低压漏电保护新技术研究

欧阳丽

(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530)

低压漏电保护新技术研究

欧阳丽

(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530)

从漏电保护和漏电保护器的基本概念入手，简要介绍了漏电保护器的工作原理，针对现有低压漏电保护技术的局限性，对漏电保护新技术进行了探讨，并且提出了低压漏电保护技术的发展方向。

低压漏电保护；选择性保护；新技术

0 引言

随着社会经济的跨越式发展，对能源的利用变得越来越多，而电力在能源中占据着不可忽视的重要地位。随着经济全球化和人们物质生活的不断改善，人们对于家用电器的需求也越来越大，因此便出现了很多的不安全因素，电气事故的发生也会带来生命和财产损失。由此可见，保障用电安全是必须重视的问题，并且需要专门的工作人员参与到用电安全的理论和实践研究当中，通过应用最新的科学技术，达到安全、经济、科学、低碳用电的目的。漏电保护工作是保障用电安全的重中之重，因为漏电是一个非常普遍的现象，我国面临着严重的漏电安全的威胁，无论是理论方面的研究，还是漏电保护设备的生产，甚至相关的制度建设都是急需推进和改善的。

1 漏电保护和漏电保护器的基本概念

由于某种原因电气设备的外壳和火线连接在了一起，特别是那些金属外壳的用电设备，很容易和大地形成一个未知的电势差，这种由于其他非正常原因导致用电设备外壳和大地形成未知电压的现象，就叫做漏电。导致漏电的因素有很多，可能的原因包括有些用电设备的制造故障或者零火线反接，也有可能是电路板处在一个潮湿、灰尘较多的环境所致，针对这样的一种现象，设置恰当的保护装置，监测漏出电流(剩余电流)的变化，当其达到最大值时通过该装置切断电源，可保护整个电路的安全，避免人为的触电。像这种遇到较大的漏电电流时能及时切断主线和支线开关的装置就叫做漏电保护器。随着电气设备的增多，漏电保护器扮演着非常重要的角色，因此我国某些地方在20世纪70年代中期曾强制用电单位或者家庭用电安装漏电保护器，以保证用电安全。漏电保护器可以运用在很多领域，比如民用住宅、变电站、煤矿低压漏电系统等，一般我们将其分为漏电保护开关、漏电保护插座、漏电保护继电器3种类型。

2 漏电保护器的工作原理

对于我国民用低压用电系统来说，漏电保护器就是在家电设备运行过程中发生较大漏电事故时能在规定时间内切断电源的设备，其具体的工作原理是：首先安装漏电保护器，使得某一段线路或者特定的电网被保护，在被保护的电网内如果发生漏电现象，会在第一时间被漏电保护器监测到漏电信号，每一个漏电保护器都有一个额定动作电流，如果监测到的漏电电流小于这个额定的动作电流，那么漏电保护器不会发生任何动作，但是如果监测到的漏电电流超过了额定的电流，这样的漏电电流会流过漏电保护器中的感应线圈(零序电流互感器)并产生电动势，根据此电动势的大小和变化情况可判断漏电电流的大小，如漏电电流超过额定的动作电流且保持一定的时间，漏电保护器就会及时切断总开关，保护整个电网的安全。

3 现有低压漏电保护技术的局限性

当前，低压漏电保护器的保护功能是通过分级保护来实现的，第一级漏电保护器安装在总线上，用于防止电源附近发生短路引起火灾；第二级漏电保护器安装在支路上，比如民用建筑的插座上，用于防止人为触电事故的发生。为了有选择性地实现电网漏电保护，在总线开关上安装的漏电保护器是一种“检漏继电器”，而在支线开关上安装的漏电保护器是一种“漏电保护单元”，当总线或者支线发生漏电现象时，放置在总线附近的“检漏继电器”会使得总线开关跳闸，当只有支线发生漏电现象时，就会通过“漏电保护单元”有选择性地打开支路开关。把“检漏继电器”和“漏电保护单元”放在同一个电网系统中工作，在实际应用中，2个漏电保护器监测漏电电流的方式不一，前者可以保证准确测量，后者却可在保证监测速度的前提下弱化监测精度，因此在同一个系统中工作，由于测量的精度不一，往往会表现出漏电电流已经超过额定电流但却拒动的现象以及没有超过额定电流却误动的情况。

4 低压漏电保护新技术

4.1 低压漏电保护理论的创新

现有的低压漏电保护器在实际使用中出现一些问题，即在监测漏电电流(剩余电流)时会出现较大的失误，导致在低压漏电保护器拒动的情况下依然发生人为的触电事故和较为明显的故障漏电。在排除低压漏电保护器本身计算误差的前提下，就需要重新审视传统的漏电保护技术的原理，分析剩余电流的计算方法，提高低压漏电保护器的灵敏度，进而提高低压漏电保护的质量。分析原有的剩余电流算法可知，低压漏电保护器只能监测到剩余电流I=I1+I2，而此时I1是设备在正常工况下的剩余电流，I2是设备在发生漏电故障时的电流，所以即使I2超过了漏电保护器的额定电流，但经过矢量求和的方式计算的I也有可能依然在额定电流之内，从而导致漏电保护器的拒动。

所以在这种情况下会存在一个设备发生故障漏电的盲区。因此，不能简单地通过剩余电流的大小来判断其是否达到了漏电保护器额定动作电流值，还应该考虑剩余电流和泄漏电流的相位，可以利用正交分量计算法来求解漏电电流的大小。分别在a时刻和b时刻监测剩余电流的幅值，通过公式(1)计算剩余电流的正交分量，再将正交分量相减得到剩余电流的变化量，间接达到监测剩余电流的目的，如公式(2)所示。

(1)

(2)

式中，Ix，Iy为剩余电流在x和y方向的正交分量；IΔx，IΔy为正交分量在a时刻和b时刻的变化量；IΔr，θΔ为剩余电流的变化量，即新产生的故障漏电电流。

4.2 自适应低压漏电保护技术

在实际使用中发现，现有的低压漏电保护器的额定动作电流如果固定，并不能满足实际的用电需求，因为在实际工况中，电气设备的用电情况和很多因素有关，所以如果能够使得低压漏电保护器的额定电流(阈值)随着环境的变化而变化，就能最大限度地在防止漏电事故的前提下达到较高的用电效率。首先我们可以通过剩余电流的变化率判断是正常漏电还是故障漏电，如果判断结果是正常漏电，那么可以通过一系列的算法，建立相应的自适应动态阈值模型，使得自适应模型在依据更加具体的情况设计出的极大值和极小值之间波动。还可通过和湿度感应器连接，建立一定的湿度—剩余电流阈值模型，在湿度较小的情况下，设备的正常剩余电流较低，可以适当地降低低压漏电保护器的额定电流动作值，对这一方面可以进行较为深入细致的研究，让低压漏电保护器在漏电保护中变得更加智能化和自动化，满足各种情况下用电设备安全和高效运行的需求。

4.3 一种新型漏电保护装置的应用

实践中，低压漏电保护器从监测到故障漏电到停止总闸需要超过0.2 s的时间，这样的延迟对于人触电来说很容易造成较为严重的后果，因此本文提出了一种和现有的较为普遍的低压漏电保护器电路原理不同的漏电保护器，旨在克服现有的低压漏电保护器的不足，提高人们在低压系统下的用电安全。新型的漏电保护器中加入了高阻抗的电子元件，当发生故障漏电事故时，可以第一时间将人和火线隔离开来，保障人触电之后的安全。

该装置电路图如图1所示。

图1 新型低压漏电保护器电路图

4.4 低压漏电保护技术在煤矿井下的创新应用

煤矿井下的用电安全是一件非常关键的事情，因为煤矿内含有易燃易爆气体，而且空间狭小，极易发生人为的触电事故。上文已经提到过传统的低压漏电保护器存在2个保护单元，即“检漏继电器”和“漏电保护单元”，但由于测量原理不同，导致漏电保护器的精度无法保证，在这里可以使用集中控制模式解决该问题，具体原理是把电网中被保护的各支线剩余电流信号收集到一个设备之内，这个装置可以控制总线开关和各支线开关，也就是说把“检漏继电器”和“漏电保护单元”2个单元合并为一个，通过这个集中控制装置来监测剩余电流的变化率，判断漏电事故的发生。利用这个原理来实现漏电保护，由于利用的是同一种测量方法，可大大提高判断效率，同时还可为实现有选择性的漏电保护提供更大的方便。

5 结语

本文介绍了低压系统下漏电保护的基本知识，通过分析现有的漏电保护器所存在的部分问题，提出了能改善现有缺陷的新技术。首先提出了一种理论上的创新算法，能更加精确地计算出电气设备剩余电流的大小，其次为了解决漏电保护器固定阈值的问题提出了一种自适应的漏电保护装置，最后提出了在煤矿中如何利用集中控制原理精确测量故障漏电的大小。当前，社会建设的步伐不断加快，低压漏电保护装置在我国居民住宅中的应用会愈发广泛，因此公众应集体关注漏电保护方面的知识，不断提高自身的安全用电意识。

[1]何瑞华.我国低压电器现状及国内外发展趋势[J].低压电器，1998(3)

[2]谈文华，万载扬.实用电气安全技术[M].北京：机械工业出版社，1998

[3]GB6829—2008 剩余电流动作保护电器的一般要求[S]

2014-05-30

欧阳丽(1986—)，女，湖南人，实习研究员，研究方向：紧急保护电路。