（电气工程专业论文）漏电保护器的可靠性试验技术研究.pdf

河北工业大学硕士学位论文 i 漏电保护器的可靠性试验技术研究漏电保护器的可靠性试验技术研究 摘摘 要要 漏电保护器是低压电路中防止人身触电和漏电火灾的保护类电器， 是事关人民生命财 产安全的电器，对其进行可靠性研究具有一定的经济效益，更具有广泛的社会效益。 本文对漏电保护器的可靠性进行了研究。 首先， 针对漏电保护器是不频繁动作的保护 电器的工作特点以及发生拒动、误动故障的失效模式， 采用剩余电流保护成功率、机械操 作失效率和瞬动保护成功率作为其可靠性特征量；其次，根据可靠性验证试验理论，本文 主要研究了剩余电流保护成功率验证试验， 我们据此研制出了漏电保护器的可靠性试验设 备， 该设备能进行剩余电流保护的特性试验和成功率验证试验， 且有完备的设备保护和数 据保存功能。 漏电保护器试验技术的研究对提高产品的检测技术有很重要的促进意义， 同时对其他 低压保护类电器提供了借鉴作用。 关键词关键词：漏电保护器，可靠性，验证试验，试验设备 漏电保护器的可靠性试验技术研究 ii study on the reliability testing technology of residual current device abstract as a low-voltage protective apparatus, the residual current device is used to reduce the electric shock and the fire accident. for the residual current device which is related to the peoples life and property, the study on the reliability testing technology is very important. the study of reliability of residual current device is introduced in this paper. firstly, the reliability of residual current device check on its work characteristic and the mode of the failure. the residual current device belongs to the protector that operates infrequently and mainly has two failure modes ,namely the reject-operation and the wrong-operation. the reliability test should consider this characteristic and these failure modes. the residual current protection and instantaneous protection success rate, operational failure rate are applied as reliability standard of residual current device. secondly, according to reliability validated test theory，the reliability validated test is mainly residual current protection test .hereby, we designed the reliability test equipment. using this equipment, the residual current protection test can be done. furthermore the function of its self-protect and data saving is good enough. the study on the reliability testing technology of residual current device is meaningful for the improvement of apparatus test .meanwhile, it works as an example for other protective apparatus . key words: residual current device, reliability, compliance test, test equipment 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1- -1 1 引言引言 随着我国电气化水平的不断提高，电能已经成为人们生产生活中最为依赖的一种能源。在低压配 电系统中，由于设备或者线路的安装连接不当，时常会有漏电事故发生，进而引起火灾、事故，危及 人民的生命财产安全。为了减小漏电造成的损失，应当在线路中安装漏电保护设备。 漏电保护器是常用于低压电路中的防止人身触电和漏电火灾的保护类电器。目前国内外普遍采用 剩余电流动作的保护方法，即当剩余电流达到某一特定的数值时切断电路，从而达到保护人身和财产 安全的目的。然而，如果安装的漏电保护器不能及时可靠的检测剩余电流并分断电路，将起不到任何 的保护作用。 目前，我国漏电保护器的研制、生产正处在一个向标准化、系列化方向发展的新阶段，生产技术 条件和工艺水平大幅度提高，质量好、性能稳定、适应性强的漏电保护器产品越来越多。我国目前已 能生产各类符合国家标准的电磁式和电子式的漏电保护器，其中大部分为电子式，约占总产量的 90% 左右。 电磁式因成本高， 所占份额较小。 关于漏电保护器的标准制定， 我国在上世纪 80 年代就已开始， 在 1986 年 7 月制定了 gb 6829-86漏电电流动作保护器（剩余电流动作保护器） ，规定从 1987 年 7 月起执行 1。1995 年颁布的国家标准 gb 6829-1995剩余电流动作保护器的一般要求等效于 iec 60755：1983。2003 年国家标准局批准了 gb 16916.1-2003家用和类似用途的不带过电流保护的剩余 电流动作断路器(rccb)和 gb 16917.1-2003家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路 器(rcbo) 。这些标准的出台都将积极促进、提高我国漏电保护器的生产水平 2,3。 漏电保护器的可靠性，主要是指其在规定的条件下及规定的时间内完成规定的剩余电流保护的能 力。可靠性的高低水平直接关系到产品的质量要求，所以对漏电保护器可靠性技术的研究就显得十分 重要。 1 1- -2 2 漏电保护漏电保护器简介器简介 漏电保护器，又称剩余电流动作保护器，是指在规定条件下，当剩余电流达到或超过给定值时能 自动断开电路的开关电器。它可以同时完成三个功能，即检测剩余电流、将剩余电流与基准值相比较、 执行机构断开被保护电路。 1 1- -2 2- -1 1 漏电保护器的主要功能漏电保护器的主要功能 1.防止人身触电 在发生触电事故时，流过身体的电流越大，人体所能承受的时间越短；而触电时间越长，所能承 漏电保护器的可靠性试验技术研究 2 受的流过身体的电流越小。研究表明：当通电电流在 50ma 以下时，通电时间的长短对人的安全几乎没 有影响；在综合考虑了各种因素后，具有 30 mas 的漏电保护器可以满足触电保护的需要，具有足够 的安全性。需要特别指出的是：漏电保护器只对相与地间的触电或漏电提供保护，而对人体的相与相 间触电、相与中性线间触电不提供保护 4。 2.防止漏电引起的火灾 低压配电系统线路的漏电、用电设备的漏电或者接地电流流过金属焊缝发热，都可能导致火灾。 一般错误的认为漏电电流不大，因而忽视了发生火灾的可能性。实际上只要接触发热面积小，即使较 小的漏电电流，热能密度也会很大，就有发生火灾的可能。此时若遇到易燃易爆品，将导致火灾或爆 炸事故的发生。一般来说，作为防止漏电引起火灾事故的漏电保护器的额定动作电流的选择应不小于 100ma。 1 1- -2 2- -2 2 结构结构和和原理原理 漏电保护器工作原理有两种：电压动作型和电流动作型。电压动作型漏电保护器检测设备金属外 壳与大地之间的故障电压，当故障电压达到预定的危险极限值时，电压线圈推动脱扣机构使主开关切 除故障电源。电压动作型漏电保护器只能控制单台用电设备，感应雷击时，电压线圈易烧毁，同时也 不能作为直接接触保护和分级保护。电流动作型漏电保护器通过剩余电流互感器检测故障电流，在二 次回路产生一个感应电压，当感应电压达到一定值时，推动脱扣机构，使主开关切断电路。电流动作 型漏电保护器动作可靠，可作为直接接触的补充保护，也可进行分级保护。由于电压动作型漏电保护 器有不可克服的缺点，近几十年来逐渐被电流动作型所取代，目前世界各国发展的漏电保护器基本上 都是电流型漏电保护器，即剩余电流动作保护器。 目前，电流型的漏电保护器有两种工作类型：电子式和电磁式。电磁式保护器不需要辅助电源， 只要有漏电电流出现保护器都能可靠动作，但工艺较复杂，价格较高。电子式保护器的电子检测电路 需要辅助电源，在辅助电源正常时，保护器才能可靠动作。 漏电保护器一般都是由检测部分、比较控制部分、执行部分组成 4,5,6。 如图 1.1： 图中 lh 为漏电电流互感器， 作用是反映漏电电流信号的， 故构成整个设备的检测部分； “保护器”部分为比较控制电路；jc 为接触器，构成设备的执行部分。 河北工业大学硕士学位论文 3 图 1.1 漏电保护器电气工作原理图 fig. 1.1 the electric principal of residual current device 在正常情况下漏电保护设备所控制的电路中没有人身触电及漏电接地故障时，各相电流及中性线 的电流矢量和等于零，即： 0 . ncbaiiii 同时，各相电流和中性线在 lh 铁芯中所产生的磁通矢量和也等于零，即： 0 . cba 对于 220v 回路中， 0 . nlii 0 . nl 当电路中发生单相触电或漏电故障， 回路中有漏电电流流过， 这时穿出 lh 的电流矢量和不等于零， 其矢量和为： . iiiicba . iiinl . i:漏电电流 因而 lh 中磁通矢量和也不等于零，即： . ncba . nl 这样在 lh 中的二次线圈中就有一个感应电压， 此电压加于检测部分的电子放大电路， 与保护设备 的预定动作电流值比较，如大于动作电流，作用于执行元件，使开关跳闸。如图 1.2 所示。 漏电保护器的可靠性试验技术研究 4 图 1.2 漏电保护器原理图 fig. 1.2 the schematic of residual current device 1 1- -2 2- -3 3 漏电保护器的分类漏电保护器的分类 为适应不同电网和不同保护目的的需要，漏电保护器有多种分类方法 7,8： 1.根据运行方式可分为：不用辅助电源的漏电保护器、用辅助电源的漏电保护器。 2.根据极数和电流回路数可分为：单极两线、两极、两极三线、三级、三极四线、四极漏电保护 器。 3.根据保护功能分为：只有漏电保护功能的漏电保护器、带过载保护的漏电保护器、带短路保护 的漏电保护器、带过载和短路保护的漏电保护器、带过电压保护的漏电保护器及多功能保护（例如欠 电压、断相、过电流、过电压等）的漏电保护器。 4.根据额定剩余动作电流可调性分为：额定剩余动作电流不可调的漏电保护器、额定剩余动作电 流可调的漏电保护器。 5.根据结构分为：组合电器（如漏电继电器与低压保护器或低压接触器组成的组合设备）和机械 开关电器（如漏电断路器） 。 6.根据剩余电流是否含有直流分量可分为：ac 型漏电保护器（对突然施加或缓慢上升的交流正弦 波剩余电流能可靠脱扣） 、a 型漏电保护器（对突然施加或缓慢上升的交流正弦波剩余电流，脉动直流 剩余电流和脉动直流剩余电流迭加 0.006a 平滑直流电流均能可靠脱扣） 9。 7.根据安装型式可分为：固定安装和固定接线的漏电保护器、带有电缆的可移动使用的漏电保护 器（通过可移动的电缆接到电源上） 。 8.根据接线方式分为：用螺钉或螺栓接线的漏电保护器、插入式漏电保护器。 9.根据脉冲电压作用下防止误动作的性能分为：在脉冲电压作用下能动作的漏电保护器、在脉冲 电压作用下不动作的漏电保护器(简称脉冲电压不动作型漏电保护器)。 河北工业大学硕士学位论文 5 1 1- -3 3 漏电保护器的发展及其现状漏电保护器的发展及其现状 1 1- -3 3- -1 1 漏电保护器的漏电保护器的发展历史发展历史 漏电保护技术是从二十世纪初在西欧国家发展起来的。漏电保护器的发展大约经历了三个阶段， 即初始阶段、发展阶段和成熟阶段。1921 年德国正式发明了电压动作型漏电保护器，主要保护设备外 壳漏电，自此，德国的 voe 规程及英国的 bs 规程均制定了有关电压动作型漏电保护器的标准。1930 年欧洲国家开始采用电压型保护器。电压型保护器有不可克服的缺点，只能保护单台用电设备，且过 电压容易损坏漏电保护器，现在己经被淘汰使用了。 根据 1928 年提出的专利， 法国人在 1940 年制成了世界上第一台灵敏度为 10ma， 切断时间为 0.1s 的电流型漏电保护器。但由于当时磁性材料的发展尚未达到一定的水平，并且制造灵敏的脱扣机构的 技术也不完善。因此在第二次世界大战之前，漏电保护器还没有大批量生产并用于工程实际中去。第 二次世界大战以后，随着电气化进程的加快，电气设备用量日趋增加，触电及电气火灾的可能性也与 日俱增。因此，人们对漏电保护器的产业化寄予很大的希望。 西德在 50 年代就开始批量生产漏电开关，但是将漏电保护器真正作为触电保护手段用于实际工 程，则是在 60 年代以后的事情。1956 年德国开始批量生产电流型保护器，1962 年美国研制成功了灵 敏度为 5ma 的电流型保护器，英国生产了额定漏电动作电流为 30ma，额定动作时间为 30ms 高灵敏快 速型漏电保护器。60 年代后期，西欧各国漏电保护器的发展已趋于完善。到二十世纪七十年代各国开 始制定规程强制在一些场所安装漏电保护器。 我国研究漏电保护器起步迟于国外，进入二十世纪七十年代，我国用电量逐年增加，触电事故也 逐年增加，因此引起各部门相当重视。1974 年在农村试用电压动作型漏电保护器，随后出现了电流动 作型漏电保护器。在 1979 年全国农村安装漏电保护器约有 21 万台，其中电流动作型还不到 5%，大多 数为简易电压动作型。近几年生产漏电保护器的企业如雨后春笋般地迅速发展起来，现品种较多，全 国已有数千家生产厂， 目前国内主要用于家庭的额定漏电电流在 30ma 以下单相漏电保护器产品生产量 占其总产量的 90%。 我国在上世纪八十年代制定了国家标准，后来进行了重新修订，明确规定了漏电保护器产品的质 量要求、工作条件和试验方法。我国漏电保护器产品的设计和生产已进入科学化、规范化阶段，产品 系列逐步齐全，产品质量稳步提高。 1 1- -3 3- -2 2 漏电保护器的漏电保护器的使用使用现状现状 在我国，据 1998 年 14 个省的不完全统计，已经安装各种型号的漏电保护器 3600 余万台，这 14 个省在 19941998 年的 5 年里漏电保护器动作次数为 319 万次。 其中由于人及动物直接接触而触电动 作的为 28.6 万次，占总动作次数的 8.97%；由线路及用电设备发生漏电保护器动作的为 269.4 万次， 占总动作次数的 84.45%；不明原因动作的为 21 万次，占总动作次数的 6.58%。从全国农村实施漏电保 护的效果上看，也是十分明显的，触电死亡人数从八十年代中期的 4000 人下降到 1998 年的 167 人， 尽管用电量大幅度增加，但触电死亡人数却下降了近 24 倍，这充分证明：我国广大农村安装使用了漏 漏电保护器的可靠性试验技术研究 6 电保护器为农村安全用电减少触电死亡起到了显著的作用。 在国外，欧洲剩余电流保护器的发展以家用剩余电流断路器为主，基本上都是电磁式剩余电流断 路器。欧洲不带过电流保护的剩余电流断路器近几年的发展趋势是把二极和四极分成两个壳体，使二 极剩余电流断路器的体积大为减小， 代表性的产品有siemens公司的5sm1、 5sz3系列； abb公司的f360、 f370 系列，fg 公司的 nfin 系列等。日本的产品以富土电机公司和三菱电机公司为代表，均为电子 式剩余电流保护器， 其产品在世界上处于领先地位。 日本的富士电机公司和三菱电机公司在 90 年代推 出了 30800a 壳架电流等级的孪生式断路器， 其结构特点： 剩余电流断路器和塑壳式断路器外形尺寸 和安装尺寸完全相同，相比老产品体积缩小了 30；电压范围广，可以在 100v-240v-440v 交流电压 范围内通用，能适合于在不同电压等级的低压网络中使用。此外，三菱的 hep 和 sep 系列产品还具有 预报警功能，当故障电流达到预定值的 50时，预报警指示灯开始闪烁进行报警，闪烁频率越高，表 示事故越严重。预警指示可以告诉监控人员及早采取措施，排除故障，保证供电的连续性。 1 1- -4 4 可靠性技术介绍可靠性技术介绍 1 1- -4 4- -1 1 可靠性的概念可靠性的概念 产品的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功能的能力。所谓规定的功能 是指产品标准或产品技术条件中所规定的各项技术性能。另外，产品的可靠性是与规定的条件分不开 的，例如，环境条件对电器产品的可靠性影响很大，在恶劣的条件下，产品的可靠性就会低些；因贮 存条件不良而使电器受潮时，其可靠性也会降低。最后，产品的可靠性还与规定的时间密切相关，规 定的时间越长，产品的可靠性就越低，也就是说产品的可靠性会随着使用时间的增加而降低。 产品的可靠性还是质量的一个重要方面，电器产品的质量应包括技术性能指标和可靠性指标两个 方面，一个高质量的产品两者缺一不可 10。 1 1- -4 4- -2 2 国国外可靠性研究的概况外可靠性研究的概况 从上世纪五十年代开始，美国、日本等发达国家开始研究可靠性问题，并且在接下来的十年里取 得了飞速的发展。到了七十年代，可靠性的研究工作已经深入到了机械、电子、化工等各个领域，并 且在可靠性设计、可靠性管理、可靠性试验鉴定等方面趋于成熟 11。 电器产品的可靠性研究工作已在国外各企业间大范围开展，并且成为了企业间竞争的有力手段。 这主要体现在以下两个方面。 首先，是可靠性标准的制订。国外第一个电器产品的可靠标准是 1964 年发布的美国军用标准 mil-r-39016有可靠性指标的电磁继电器总规范 ；日本于 1980 年发布了日本工业标准 jis c 5440 有可靠性要求的控制用小型继电器通则 ，并在 1981 年发布的 jis c 4530拍合式电磁继电器与 1982 年发布的 jis c 4531接触器式继电器中都规定了失效率试验方法。原苏联在不少电器产品标 准中都列入了可靠性要求与可靠性试验方面的内容，例如，1983 年发布的低压开关电器通用技术条 件就规定了产品的可靠性要求。德国在 vde0660低压开关电器规范中规定了产品机械寿命和电 河北工业大学硕士学位论文 7 奉命的额定值取占全部接触器 90%的接触器所以达到的极限通断次数，这实际上是用可靠度等于 0.9 的可靠性寿命的概念来考核接触器的机械寿命和电寿命。2002 年，在 iec 60050-444电工术语 基础 继电器中规定了 10 条关于可靠性的术语。 另一方面，是可靠性试验设备的研制。 美国、日本在电器可靠性寿命试验中已普通采用电子计算机进行控制和检测，如日本安川公司在 继电器的接触可靠性试验中采用了计算机进行控制和检测的自动试验设备；松下电器公司在继电器可 靠性寿命试验中采用了微型计算机控制的全自动试验设备；富士通公司在舌簧继电器的可靠性试验中 也采用了计算机控制的试验设备，该设备可同时进行 200 个舌簧管的寿命试验；美国用微处理器控制 的 rt160 型继电器可靠性寿命试验设备具有自动测量触点接触压降等多项参数、试验结果的显示及打 印功能。西门子公司生产的接触器，每周抽一次样品，两个月共抽 20 到 30 台左右为一组进行机械寿 命试验，试到每台样品都坏了为止；根据结果用威布尔分布定出可靠度为 0.9 时的可靠寿命，此值不 应低于产品样本上规定的机械寿命值；电寿命试验的每组台数与寿命试验时相同，但每月抽一次样品 进行试验，一年所抽的样品为一组。 1 1- -4 4- -3 3 国内可性研究的概况国内可性研究的概况 在我国，从 20 世纪 80 年代开始，在上海电器科学研究所、许昌继电器研究所、成都机床电器研 究所等单位的组织下，在电器行业中开展了可靠性研究工作。电磁式中间继电器可靠性研究、小容量 交流接触器可靠性研究等项目被列为原机械工业部重点项目。由研究所、高校及有关企业合作开展了 上述项目的研究工作，通过理论分析和大量试验研究，分析了这些电器产品的失效机理，研制了可靠 性试验设备，提出了这些产品的可靠性指标及考核方法，指导工厂改进产品技术和制造工艺，提高了 产品的可靠性。电器行业的可靠性研究工作大概可概括为如下几点： 1.制订了可靠性试验与考核标准。如制订了国家标准 gb/t 5080设备可靠性试验（所有部分） ； 行业标准 zbnk30001机床电器运行可靠性要求和试验方法 。近年来，又重新修改了一些标准，发布 了国家标准 gb/t 15510-2008控制用电磁继电器可靠性试验通则和 gb/z 10962-2008机床电器可 靠性通则 。 2.可靠性试验设备的研制。研制出了贯彻国家标准 gb/t15510 的继电器可靠性试验设备，贯彻有 关行业标准的接触器可靠性试验设备、小型断路器可靠性试验设备等。 3.对产品的可靠性设计工作进行了初步探索。 虽然我国在电器可靠性研究方面，取得了一定的成绩，但由于我国电器产品的可靠性研究工作起 步较晚，至今仅对继电器、接触器、小型断路器等部分产品进行了可靠性试验和考核工作，不少主要 电器产品还未开展可靠性研究与考核，在电器新产品开发时还未开展可靠性设计与可靠性制造，特别 是我国电器制造企业中， 对电器产品的可靠性工作还不够重视， 一般还未设置专门的可靠性管理机构， 可靠性工作还未认真开展。总体来讲，我国电器产品的可靠性水平普遍低于国外发达国家电器产品的 可靠性水平。 漏电保护器的可靠性试验技术研究 8 1 1- -5 5 本文主要研究工作本文主要研究工作 漏电保护器对预防人身触电伤亡及电气火灾事故有着巨大的作用，已被世界各国电气工作者所公 认，并在国内外用电规程中作了一些强制性的规定，因此，漏电保护器的可靠性就显得尤为重要。在 借鉴国内外可靠性研究的相关成果，以及河北工业大学电器研究所关于漏电保护器可靠性理论研究的 基础上，本文主要研究以下几个方面： 1 对漏电保护器的可靠性理论和验证试验方案进行分析； 2 对漏电保护器试验设备进行硬件设计； 3 对漏电保护器试验设备进行软件设计。 河北工业大学硕士学位论文 9 第二章第二章 漏电漏电保护器保护器的可靠性理论的可靠性理论和验证试验和验证试验 电器产品的可靠性是电器质量的一个重要方面。 电器产品的种类很多， 它们广泛应用于国民经济的 各个部门，起着很重要的作用。但目前各种电器产品的质量不很理想，常因电器产品发生故障而使各种 系统不能正常工作，从而造成很大的经济损失。特别是随着科学技术和工业生产的发展，自动控制系统 的规模越来越大， 一个大型的自动控制系统通常使用几万甚至几十万个元器件， 而系统的可靠性与它所 用元器件的数量有密切关系。 其中任何一个电器元件发生故障都可能导致整个系统发生故障， 所造成的 经济损失远远大于该电器元件本身的价格。所以，控制系统中所用的电器元件的可靠性十分重要。 影响产品可靠性的因素很多，从确定产品可靠性指标、研究、试制、设计、制造、试验、鉴定直 到投入使用为止的各个阶段都与可靠性密切相关，而且产品失效后对产品进行的失效分析也与产品可 靠性密切相关。这是因为通过失效分析可以找出产品的失效模式与失效机理，把这些信息反馈给产品 的设计、 制造人员以及从事可靠性筛选的试验人员， 便可以找到相应的改进措施来提高产品的可靠性。 对于可靠性试验工作量较大或产品批量较小、价格较高的电器产品来说，对失效产品进行失效分析更 为重要。 漏电保护器的可靠性研究在国际学术界已引起广泛关注。 国际电工委员会早在 1983 年出版的 iec 60755对剩余电流动作保护设备一般要求中明确规定了验证可靠性的方法。1995 年我国颁布的国 家标准 gb 6829-1995剩余电流动作保护器的一般要求等效于 iec 60755。国家标准 gb 16916 和 gb 16917 分别与 iec 61008-1990 和 iec 61009-1990 等同。这些标准中都提出了可靠性问题，明确了 应验证可靠性，但都没有规定漏电保护器的可靠性指标及可靠性试验方法，因此对可靠性指标、失效 判据、试验方案及试验结果的判定等问题的研究有一定的创新意义。 2 2- -1 1 漏电保护器的可靠性指标体系漏电保护器的可靠性指标体系 2 2- -1 1- -1 1 漏电保护器的工作特点和失效模式漏电保护器的工作特点和失效模式 漏电保护器是防止人身触电和漏电火灾的保护类电器。漏电保护器的完好状态是:当用电设备工 作正常，没有发生漏电故障时，漏电保护部分不动作；一旦发生漏电故障时，漏电保护部分应迅速分 开触头切断电路，以保护触电者的人身安全和避免因漏电而造成的火灾。漏电保护器的技术性能还包 括操作性能，主要是指：手柄合闸操作时能可靠接通电路；手柄分闸操作时能可靠断开电路。 漏电保护器是不频繁动作的保护电器，主要的故障形式和原因如下： 1当发生漏电故障时漏电保护器不能迅速可靠的动作，即拒动 12,13。漏电保护器的某些元件质量 不合格，运行后引起的老化和损伤导致元件丧失原有的工作性能。如：零序电流互感器剩磁过大，发 热严重；永久磁铁老化；电子元件受损；触点接触不良或熔焊等。拒动是危害性极大的故障，将使触 电者人身安全和用电设备得不到可靠的保护。 拒动发生的主要原因有： （1）整定值不正确 漏电保护器的可靠性试验技术研究 10 一般的低压电路，都不同程度的存在泄漏电流，各相的泄漏电流大小也各不相同。漏电保护器动 作电流的整定，既要满足保证人身安全，又要保证电网稳定运行。目前公认的人体摆脱电流为 10ma 20ma，而农村低压电网的不平衡电流一般为 30ma50ma，漏电保护器的动作电流整定值应为两个 电流之和。当不平衡电流 50ma 左右时，动作电流的整定值应为 70ma80ma，在安装三级漏电保护 器的网络，其一级保护可按 100ma300ma 整定；末级保护是直接保护人身安全的，整定值不应超过 30ma，二级保护的整定值视情况可在一、三级之间选择。如果把电流值整定的过大，当发生人身触电 或漏电时，保护器就会拒动。 （2）线路连接不正确 在三相四线电路中，电源的 a、b、c 三根相线和零线 n，同时穿过漏电保护器的零序电流互感器。 在正常运行时，流过三相四线的电流向量和等于零。此时零序电流互感器中的合成磁势也等于零，其 副线圈中无感应电动势产生。当线路发生人身触电或设备漏电时，事故电流经过故障点、大地、变压 器中性点和接地相形成闭合回路。此时，流过零序电流互感器内各线的合成电流不再等于零，该电流 会在副线圈中感应一电动势。感应电动势经放大后控制住开关跳闸，切断电源。如果发生安装接线错 误，漏电无法在零序电流互感器中反映出来，保护器就会拒动。 （3）设备故障 电流型漏电保护设备包括检测、比较电路、执行元件、主开关等部分，常因发生故障而使保护器 失灵拒动，常见的有： 1 电气线路故障，零序电流互感器、灵敏继电器和支流接触器的线圈及联机回 路断线、烧毁、接头松动、接触不良等； 2 电子元件故障，电子元件烧毁、损坏、参数改变、焊脚松 脱等； 3 机械故障，继电保护器、交流接触器、电磁铁卡死、触头变形、传动机构失灵等。 2没有发生漏电故障时漏电保护器发生误动作而将电路切断，即误动。电路中一般都存在着剩余 电流，剩余电流的存在并不一定反映电路或设备有故障。例如电容器允许有一定的泄露电流，任何供 电网络和用电设备的绝缘电阻不可能无穷大，都会有一定数量的泄漏电流存在，当电流值达到剩余动 作电流时，漏电保护器就会误动作。另外，由于漏电保护器结构性能不稳定，本身动作特性发生改变， 负载电流、温度的影响，电磁干扰信号等都会造成漏电保护器的误动作。误动会造成用电电路不应有 的停电或用电设备不必要的切断，降低了供电可靠性，会造成一定的经济损失。 误动发生的主要原因有： （1）漏电保护器产品质量原因 漏电保护器是一种国家强制性认证生产的电子电气产品，在实际生产中只要产品的某支电子零部 件出现质量问题，那么整台保护器在使用中会产生误动作或不动作，所以在选购产品时，应确认该产 品是拥有国家电气行业生产许可证的正规产品。同时对于那些使用年份较长，安装环境条件又差的漏 电保护器而言，会因为内部电子元件老化、电气性能下降、触头触点氧化烧蚀等故障，导致发生非漏 电性脱扣的误动作。 （2）漏电保护器安装接线有误 漏电保护器在安装时，未按说明书正确接线，即直接接在保护器的电源输入端的零线中，那么负 载电器会产生高于保护器的额定保护电流而发生误动作。同时在安装数只保护器时，如果在各保护器 的负载线路回路中加以混串联，也会发生误动作的问题。 河北工业大学硕士学位论文 11 (3) 漏电保护器受电力电磁场干扰 电气开关设备如交流接触器、磁力起动器、空气开关等，在其工作运行时会产生电磁场，当漏电 保护器靠近安装在这些电器开关旁边时，很容易因电磁场的干扰而使保护器误动作。特别在一些电力 电路中的漏电保护器，如果电力布线混乱、线路老化也会导致保护器发生误动作。 (4) 漏电保护器电流选择不当 家用漏电保护器一般的额定漏电动作电流可分为 1oma，15ma，30ma 等几类型，其漏电动作电流 越小灵敏度也越高。但如果强调高灵敏度动作保护，配置选用过小电流的保护器一旦在阴雨潮湿天气 以及用电高峰期时，容易引起保护器自动频繁脱扣。 2 2- -1 1- -2 2 可靠性指标可靠性指标和等级划分和等级划分 考虑到漏电保护器作为保护电器的工作特点及其可能发生拒动、误动的故障模式，主要采用剩余 电流保护成功率r的高低作为可靠性指标，即产品在规定条件下完成规定功能的概率或在规定条件下 试验成功的概率。漏电保护器无论是发生拒动故障还是发生误动故障，都是未能完成其规定功能。因 此保护成功率能够恰当的反映了电器的剩余电流保护可靠性， 可以将成功率等级作为考核漏电保护器 剩余电流保护可靠性的指标 14,15。 另一方面，针对经常发生的操作故障，可以考虑采用失效率的大小作为可靠性指标。失效率是 指工作到 t 时刻后的单位时间内操作故障的概率， 它能够反映漏电保护器在使用过程中的操作可靠性。 最后，鉴于线路发生短路故障时对用电设备造成的危害非常严重，又考虑到可靠性指标不宜过于 复杂，因此采用线路发生短路时的保护成功率 1 r作为其可靠性特征量，采用瞬动保护成功率等级作为 其可靠性指标。 根据以上三个可靠性指标，可以将剩余电流保护成功率等级分为五个层次，即一级、二级、三级、 四级、五级,推荐使用的具体数值如表 2.1 所示；将操作失效率等级按最大失效率 max 的数值分为三 个层次，推荐使用的具体数值如表 2.2 所示；将瞬动保护成功率等级分为五个层次，推荐使用的具体 数值如表 2.3 所示。 表 2.1 剩余电流保护成功率等级 table2.1 the level of resudual current protection success rate 成功率等级名称成功率等级名称 r 一一级级 0.995 二二级级 0.99 三三级级 0.98 四四级级 0.97 五五级级 0.96 漏电保护器的可靠性试验技术研究 12 表 2.2 操作失效率等级 table2.2 the level of operational failure rate 失效率等级名称失效率等级名称 最大失效率最大失效率 max （1/10 次）次） 三三级级 1 110-3 亚四亚四级级 3 310-4 四四级级 1 110-4 表 2.3 瞬动保护成功率等级 table2.3 the level of instantaneous protection success rate 成功率等级名称成功率等级名称 1 r 一级一级 0.995 二级二级 0.99 三级三级 0.98 四级四级 0.97 五级五级 0.96 2 2- -2 2 漏电保护器的漏电保护器的可靠性可靠性验证试验验证试验 2 2- -2 2- -1 1 试验方案的确定试验方案的确定 1成功率验证试验 成功率是指漏电保护器在规定的条件下完成规定功能的概率或是在规定的条件下验证成功的概 率。它是低压保护类电器均使用的一个可靠性特征量，是针对其使用中出现的拒动、误动故障而提出 的。由成功率验证理论，接收概率 rl与成功率r之间的关系曲线如图 2.1： 图 2.1 成功率抽检特性曲线 fig. 2.1 curve of success rate sample plan 河北工业大学硕士学位论文 13 其中 0 r：可接收的成功率， 1 r：不可接收的成功率，：生产者风险，：使用者风险。由图 可知： 1rl 1 rl 根据概率和数理统计的知识，可得接收概率有如下公式： c a r rrnr n rrcrl 0 )1 ()( 式中：r产品成功率， c a合格判定数。 对于某一批已指定的产品，当给出一定的成功率后，即已给出了 0 r、 1 r、的值，又由于 r和 c a均为正整数值，可由上面公式确定出试品数n和合格判定数 c a。表 2.4 列出了部分方案值： 表 2.4 四参数成功率验证方案 table2.4 the success rate v erified plan with four parameter 0 r =0.05 =0.05 n re r =0.10 =0.10 n re r =0.20 =0.20 n re r 0.99 5320 66 2581 35 1567 23 521 10 3215 40 1607 22 945 14 308 6 1428 18 714 10 453 7 142 3 0.98 2620 65 1288 35 781 23 259 10 1605 40 770 21 471 14 153 6 713 18 356 10 226 7 71 3 0.97 1720 64 835 34 519 23 158 9 1044 39 512 21 313 14 101 6 450 17 237 10 150 7 47 3 0.96 1288 64 625 34 374 22 117 9 782 39 383 21 234 14 76 6 337 17 161 9 98 6 35 3 0.95 1014 63 486 33 298 22 93 9 610 38 306 21 187 14 60 6 269 17 129 9 78 6 28 3 其中：1 cre ar为拒收故障数。 漏电保护器的可靠性试验技术研究 14 从上表中我们不难看出，要试验的试品数目都比较大，这在实际中很难被生产厂商和用户接受，不 适合用来制定成功率等级。 两参数, 1 r 确定的抽样方案可以恰当的反映成功率等级考核的目的， 其方案是以保证最小成功 率为前提的。由下面公式 16,17,18和给定的a c确定出最小解n作为要求的试验数。 c a r rrnr n rrc 0 11 )1 ( 式中1置信度， 一般取0.9； min r成功率等级中的最小成功率； c a合格判定数； n总试品数或总试验次数。 根据上式，我们可以得出部分数据表 2.5。 表 2.5 两参数成功率验证试验方案 table2.5 the success rate v erified plan with two parameter 累积次数 合格判定数 c a n/次 1 2 3 4 5 6 7 8 r1 0.95 77 105 132 158 184 209 234 258 0.96 96 132 166 198 230 262 292 323 0.97 129 176 221 265 308 349 390 431 0.98 194 265 333 398 462 525 587 648 0.99 388 531 667 798 926 1051 1175 1297 2失效率验证试验 在恒定失效率的情况下，采用定时或定数截尾试验方案，即：在试验期间，对受试产品进行连续 的或短间隔的监测，若累积的试验时间达到了预定的试验时间，而失效数未达到预定的失效数，则判 为接收；若累积的试验时间未达到预定的试验时间，而失效数达到了预定的失效数，则判为拒效。 根据定时或定数截尾试验，在表 2.6 中给出了不同试验的方案等级。 2 2- -2 2- -2 2 验证试验的试验环境条件验证试验的试验环境条件 成功率验证试验采用28周期交变湿热循环试验作为环境条件，根据gb 2423.4规定的试验db进行。 试验严酷等级：最高温度55，试验周期28天 19,20。 试验周期如图2.2所示。 河北工业大学硕士学位论文 15 表 2.6 失效率等级 table2.6 the grade of failure rate 截尾时间 允许失效数ac tc（10 4次） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 失效率等级 三级 2.30 3.89 5.32 6.68 7.99 9.27 10.53 11.77 13.0 14.21 亚四级 7.68 13.0 17.7 22.3 26.6 30.9 35.1 39.2 43.3 47.4 四级 23.0 38.9 53.2 66.8 79.9 92.7 105.3 117.7 130 142.1 亚五级 76.8 130 177 223 266 309 351 392 433 474 五级 230 389 532 668 799 927 1053 1177 1300 1421 图 2.2 成功率试验试验周期 fig. 2.2 the period of success rate test 说明如下： 1.试验温度应逐渐上升到规定的合适上限温度。上限温度应有3小时30分钟的时间内达到，温度 上升速度在上图阴影面积规定的范围内。在这期间，相对湿度不应小于95%，并应在漏电保护器上产生 凝露。 2.然后温度应基本上恒定在上限温度2的规定极限范围内，至试验周期开始后的12小时30分 漏电保护器的可靠性试验技术研究 16 钟。 在此期间， 除了最初和最后15分钟相对湿度应在90%100%之间， 其余时间的相对湿度应为93%3%。 在最后15分钟，漏电保护器上不应产生凝露。 3.温度应在3小时6小时内降到253。在降温期间，除了开始15分钟相对湿度应小于90%外， 其余时间的相对湿度应不小于95%。 4.温度在接下来应保持在253，相对湿度不小于95%直至24小时周期结束。 对于失效率验证试验， 温度应在2530； 相对湿度为50%90%； 大气压力为86106kpa； 同时， 应避免灰尘和其他污染物。试品在试验前，应在标准大气压下放置足够的时间（不少于8小时） ，以使其 达到热平衡。 2 2- -2 2- -3 3 试验程序试验程序 1.剩余电流保护成功率验证试验程序 (1) 选定产品的成功率等级和允许失效数 c a，并由此确定出要求的试验数 f n。 (2) 从批量生产的合格产品中随机选取n个作为