端子、3号端子接至岸电箱主断路器欠压脱扣回路；4号端子、5号端子接就地切断按钮；接口继电器1ka的一对动合触点与接口继电器2ka的一对动合触点并联，并联电路的一端接6号端子，并联电路的另一端接接口继电器1ka的线圈一端，2只以上瞬态抑制二极管tvs并联，并联电路一端接接口继电器1ka的线圈另一端，并联电路另一端接9号端子，接口继电器4ka的线圈一端接6号端子，接口继电器4ka的线圈另一端接10号端子，6号端子接船地pe线，9号端子接岸地pe线或中线n，10号端子接岸电箱主断路器进线侧相线。
[0010]
本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
[0011]
前述舶岸等电位连接失效保护电路，取接口继电器2ka的一对动合或动断触点接至电位超标报警回路。
[0012]
前述舶岸等电位连接失效保护电路，取接口继电器3ka的一对动合或动断触点接至dc24v失电报警回路。
[0013]
前述舶岸等电位连接失效保护电路，取接口继电器4ka的一对动合或动断触点接至等电位连接失效报警回路。
[0014]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0015]
1.本装置完全满足iec 80005标准和国家海事局2020年第1号文件及2021年指南的技术要求:本装置在岸电系统中不仅能对发生单相接地时，在船地与岸地之间产生的电位差(接触电压与跨步电压)超过设定阈值进行保护，而且能在等电位连接未建立，或连接后又发生开路时，使主断路器无法合闸或在合闸位置自动断开。
[0016]
2.本装置船地和岸地的电位监测装置采用瞬态抑制二极管(双向tvs可数只并联互为备用)，tvs使用寿命长，具有钳位电压功能，可靠性高于现有技术使用的齐纳管。
[0017]
3.本装置保护与报警阈值可满足不同需求:符合本发明保护阈值要求的双向tvs，其最高工作电压vrwm从6v至≯25v之间可选用的等级较多，可通过选择不同的vrwm值和匹配的继电器线圈电压，满足不同保护阈值的要求。
[0018]
4.本装置适用于不同电制的岸电系统:本装置的电路原理适用于tn、tt、it电制的岸电系统，且无需改变原系统接地方式。
[0019]
5.本装置适用于不同电压等级:本装置的电路原理，适用于低压(ac230v、400v、440v、690v)岸电系统，也适用于高压(ac6kv、6.6kv、10kv、11kv)岸电系统。
附图说明
[0020]
图1是舶岸等电位保护失效自动跳闸报警装置电路原理图；
[0021]
图2是舶岸等电位保护失效自动跳闸报警装置实施例端子排外部接线图；
[0022]
图3是舶岸等电位保护失效自动跳闸报警装置在在三相三线制电力系统中的应用实施例图；
[0023]
图4是舶岸等电位保护失效自动跳闸报警装置在在三相四线制电力系统中的应用实施例图。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0025]
如图1所示，本实用新型的一种舶岸等电位连接失效保护电路，包括接口继电器1ka、接口继电器2ka、接口继电器3ka、接口继电器4ka、熔断器1f、熔断器2f、2只以上瞬态抑制二极管tvs、端子排；所述熔断器1f、熔断器2f的一端分别接dc24v电源正负极，熔断器1f的另一端经1号端子串联连接接口继电器1ka动断触点、接口继电器2ka动合触点、接口继电器3ka动合触点、接口继电器4ka动合触点后接3号端子，熔断器2f的另一端经2号端子串联连接接口继电器2ka的线圈后接5号端子，接口继电器3ka线圈的一端接1号端子，接口继电器3ka线圈的另一端接2号端子，接口继电器1ka另一对动断触点的一端接1号端子，另一端接4号端子，2号端子、3号端子接至岸电箱主断路器欠压脱扣回路；4号端子、5号端子接就地切断按钮；接口继电器1ka的一对动合触点与接口继电器2ka的一对动合触点并联，并联电路的一端接6号端子，并联电路的另一端接接口继电器1ka的线圈一端，2只以上瞬态抑制二极管tvs并联，并联电路一端接接口继电器1ka的线圈另一端，并联电路另一端接9号端子，接口继电器4ka的线圈一端接6号端子，接口继电器4ka的线圈另一端接10号端子，6号端子接船地pe线，9号端子接岸地pe线或中线n，10号端子接岸电箱主断路器进线侧相线。
[0026]
为了及时对故障进行报警，取接口继电器2ka的一对动合或动断触点接至电位超标报警回路，取接口继电器3ka的一对动合或动断触点接至dc24v失电报警回路，取接口继电器4ka的一对动合或动断触点接至等电位连接失效报警回路，报警电路可以采用指示灯或警铃作为报警手段，由上述触点启动其报警工作。本实施例采用的元器件如以下表1、表2所示：
[0027]
表1：
[0028][0029]
表2：
[0030][0031]
本实用新型的主要特点与功能如下：
[0032]
(1)船体(船地)和港口电力系统的地线(岸地)电位差达到设定阈值时，船载岸电箱的主断路器已合闸的自动跳闸并报警，未合闸的无法合闸；
[0033]
(2)当船地和岸地的等电位连接尚未建立时，船载岸电箱的主断路器无法合闸；
[0034]
(3)在船载岸电箱的主断路器已合闸时，若船地和岸地已建立的等电位连接失效(任何原因造成船地和岸地连接导体开路的情况)，主断路器自动跳闸并报警；
[0035]
(4)本装置能适用于tn、tt、it电制的电力系统，并且无需改变船舶配电系统的接地原理；
[0036]
(5)本装置保护范围除船舶岸电系统外，也能适用于岸上建筑物或设备。其等电位连接与接地故障保护失效，造成船地与岸地的电位差超过设定阈值时，能自动切断主断路器并报警，从而有效地避免单相接地产生接触电压与跨步电压对人体和设安全造成的危害。
[0037]
本实用新型的工作原理如下：
[0038]
1.本装置辅助电源为dc24v，可采用船舶充放电板的dc24v电源，或采用输出为dc24v的开关电源(容量约50va)。
[0039]
2.dc24v辅助电源接在带熔断器端子排(以下称端子排，如图2所示其端子号为: 、－、1f、2f、1-10、21-23、31-33、41-43)的熔断器1f、2f进线侧端子 、－，由熔断器1f、2f进行短路保护，1f、2f出线侧分别接端子排的端子1、端子2，在正常工况下，未按下就地切断按钮，接口继电器2ka得电吸合，其动合触头接通、动断触头断开。
[0040]
3.接口继电器3ka接在端子排的端子1、端子2之间，对辅助电源进行监测，当辅助电源dc24v正常时，3ka吸合，其动合触头接通、动断触头断开；当辅助电源dc24v出现异常时，3ka复位，其动合触头断开，切断主断路器欠压脱扣器电源，端子排的端子31、32、33提供3ka的dc24v失电报警触头。
[0041]
4.端子排的端子2、端子3向主断路器的欠压脱扣回路提供dc24v工作电源，使主断路器具备合闸条件。
[0042]
5.端子排的端子4、端子5接就地切断的自锁型按钮，按下该按钮，2ka失电复位，其动合触头断开，切断主断路器欠压脱扣器电源；并且按iec 80005-3的规定，必须经人工将自锁型按钮复位，主断路器才能再次合闸。
[0043]
6.端子排的端子6接船地pe，端子10接主断路器电源进线侧的任一相线，当船地和
岸地的等电位连接有效时，4ka吸合，其动合触头接通、动断触头断开；当船地和岸地的等电位连接尚未建立或建立后失效(岸地e线或岸电中线n，未与船地pe连接，或连接后因故发生开路)，接口继电器4ka复位，其动合触头断开，切断主断路器欠压脱扣器电源，端子排的端子41、42、43提供4ka的等电位连接失效报警触头。
[0044]
7.采用瞬态抑制二极管(双向tvs)2只(tvs1、tvs2互为备用)或多只tvs并联与接口继电器1ka、2ka组成船地和岸地的等电位监测装置；经计算并通过实验，tvs最高工作电压vrwm宜选择在13-16v、钳位电压vc应不大于24.5v，对tvs峰值脉冲电流ipp要求不高，1ka为微型接口中间继电器，线圈额定电压为ac12v；实验时采用vrwm值在13-16v之间的三种tvs进行多次试验，在端子排的端子6和端子9之间加船岸电位差产生的取样电压，分别在20.5v、22v、23v时，1ka吸合并自保，其动合触头接通、动断触头断开，2ka复位，其动合触头断开，切断主断路器欠压脱扣器电源，端子排的端子21、22、23提供2ka等电位报警触头；当端子6和端子9的取样电压降低50％时，1ka复位，2ka吸合；可以通过选择tvs的vrwm值和vc值，获得所需要的保护阈值。
[0045]
8.上述任一保护环节或几个保护环节动作，岸电箱主断路器的欠压脱扣回路失电，已合闸的自动跳闸，未合闸的无法合闸。
[0046]
9.本装置可应急使用:只需要将用本装置端子排的端子1与端子3短接，岸电系统即可暂时合闸使用。
[0047]
如图3、图4所示，是舶岸等电位保护失效自动跳闸报警装置在三相三线制电力系统、三相四线制电力系统中的应用实施例电路图。
[0048]
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。