煤矿井下使用的小型隔爆开关的性能直接影响着煤矿供电的质量与生产安全。《煤矿安全规程》第432 条规定井下低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护及远方控制装置。所以在小型隔爆开关内部增设保护断相功能，即实现送电前断相闭锁检测和运行期间断相保护功能，起到全时段范围保护断相的目的，具有重要意义。
1 保护断相具有的功能
保护断相具有断相闭锁、断相保护和故障定位之功能。
断相闭锁是指每次送电前对供电线路和用电设备进行断相检查，若发现有断相故障，通过信号闭锁使小型隔爆开关根本不能合闸送电；若没有发现断相故障，方可正常合闸送电。
断相保护是继断相闭锁功能检查之后，小型隔爆开关合闸送电，线路和设备正常运行，在此正常运行期间，突然发生断相或电源缺相故障，断相保护电路迫使小型隔爆开关跳闸断电。故障定位是确定断相故障相及其位置。
2 实现保护断相功能的原理
保护断相根据所实现的功能具体由以下电气原理实现。
⑴断相闭锁。断相闭锁检测采用附加直流电源法。电路原理如图1所示。隔离转换开关首先接通+5V的电源，因真空接触器未得电，ZC及触头不闭合，这样+5V的电源通过电动机绕组、中间继电器常闭接点、电阻形成回路。通过检查1、2端的信号来判断线路的完好情况。
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图1 断相闭锁检测电气原理
⑵缺、断相保护。线路发生两相短路、断相、电源缺相及三相负载不平衡时，均产生负序电流分量。理论计算表明：两相短路时负序电流与断相故障时负序电流差别很大；两相短路故障和断相故障所产生负序电流远远大于线路的不平衡电流。缺、断相保护采用负序电流滤序器。原理如图2所示。
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图2 负序电流滤序器电路
图2 中的电阻Ra、Rc及容抗Xa须满足关系式：
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负序电流滤序器的矢量图如图3所示。
从图3中不难看出，对于正序分量，滤序器的输出电压U1为：
U1=0.9(Ua1+Uc1)=0
对于负序分量，滤序器的输出电压U2为：
U2=0.9(Ua2+Uc2)=KI2 (1)
式中K——负序电流的复系数；
I2——线路的负序电流。
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图3 负序电流滤序器的矢量图
滤序器的总输出电压U为：
U=U1+U2=U2= KI2 (2)
可见负序电流滤序器的输出电压仅与线路的负序电流有关。
线路发生断相故障时负序电流用⑴式计算：
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式中E——线路的相电压；
Zh1、Zh2——故障点以后的正、负序阻抗；
Zc1、Zc2——故障点以前的正、负序阻抗。
上式表明断相故障时负序电流远远大于线路的不平衡电流。
⑶断相故障点检测。断相故障点采用高频信号检测。电路原理如图4所示，图中高频信号振荡器产生20kHz的交流高频信号，C为标准电
容，Cx为电缆断路芯线与非断路芯线之间的电容，其大小为：
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图4 断相故障点检测原理
Cx=2πεLx/(lnd/r0) (4)
式中Lx——断相电缆芯线距检测点的距离，m；
d——芯线间距离的几何平均值，m；
r0——芯线半径，m；
ε——电缆芯线间绝缘介质的介电常数，F/m。
在其它条件一定情况下，电容Cx与芯线的长度成正比，即
Cx=PLx (5)
式中P为与电缆结构、尺寸、材料有关的常数。
通过测量U和Ux值，得如下关系式：
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由式(5)、⑹得电缆断相点距首端的距离为：
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3 实验结果
采用上述检测原理，在实验室完成了模拟实验，结果如下。
断相闭锁检测：根据检测原理可得表1的测试结果。通过表1，可以非常方便地将断相检测出来。
表1 检测结果
A、B、C三相线路情况 1端、2端的输出信号情况
A、B、C三相均无断相 均有接近于5V的电压输出
A相有断相 均有接近于0V的电压输出
B相有断相 1端输出0V，2端输出5V
C相有断相 1端输出5V，2端输出0V
断相保护：由于线路有10%—15%的自然非对称性，所以负序电流滤序器的整定值Idz应满足⑻式
Idz≥1.5εIe ⑻
式中ε——线路正常运行时的不对称系数，一般为0.5—0.15；
Ie——线路负荷的额定电流。
实测数据表明，断相时的负序电流远远大于线路的不平衡电流，即灵敏度很高。任意一相断相时的线路电流与负序电流滤序器的输出信号实测值如表2所示。在实验过程中注意负序电流滤序器的两个电流互感器一定要保证检测A相和C相电流，且注意电流互感器的极性。否则，结论不正确。
表2 线路电流与滤序器输出电压
线路电流I/A 25 37.5 50 62.5 75 87.5 100 125
滤序器输出电压U/V 1．48 2．6 3．84 5．07 6．22 7．49 8．60 9．9
断相点检测：断相点检测与电缆的敷设形状、电缆本身的制造质量及新旧程度等有关。这里暂不讨论。
4 结语
通过实验可实现断相故障智能化检测，解决查找断相点的难题。目前的小型隔爆开关大多数已实现了智能化，可在原电路的基础上稍作改动，软件上加进一些功能模块就可以实现断、缺相保护的智能化，从而提高隔爆开关的保护性能。
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