漏电保护器测试仪的几种校准方法

张 毅 孙 健 蒯/上海市计量测试技术研究院

文章介绍了漏电保护器的工作原理，对漏电保护器测试仪动作电、流跳闸时间和回路阻抗等主要参数，分析几种校准方法，并对各种方法的优缺点作了评价，同时还简单地介绍了各测试参数的不确定度的来源和评定结果。

0 引言

1）漏电保护器

漏电保护器是一种保护人身安全的设备，当对地电流超过一定的设定阈值时，漏电保护器可以在很短时间内切断整个电路。其工作原理是：正常工作时电路中除了工作电流外没有漏电流通过漏电保护器，此时流过零序互感器的电流大小相等，方向相反，总和为零。由基尔霍夫第一定律可知在任一节点处，流向节点的电流之和等于流出节点的电流之和，即ΣI = 0。当被保护电路发生漏电或有人触电时，电流的平衡遭到破坏，出现零序电流。零序电流是故障时流经人体、或流经故障接地点流入地下、或经保护导体返回电源的电流，由于漏电电流的存在，通过零序电流互感器一次负载电流的相量和不再等于零，它导致零序电流互感器铁芯中的磁通相量和不再为零，从而在铁芯中出现了交变磁通。通过电磁互感现象，在零序电流互感器二次线圈上产生感应电动势，该漏电信号经传感器处理和比较后，当达到预设定阈值时，就会触发断路器断开。由法拉第电磁感应定律可知不论任何原因使通过回路的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比，即 εi= -k（dφ/dt）。

2）漏电保护器测试仪

无论是在城市还是在乡村，漏电保护器的安装和使用非常普遍，因此漏电保护器测试仪也是供电部门和生产安装厂家的必备检测仪器，漏电保护器测试仪的工作原理是通过模拟漏电来检测漏电保护器是否正常动作。

1 漏电保护器测试仪的校准

1.1 动作电流的校准方法

1）标准电阻法

选用的被检设备是美国某公司生产的漏电保护器测试仪。漏电保护器测试仪中测试动作电流的技术指标如表1。

表1 动作电流技术指标

根据被检仪器技术指标选用0.01级标准电阻器（10Ω和100Ω)和6位半数字多用表进行校准，数字多用表的主要技术指标见表2：

表2 6位半数字多用表主要技术指标

按图1接好线路,接通电源设定漏电保护器动作电流值，读取被测试仪上的漏电流示值I与标准电阻器R两端的电压值U，直至漏电保护器开关断开，此时即测得漏电保护器的动作电流值。

图1 标准电阻法校准动作电流接线图

2）交流电流表直接校准

量程和技术指标见表1，可选用带有峰值保存功能的交流电流表对其直接测试。

根据被检仪器技术指标也可直接选用6位半数字多用表进行校准，数字多用表中交流电流技术指标见表2。按图2接好线路，依据漏电保护器的工作原理，直接用交流电流表串入电源的接地端与被测仪器的零线端，按下漏电保护器测试仪测试旋钮，此时交流电流表就可记录动作电流值。

图2 用交流电流表直接校准动作电流接线图

3）用高频电流探棒与示波器校准

量程和技术指标见表1，可选用高频电流探棒与示波器对漏电保护器测试仪动作电流进行校准。

数字示波器主要技术指标见表3。

表3 数字示波器主要技术指标

高频电流探头主要技术指标见表4：

表4 高频电流探头主要技术指标

按图3接好线路，先用一根完好的电源线，将电流探头钳在地线上，示波器调整到合适的触发采样状态，按下被检仪器上的测试键，从示波器上即可测得电流读数。

图3 用高频电流探棒与示波器校准动作电流（或跳闸时间）接线图

4）用多功能电气安全校准器校准

多功能电气安全校准器动作电流技术指标见表5：

表5 多功能电气安全校准器动作电流技术指标

按图4接好线路，这种测试方法最简单方便，设置好动作电流值后按下被检仪器的测试键，此时在多功能电气安全校准器上就直接可读到动作电流值。

图4 用多功能电气安全校准器校准动作电流（或跳闸时间或回路阻抗）接线图

5）动作电流示值误差测量不确定度评定

本文只对第一种方法分析不确定度来源，其不确定度输入量包括被检仪器示值测量重复性引起的不确定度分量、被检仪器显示分辨力引起的不确定度分量以及标准电阻和数字多用表引起的不确定度分量，通过计算评定得到动作电流示值误差测量不确定度：Urel= 0.12%k=2。

6）动作电流几种校准方法的比较

上述四种方法中，根据试验计算可得出第一种方法的不确定度是最小的，且其使用的标准电阻和数字多用表也是比较普遍，标准器的价格相对较低。第二种方法其实也是不错的选择，只是不确定度评定略大于第一种方法。第三种的测量不确定度评定相比前两种方法就大了许多，而第四种方法的优缺点都很明显，从接线图可知，使用多功能电气安全校准器测试简单快捷，各项技术指标都能符合校准要求，但测量标准器价格昂贵。

1.2 跳闸时间的校准方法

1）用标准电阻与示波器校准

漏电保护器测试仪中测试跳闸时间的技术指标如表6。

表6 跳闸时间技术指标

按图5接好线路，先设置好被检仪器的动作电流值,然后再把示波器调整到合适的触发采样状态，按下被检仪器上的测试键，从示波器上即可测得时间波形,从而计算出跳闸时间。

图5 用标准电阻与示波器校准跳闸时间接线图

2）用高频电流探棒与示波器校准

按图3接好线路，测试方法类似1.1条3）,最终记录跳闸时间值，高频电流探棒与数字示波器的技术指标见表3和表4。

3）用多功能电气安全校准器

多功能电气安全校准器跳闸时间测试技术指标见表7：

表7 多功能电气安全校准器跳闸时间技术指标

按图4接好线路，测试方法类似1.1条4）,最终记录下跳闸时间值。

4）跳闸时间示值误差测量不确定度评定

本文只对第一种方法简要分析不确定度来源，其不确定度输入量包括被检仪器示值测量重复性引起的不确定度分量，被检仪器显示分辨力引起的不确定度分量以及标准电阻和数字示波器引起的不确定度分量，通过计算跳闸时间示值误差测量不确定度：Urel= 0.14%k=2。

5）跳闸时间几种校准方法的比较

上述三种方法中根据实验计算可得出第一种方法的不确定度是最小的，且其使用的标准器的成本远低于后两种。第二种方法由于使用的是电流钳，故测量准确度要比第一种方法降低不少，第三种方法和上文动作电流第四种校准方法的优缺点是一样的，故不再阐述。

1.3 回路阻抗的校准方法

有许多漏电保护器测试仪都带有回路阻抗测试功能，本文也简单地介绍测试回路阻抗的方法。

1）用交直流电阻箱校准

漏电保护器测试仪中回路阻抗测试的技术指标如表8。

表8 回路阻抗技术指标

交直流电阻箱技术指标见表9：

表9 交直流电阻箱技术指标

按图6接线，将一条电源线的地线从中断开，交直流电阻箱串联在断开的地线两端，电源线插在没有漏电保护的电源插座上，另一端接漏电保护器测试仪，打开仪器电源开关,此时被检仪器上显示供电电源的电压。改变电阻箱值,按下被检仪器上的测试键，读取被检仪器上的显示值。注意：两线电阻必须先清零，才可保证低阻抗时的测试准确度,使用屏蔽线消除噪声引入的误差。

图6 用交直流电阻箱校准回路阻抗接线图

2）用多功能电气安全校准器校准

多功能电气安全校准器校准回路阻抗技术指标见表10：

表10 多功能电气安全校准器回路阻抗技术指标

按图4接好线路，测试方法类似1.1条4）,最终记录回路阻抗值。

3）回路阻抗示值误差测量不确定度评定

本文只对第一种方法简要分析不确定度来源，其不确定度来源包括被检仪器示值测量重复性引起的不确定度分量，被检仪器显示分辨力引起的不确定度分量以及交直流电阻箱引起的不确定度分量，通过计算，回路阻抗示值误差测量不确定度：Urel= 0.14%k=2。

4）回路阻抗几种校准方法的比较

上述二种方法中根据实验计算可得出第一种方法的不确定度是最小的，且其使用的标准器的价格远低于第二种，第二种方法优缺点前面已有介绍，故不再阐述。

2 结束语

本篇分析了漏电保护器测试仪的动作电流，跳闸时间和回路阻抗的多种校准方法，由于在开展校准过程中时常会受到如标准器或现场测试环境等因素影响，可以根据具体情况选择上述的一种方法来对仪器各参数进行校准。

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