（机械工程专业论文）CM2L塑壳断路器漏电保护的可靠性研究.pdf

c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究中文摘要 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 中文摘要 漏电断路器( 又称带剩余电流保护塑壳断路器) 不仅具有过载、短路保护功能， 而且还具有防止人身触电和漏电火灾危险功能。由于漏电断路器事关生命与财产安 全，对其进行可靠性研究对提高产品质量具有重要意义。本文主要对c m 2 l 漏电断路 器的漏电可靠性进行研究。 漏电断路器可靠性考核主要是针对它的工作特点和故障形式加以考核。漏电断路 器是不频繁动作型保护电器。可靠性考核主要是考虑到它的这种不同于频繁动作型电 器的工作特性，主要失效模式是拒动、误动故障及操作故障。在进行可靠性检测时， 分别进行漏电保护可靠性检测和操作可靠性检测。对拒动、误动故障可采用保护成功 率r 的高低作为可靠性指标进行漏电保护可靠性检测；对操作故障，可采用故障率 入的大小作为可靠性指标进行操作可靠性检测，并确定了故障率和成功率等级。 以c m 2 l 漏电断路器为研究对象提出了漏电断路器可靠性验证试验方案。由抽样 理论，采用定数验证试验方案确定漏电断路器验证试验方案，并提出了其可靠性试验 方法。为保证可靠性试验方法的实施，本文研制出一套漏电断路器可靠性试验设备， 利用它可进行漏电保护可靠性试验检测和操作可靠性试验检测，从而真正地将可靠性 研究工作付诸实施。 在此基础上，探讨了f m e a 可靠性综合分析技术在漏电断路器操作机构中的应用。 指出漏电断路器操作机构在设计、制造以及使用过程中应该注意的问题，避免设计和 生产中出现失误，并针对各故障模式，提出了改进措施。对漏电断路器系统进行可靠 性设计并进行可靠性增长试验，根据f t d e a 分析和可靠性试验结果，重点针对储能弹 簧和连杆进行可靠性设计，并进行可靠性试验。通过可靠性增长试验，得到与理论分 析一致的结果，操作可靠性从亚三级水平提高到三级水平。 关键词：漏电断路器；可靠性；验证试验；f m e a ；可靠性设计 作者：陈玉兵 指导教师：石世宏 英文摘要 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 s t u d yo nt h er e l i a b i l i t yo fr e s i d u a lc u r r e n tp r o t e c t i o no f c m 2 lm c c b a b s t r a c t r e s i d u a lc u r r e n tc i r c u i tb r e a k e r ( v i z m o u l d e dc a s ec i r c u i tb r e a k e rw i t hr e s i d u a lc u r r e n t p r o t e c t i o n ) i sat y p eo fn e wl o w - v o l t a g es a f ep r o t e c t i o nd e v i c e ，i tc a no f f e rn o to n l y o v e r l o a da n ds h o r tc i r c u i tp r o t e c t i o nb u ta l s oa v o i dt h ee l e c t r i cs h o c ka n df i r ea c c i d e n t t h e s t u d yo nt h er e l i a b i l i t yo fr e s i d u a lc u r r e n tc i r c u i tb r e a k e ri sv e r yi m p o r t a n tf o ri m p r o v i n g t h ep r o d u c tq u a l i t y , a si ti sr e l a t e dt ot h ep e o p l e sl i f ea n de s t a t e t h i sp a p e rm a i n l ys t u d yt h e r e l i a b i l i t yo fc m 2 l r e s i d u a lc u r r e n tp r o t e c t i o n t h er e l i a b i l i t yc h e c ko fr e s i d u a lc u r r e n tc i r c u i tb r e a k e rm a i n l ya i m sa ti t sw o r k i n g c h a r a c t e r i s t i e sa n dt h em o d eo ff a i l u r e t h er e s i d u a lc u r r e n tc i r c u i tb r e a k e ri sak i n do f p r o t e c t o rt h a to p e r a t e si n f r e q u e n t l y t h er e s i d u i lc u r r e n tb r e a k e rh a st h r e ef a i l u r em o d e s ， r e j e c t - o p e r a t i o nf a i l u r e ，w r o n g - o p e r a t i o nf a i l u r ea n do p e r a t i o nf a i l u r e t h er e l i a b i l i t yc h e c k s h o u l dc o n s i d e rt h i sc h a r a c t e r i s t i ca n dt h et h r e ef a i l u r em o d e s t h e r e l i a b i l i t yt e s to f r e s i d u a lc u r r e n tc i r c u i tb r e a k e ri sd e v i d e di n t ot w op a r t s ，r e s i d u a lc u r r e n tp r o t e c t i o nt e s ta n d o p e r a t i o nr e b i l i a b i l i t yt e s t f o rt h ef a i l u r eo fw r o n g - o p e r a t i o na n dr e j e c t - o p e r a t i o n ，t h e s u c c e s sr a t i ori sa p p l i e da sr e l i a b i l i t yc h e c ko fr e s i d u a lc u r r e n tp r o t e c t i o n ；f o ro p e r a t i o n f a i l u r e ，t h ef a i l u r er a t i o 九i st h ec r i t e r i o no fo p e r a t i o nr e l i a b i l i t y t h er a k eo ft h ef a i l u r er a t i o a n ds u c c e s sr a t i oa r eq u a l i f i e di nt h i sp a p e r t h i sr e l i a b i l i t yc o m p l i a n c et e s tp l a ni sp u tf o r w a r di nt h i sp a p e rt h r o u g hs t u d yt h ec m 2 l r e s i d u a lc u r r e n tc i r c u i tb r e a k e la c c o r d i n gt ot h es a m p l et h e o r y , t h er e l i a b i l i t yc o m p l i a n c e t e s ti sp u tf o r w a r d t h er e l i a b i l i t yt e s td e v i c eo fr e s i d u a lc u r r e n tb r e a k e ri s d e v d o p e d a c c o r d i n gt ot h er e l i a b i l i t yt e s tp l a n 。t h ed e v i c ec a r td ot h er e s i d u a l c u r r e n tp r o t e c t i o nt e s t a n do p e r a t i o nt e s t s ot h er e l i a b i l i t ys t u d yc a nb ep r o c e s s e d b a s e do nt h i s ，t h ea p p l i c a t i o no fc o m p r e h e n s i v er e l i a b i l i t y a n a l y s i si nt h eo p e r a t i o n m e c h a n i s i mo ft h er e s i d u a lc u r r e n tc i r c u i tb r e a k e ri sd i s c u s s e da n dt h ep o i n t s d u r i n g d e s i g n ，m a n u f a c t u r i n ga n du s a g eo ft h em e c h a n i s i mh a v eb e e nn o t e dt oa v o i de r r o r sd u r i n g d e s i g na n dp r o d u c t i o n a l s o ，i m p r o v e m e n th a sb e e nw o r k e do u ta i m e da tv a r i o u sf a i l u r e m o d e s r e l i a b i l i t yd e s i g na n dr e l i a b i l i t yg r o w t ht e s th a v eb e e nd o n ef o rt h eb r e a k e r a n d a c c o r d i n gt of m e aa n a l y s i sa n dt h er e s u l to ft h er e l i a b i l i t yt e s t ，t h ee m p h a t i c a l l yd o c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究英文摘要 r e l i a b i l i t yd e s i g na n dt e s tt ot h ec h a r g i n gs p r i n ga n dl i n k ，a n dg e tt h er e s u l ts a m ea st h e a n a l y s i st h r o u g ht h er e l i a b i l i t yg r o w t ht e s t ，t h el e v e lo fo p e r a t i o nr e l i a b i l i t yh a si m p r o v e d f r o ms u b - g r a d e4t og r a d e3 k e yw o r d s ：c b rr e l i a b i l i t yc o m p l i a n c et e s t f m e a r e l i a b i l i t yd e s i g n m w r i t t e nb yc h e ny u b i n g s u p e r v i s e db ys h is h i h o n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：豳塑乏：e l 期：塑：! ：? 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：n 荡幺日期：州f 一 导师签名：么每色弘日 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 在日常生活中因电气设备使用不当或线路漏电造成的电气事故时有发生。低压配 电系统线路的漏电、用电设备的漏电、过载及短路或者接地电流流过金属焊缝发热都 可能导致火灾。据不完全统计，我国每年有数千人死于触电事故，因漏电引起火灾造 成的经济损失达数亿元。防止因漏电而引起人身触电以及因接地故障而使供电线路损 坏甚至发生火灾己成为当务之急。通过提高漏电保护装置的可靠性，可以保证用电者 的人身安全，避免因漏电事故引起火灾造成的巨大经济损失。 漏电断路器是一种新型低压安全保护电器，目前漏电断路器的应用领域不断扩 大，广泛用来保护人身触电和防止漏电引起的电气火灾。当前，世界各国发展的漏电 断路器基本上是电流动作型。电流型漏电断路器是取漏电电流为动作信号，并在漏电 电流达到一定数值时切断电路，以免伤及人身和烧毁设备的电器装置。 漏电断路器一旦发生故障，一方面可能引起停产造成间接经济损失；另一方面可 能由漏电引起电气火灾造成巨大经济损失，并危及到人身安全。因而，漏电断路器可 靠性极为重要，其可靠性研究已引起国际学术界的日益关注。对于事关人民生命财产 安全的漏电断路器，进行可靠性研究不仅具有一定的经济效益，更具有广泛的社会效 益。我国漏电断路器可靠性差是一个相当突出的问题，开展提高可靠性的研究是电器 行业迫切需要开展的一项重要任务。关于漏电断路器的可靠性指标、可靠性验证试验 方案等内容的研究对切实保证和提高产品质量和可靠性具有深远的意义n 3 。 我国研究漏电保护器起步要晚于国外，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，因此引起各部门的相当重视。在各部门的努力下，开始 研制漏电保护器。1 9 8 6 年制定了国家标准g b 6 8 2 9 漏电电流动作保护器( 剩余电流动 作保护器) ，1 9 9 5 年进行了重新修订，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，从此我国漏电保护器产品的设计和生产进入科学化、规范化阶段， 产品系列逐步齐全，产品质量稳步提高，并逐步强制规定用户安装漏电保护器。本文 对中文的科技期刊、会议论文集等进行了检索，经检索表明目前为止，我国在漏电断 路器可靠性研究方面尚属起步阶段，目前尚无利用f m e a 方法对漏电断路器进行可靠 性研究。 1 第1 章绪论c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 1 2 漏电断路器的应用与重要性 1 2 1c m 2 l 漏电断路器的工作原理及应用 漏电断路器是我国和日本制造行业普遍采用的名称术语。欧洲称漏电接地断路器 ( 简称e l c b ) ，美国称接地故障断路器( 简称g f c i ) ，国际电工委员会称为带 剩余电流保护的断路器( c i r c u i tb r e a k e ro fr e s i d u a l 简称c b r ) 。 对易于发生人身触电，漏电火灾及爆炸的场所，必须要在低压电路中配用相应的 既有过载、短路保护，又有剩余电流( 俗称漏电) 保护的断路器。例如建筑工地，大 量使用移动用电设备：有搅拌机、水泵、电动锤、传送带、砂轮机等；又如农业生产 场合的脱粒机、潜水泵；公共场所的游泳池、浴室；工厂中电热箱、注塑机、点焊机、 移动式电钻、电焊机、移动风扇；家庭中使用的淋浴器、洗衣机等家用电器都易发生 漏电故障，危及人身安全；对化工、棉纺及易燃品仓库等易燃场所亦需设置带剩余电 流保护的断路器。 c m 2 l 系列剩余电流保护塑壳断路器是一种带剩余电流保护的新型高性能塑壳 断路器，用来对低压配电网络进行保护。它具有剩余电流三相保护、低电压保护、剩 余电流、延时时间现场可调功能、剩余电流报警输出、液晶显示、通信功能等保护功 能。 例如：c m 2 l 一1 2 5 h 4 3 0 0 ci n - - 1 2 5 a ，表示断路器额定工作电流为1 2 5 a ，过载保 护整定电流为1 2 5 a ，短路保护整定电流为1 2 5 0 a ；额定漏电电流为 1 0 0 m a 3 0 0 m a 5 0 0 m a 可调。 漏电电流是漏电断路器的一个重要参数。每台电流动作型漏电断路器都有额定漏 电动作电流i 跏( m a ) 作为技术参数，不是额定漏电动作电流选得小，灵敏度高就好。 漏电电流的存在并不一定反映电路或设备有故障。例如合格的电容器容许有一定的泄 漏电流，任何供电网络和用电设备的绝缘电阻都不可能无穷大，都有一定数量的泄漏 电流存在。新的线路新的设备好一些，随着时间的推移，线路日渐老化，绝缘水平日 渐降低，用电设备日渐陈旧，泄漏电流会逐渐增大，一旦达到漏电断路器额定漏电动 作电流值，断路器将会误动作或者漏电断路器额定漏电动作电流虽略大于线路或设备 的泄漏电流，但一旦用电设备启动，漏电断路器就会误动作。额定漏电电流小于等于 3 0 m a 的漏电断路器在其它电击保护措施失效时也可作为直接接触的补充保护措施。用 于间接接触保护的额定漏电断路器在其它电击保护措施失效时也可作为直接接触的 2 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究第1 章绪论 补充保护措施。用于间接接触保护的额定漏电动作电流一般在3 0 1 0 0 m a 之间。用于 漏电火灾保护的额定漏电动作电流一般在1 0 0 m a - - 一3 0 0 m a 之间。用于接地故障保护的 额定漏电动作电流一般在5 0 0 m a 直至几安。 电流动作型漏电断路器( 带剩余电流保护的断路器) 是指能同时完成检测漏电电 流，将漏电电流与基准值相比较，以及当漏电电流超过基准时断开被保护电路的装置。 它把检测元件、脱扣元件、主回路开关及试验装置集中安装在一个塑料壳内，具有安 装使用方便，价格相对较低等优点。 漏电断路器还有一个试验装置，其工作原理是将电源中串入一个试验电阻进行限 流。并将此电阻串入零序电流互感器中以达到模拟漏电电流的目的。由于电子元件存 在的客观因素，漏电断路器的试验装置有时会失效，但这并不能直接断定漏电断路器 已经损坏，需有检测设备( 如漏电测试仪) 来验证漏电断路器的漏电特性，试验装置 的工作原理图如图卜1 所示。 narc 试孚盒 电阻 机构 图卜1 漏电断路器试验装置的工作原理图 电流型漏电断路器的漏电部分由漏电检测部件和执行机构构成。漏电断路器的漏 电检测部件和执行机构构成了漏电断路器的漏电跳闸能力。漏电断路器的执行部分是 一个具有一定分断能力的开关，它主要由触头系统所构成。漏电检测部件是一个零序 电流互感器，它由封闭的环形铁心和一次、二次绕组构成，互感器的作用是检测穿过 零序电流互感器所有导电体电流的相矢量和。如果相矢量和为零，则没有漏电电流； 如果相矢量和不为零，零序电流互感器就会感应产生一个输出电信号。对漏电信号进 行处理后，包括变换、比较、放大、传输到执行机构。当这一信号达到并超过基准值 时，漏电执行机构就将零序电流互感器产生的电信号转化为机械能动作，执行机构驱 动触头系统将开关分断，从而达到了漏电保护功能。 3 第1 章绪论c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 1 2 2 安装漏电断路器的重要性 漏电断路器是用来防止漏电火灾及保护人身触电安全的剩余电流断路器，得到广 泛应用。漏电会引起多种危害： ( 1 ) 漏电引起火灾： 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。尽管漏电电流不大，但是只要接触发热部分面积小，即使较小的漏电电 流而热能密度却很大，就有发生火灾的可能，此时若遇易燃易爆物品，将导致火灾或 爆炸事故的发生。 ( 2 ) 漏电造成设备损坏： 用电设备的保护，一般以过电流保护为主。随着运行时间的积累，一段时间之后， 用电设备的绝缘日渐老化，当呈现漏电故障时，不能期待过电流保护能有效地动作， 因为过电流保护的整定电流都是从个位到百位数字的安培级电流，而漏电故障电流是 以毫安级电流计算的，即使漏电电流达到数千毫安，也很难达到过电流保护的整定值。 时间长了，将造成用电设备损坏。因此用电设备应当安装漏电断路器( 或漏电保护器) 进行保护。 ( 3 ) 电流通过人体内部会对人体产生有害的作用： 危害程度与通过人体的电流大小、电流持续时间、电流的特征、电流通过人体的 途径、外部环境条件和人体生理特征、健康状况等因素有关，其中主要是电流大小和 持续时间。 当故障电流流经人体时，如果手是湿的，则皮肤电阻相当低。如果电流足够大， 持续时间足够长，会导致死亡。人对电流和电能很敏感，多数人在0 5 m a 左右感到电 击，当电流达到l o m a 时，会造成肌肉组织的运动困难。当电击电流达到5 0 m a 时，会 造成器官损坏，电流通过心脏引起心室纤颤，较大的电流会使心脏停止跳动，这都会 引起血液循环中断而导致死亡；电流通过中枢神经及其有关部位，会引起中枢神经系 统强烈失调而导致死亡；电流通过头部会使人昏迷，若电流较大时，对人脑会产生严 重损坏而导致死亡；电流通过脊髓，会使人截瘫。特别是心脏肌肉失去控制，产生心 颤，终止血液循环。结果血压急剧下降，导致昏迷，如不迅速采取措施，会造成死亡 【z5 1 。 4 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究第1 章绪论 i e c ( 国际电工委员会) 明确了电流通过人体影响曲线如图1 - 2 所示。 厘 翟 图中： | f 炙芑曲!发 l 、 l i 、 】2 3、 4 l 电流( m a ) 图卜2 国际电工委员会电流通过人体影响曲线 线a - - 为触电者有感觉与反应的起始线( 0 5 r a a ) 。在a 线左方无感觉无反应，即 “区域1 ”，为无反应区。从该线开始，在右方为有感觉有反应区。 线b 一称安全曲线。 b - - - , c 之间为非致命的病理生理效应区，可能发生痉挛、呼吸困难、心脏机能紊乱。 线c 以右，即“区域4 ”，为可能致命的心室颤动严重烧伤危险区。 从图卜2 可知，如电击电流和其持续时间在4 区内，人体就有死亡危险。但在制 定电气安全措施时，尚需为其他一些外界影响条件留出一些裕量，通常以3 区内离曲 线c 一段距离的曲线作为人体是否安全的界限，只要此电流小于3 0 m a ，人体就不致因 发生心室纤颤而电击致死。据此国际上将防电击的高灵敏度剩余电流动作保护器的额 定动作电流值取为3 0 m a 。 漏电断路器在实践中已经使用多年，效果明显。剩余动作电流小于3 0 m a ，动作时 间小于o 1 s 的断路器( 在2 5 0 m a 时动作时间小于4 0 m s ) ，可以用来做直接接触保护用 的断路器，其他动作特性的断路器用作间接接触保护或漏电保护。安装了漏电断路器， 触电事故中死亡人数明显减少，具体数据见表1 - 1 5 1 。 5 第1 章绪论c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 表1 - 1 有无断路器事故率比较表 无断路器时死亡事故有断路器时死亡事故事故下降率 1 0 0 3 0 7 0 1 3 漏电断路器国内外研究概况、水平和发展趋势 早在1 9 1 2 年，欧洲就发明了电压型漏电保护器，用来防止电气设备绝缘损坏而 发生的触电事故。1 9 6 0 年出现了电流动作型漏电保护器。日本从1 9 6 4 年开始为防止 建筑施工现场的触电事故而研制成电压动作型漏电保护器，目前世界上电压动作型漏 电保护器已被淘汰，而电流动作型漏电保护器己成为漏电保护的主要电气装置引。 1 9 6 6 年，中国电力部门开始研制漏电保护器。1 9 7 4 年我国在农村试用电压动作 型漏电保护器。1 9 7 6 年，中国原机械工业部正式将研制电流动作型漏电保护器列入 国家计划。1 9 7 9 年全国农村安装了漏电保护器约2 0 万台，其中约占9 5 的漏电保护 器属于简易电压动作型。1 9 8 2 年电流动作型漏电保护器产量上升较快。1 9 8 5 年研制 生产集成电路的电流动作型漏电保护器。过去由于我国电子工业比较落后，电子元件 质量较差，漏电保护器多以电磁式为主。目前，由于技术革新和集成电路等的广泛使 用，使得生产可靠的电子式漏电保护器成为可能。目前，我国生产的漏电保护器大部 分为电子式，占总产量的9 0 左右。电磁式因制造成本高、价格贵，使用量较少， 目前仅占1 0 左右3 。 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。我国已能生产各类符合国家标准的电磁式和电子式电流动作型的漏 电保护器( 或漏电断路器) ，例如单相二极、三相三极或四极、高灵敏度、中灵敏度、 低灵敏度、瞬时动作型、延时型，具有一次自动重合闸功能，具有过载保护、过电压 保护、短路保护功能的电流动作型漏电保护器。 我国目前生产的漏电断路器产品种类主要有：家用和类似场所用漏电断路器、工 业用漏电断路器( 由低压塑壳断路器派生的漏电断路器) 、漏电继电器和移动式漏电 保护器等。家用和类似场所用漏电断路器分为带过电流保护的漏电断路器和不带过电 流保护的漏电断路器。 工业用漏电断路器均带有过载和短路保护。主要型号有：c m l l 、c m 2 l 、c m i e l 、 6 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究第l 章绪论 d z l 5 l 、d z 2 5 l 、d z i o l 、d z 2 0 l 系列。产品技术指标：额定电压4 0 0 v ，额定电流6 3 0 a 及以下，极数为三极和四极，短路分断能力最大为l o o k a 。剩余电流继电器主要型号 有：j d l 电磁式、3 d 3 电子式及主要在农村中使用的l j m 型、l t s 型，主回路额定电 流最大为8 0 0 a 。常熟开关制造有限公司、日本富士公司、三菱公司相继推出全系列 与m c c b 孪生式漏电断路器，即同电流规格m c c b 与e l c b 外壳尺寸完全相同。对工业 产品，欧洲采用的方法是在m c c b 上加装漏电保护模块，如a b b 公司的s 系列塑壳断 路器可拼装漏电模块构成漏电断路器，模块的尺寸与断路器尺寸一样，可垂直安装， 也可并列安装。 近几年，漏电断路器的发展趋势是研制触电漏电断路器。触电漏电断路器能自动 区分触电电流和漏电电流。人体皮肤阻抗在触电的2 至3 周期内为时变网络由大变小， 流过人体的电流在起始的一段时间为递增的函数。利用人体触电电流起始过程的非周 期性，可将其从漏电电流中分离出来。触电漏电断路器的工作原理如图1 - 3 所示。我 国已研制出新型的触电漏电断路器j d 6 - 9 9 鉴相式漏电断路器、d m l 型单相脉冲漏电 断路器n 3 。漏电断路器的另一个发展趋势是数字化趋势，从模拟的晶体管向i c 转化， 进而向使用微机的数字化发展。如日本三菱电机公司推出的超级n v 系列漏电断路器 和p s s 漏电断路器，专门采用了高性能集成电路i c 。我国也开发了单片机为核心的 鉴相型漏电断路器以及以p i c 为核心的智能漏电断路器引。 - i 漏电鉴别卜叫漏电比较卜 i 信号检测h 信号放大p一触电鉴别h 触电比较卜叫执行机构 图卜3 触电、漏电保护的工作原理图 漏电断路器的多功能化也是另一发展趋势n r l 6 3 。漏电断路器既具备漏电保护，又 具有过电压与欠电压等保护功能，而且各部分之间相对独立，便于灵活组合其使用功 能。梅兰日兰公司生产的v i g i 漏电保护单元与c 4 5 拼装后，具有过载、短路和漏电 保护功能。上海第三开关厂生产的d z l l l 8 - - 6 3 漏电断路器具有过载、短路、漏电、 过电压保护功能d 7 1 8 3 。 漏电断路器( 或漏电保护器) 的推广使用是与制订标准、规程分不开的。为促进 漏电断路器的健康发展，确保漏电断路器的安全性能，加强对此类产品的质量监督。 7 第l 章绪论c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 国内漏电断路器的标准、规程也相应发展起来。我国在1 9 8 1 年原国家建工总局关 于加强劳动保护工作的决定中规定：施工现场的电气设备必须设置漏电保护装置。 1 9 8 4 年，我国完成剩余电流动作保护器国家标准送审稿。1 9 8 5 年，广州供电局制订 “关于在用户中广泛安装使用漏电开关的实施细则”。1 9 8 6 年，北京供电局制订“关 于在用电设备上安装漏电开关的要求细则”；国家标准局正式批准颁发g b 6 8 2 9 8 6 漏电电流动作保护器( 剩余电流动作保护器) 国家标准，这一标准是按照国际电 工委员会i e c 7 5 5 - 1 9 8 3 剩余电流动作保护装置的一般要求编制的，它有效地规范 了漏电断路器技术条件。1 9 9 0 年全国劳动部安字( 1 9 9 0 ) - 1 6 号“关于颁发漏电保 护器安全监察规定的通知”中规定，防人触电的场所和新建、改建、扩建工程使用 各类低压用电设备、插座，均应安装漏电保护器。1 9 9 3 年制订的g b 3 7 8 7 1 9 9 3 手 持电动工具的管理、使用、检查和维修安全技术规程中规定，手持电动工具必须使 用漏电断路器。1 9 9 5 年将g b 6 8 2 9 8 6 标准修订为g b 6 8 2 9 - 1 9 9 5 剩余电流动作保护 器的一般要求。2 0 0 3 年国家技术监督局批准g b l 6 9 1 6 卜2 0 0 3 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( r c c b ) 和g b l 6 9 1 7 1 - 2 0 0 3 家用和类似用途 的带过电流保护的剩余电流动作保护器( r c b o ) ) ) 。2 0 0 5 年，g b 2 0 0 4 4 - 2 0 0 5 电气附 件家用和类似用途的不带过电流保护的移动剩余电流装置( p r c d ) 实施颁布。2 0 0 5 年建设部制订的j g j 4 6 - 2 0 0 5 施工现场临时用电安全技术规范规定，用电建筑机 械和手持式电动工具必须设置漏电保护器，并要求在施工现场内实行包括总电源在内 的二级漏电保护。 根据我国标准化工作有关政策以及i e c 标准的发展动向，我国低压电器标准也在 作相应的变化，主要表现如下：( 1 ) 我国低压电器标准体系己与i e c 标准体系一一对 应，i e c 新标准出版后，我国制订相应新标准，并纳入相对应的我国低压电器标准体 系。( 2 ) 今后制、修订低压电器标准，原则上等同采用i e c 相应标准。原来g b 标准 与i e c 标准差异部分将进一步缩小，如原g b 标准中定期试验内容将逐步取消。( 3 ) g b 9 9 8 8 2 低压电器基本试验方法废止，今后不再制订低压电器基本试验方法标 准。因为产品标准中已详细规定了试验方法，今后如有必要可以制订一些试验导则。 ( 4 ) 随着i e c 标准修订速度的加快，我国低压电器标准修订速度也在加快。近几年 发布了一系列新标准和新版标准，并且新版标准一旦发布，新、老产品都必须贯彻。 i e c l 0 0 8 、i e c l 0 0 9 对应的国家标准g b l 6 9 1 6 、g b 6 9 1 7 已经颁布，对于带过电流保护 g c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究第1 章绪论 与不带过电流保护的剩余电流动作的断路器一律执行g b l 6 9 1 6 、g b l 6 9 1 7 标准。 i e c 6 1 5 4 0 1 9 9 9 家用和类似用途不带过电流保护的移动式剩余电流装置标准最近 已经发布，我国相对应的标准尚未正式发布。目前i e c 尚未制订剩余电流动作继电器 标准，我国已有行标上报。 本文主要结合常熟开关制造有限公司生产的c m 2 l 漏电塑壳断路器产品，对漏电 断路器的可靠性指标、可靠性验证试验方案进行研究。 1 4 漏电断路器的可靠性研究 漏电断路器的漏电保护功能主要是对有致命危险的人身触电进行保护和防火灾保 护。漏电保护是依靠检测触电信号和漏电故障信号而驱动主电路开关动作，切断故障 处的电源，以达到直接触电和间接接触保护。 我国漏电断路器可靠性差是一个相当突出的问题。目前，我国生产漏电断路器的 工厂有几百家，有些厂家生产条件落后，制造工艺水平低。生产和安装不可靠的漏电 断路器是不能起到安全保护的作用的。因此，对于事关人民生命财产安全的漏电断路 器，开展提高可靠性的研究是电器行业迫切需要开展的一项重要任务。 我国对包括漏电断路器在内的机电产品的可靠性十分重视，原机械工业部从1 9 8 6 年起开展限期考核机电产品的可靠性指标工作。由此可以看出，产品可靠性指标的制 订，可靠性抽样理论的研究，可靠性试验方法、可靠性试验设备等定量考核产品可靠 性的研究工作是保证产品质量的基础。 由于漏电断路器可靠性极为重要，其可靠性研究已引起国际学术界的日益关注。 国际电工委员会于1 9 8 3 年出版的i e c 7 5 5 剩余电流动作保护装置一般要求作为世 界各国的指导性文件明确规定了验证可靠性方法。1 9 9 5 年我国颁布的国家标准g b 6 8 2 9 19 9 5 剩余电流动作保护器的一般要求等效i e c 7 5 5 。2 0 0 3 年国家技术监督局批 准了g b l 6 9 1 6 1 - 2 0 0 3 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 ( r c c b ) 和g b l 6 9 1 7 1 - 2 0 0 3 家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路 器( r c b o ) ，国家标准g b l 6 9 1 6 - 2 0 0 3 和g b l 6 9 1 7 - 2 0 0 3 分别与i e c l 0 0 8 - - 1 9 9 0 和 i e c l 0 0 9 - - 1 9 9 0 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。 g b 6 8 2 9 1 9 9 5 剩余电流动作保护器的一般要求7 2 款性能要求中的7 2 1 0 条 9 第】章绪论c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 要求测试可靠性。剩余电流保护器应考虑到元件老化等因素，即使在长期工作后也应 可靠工作乜们。通过8 1 3 条款中关于验证可靠性的气候环境试验，要求按 g b 2 4 2 3 4 2 0 0 8 进行交变湿热试验2 8 天试验周期结束后，对漏电保护器一极突然通以 额定剩余动作电流的1 2 5 倍剩余电流，漏电保护器应断开，试验时不测量分断时间， 但对延时型剩余电流保护器要测量分断时间，并应在规定的延时时间加o 2 s 内分断 雎。要求2 8 周期通电试验，在任何合适的电压下对漏电断路器通以额定电流，进行 2 8 周期通电试验，每个周期包括2 1 h 通电流和3 h 不通电流，冷却至室温后，在一极 突然通以额定剩余动作电流的1 2 5 倍剩余电流，漏电断路器应断开，试验时不测量 分断时间，但对延时型剩余电流保护器要测量分断时间，并应在规定的延时时间加 0 2 s 内分断。 g b l 6 9 1 6 1 - - 2 0 0 3 家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作保护器第 一部分：一般规则在8 款结构和操作的要求8 1 6 中对可靠性提出要求，r c c b 即使 在长期运行后，考虑到其元件老化，也应能可靠动作。通过9 2 2 和9 2 3 的试验检验 是否符合要求。按照9 2 2 ，在气候试验中，先进行初始验证，r c c b 按9 9 2 3 突然 出现额定剩余电流时，验证动作的正确性，电路中突然出现剩余电流，测量分断时间， 测量值不应超过相应的极限值。而后进行2 8 周期的最高温度为5 5 。c 2 严酷试验， 试验周期中，r c c b 不应脱扣。2 8 周期后，r c c b 通以额定剩余动作电流的1 2 5 倍剩余 电流，漏电断路器应断开，试验时不测量分断时间。验证4 0 温度试验，r c c b 通以 在4 0 2 任何适合的电压下额定电流，2 8 周期后，冷却至室温后，在一极通以额 定剩余动作电流的1 2 5 倍剩余电流，漏电断路器应断开，试验时不测量分断时间。 按照9 2 3 ，在电子元件抗老化性能试验中，漏电断路器通以额定电流负载，在 4 0 2 的周围温度下放置1 6 8 h ，电子部件上的电压应为额定电压的1 1 倍，冷却 至室温后，r c c b 通以1 2 5 倍剩余电流，漏电断路器应断开，试验时不测量分断时间 【2 2 】 o g b l 6 9 1 7 卜2 0 0 3 家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器第一 部分：一般规则和g b l 6 9 1 6 卜2 0 0 3 家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流 动作断路器第一部分：一般规则在验证可靠性方面的要求是完全一致的乜副。 由以上标准的条款可知：以上标准中虽提出了漏电断路器( 或漏电保护器) 的可 1 0 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 第1 章绪论 靠性问题，可它仅注意规定了试验条件的严酷性，要求做比较严酷的2 8 周期通电试 验、耐气候环境试验和电子元件抗干扰性能试验，但并没有规定漏电断路器( 或漏电 保护器) 的可靠性指标及可靠性试验方法，真正的可靠性试验应涉及失效判据，试验 方案及试验结果的判定等一系列问题。其发展的趋势是通过可靠性理论分析与实验相 结合逐步制定出漏电断路器的可靠性指标体系，确定其可靠性试验方法及失效判据； 研制相应的可靠性试验装置，开展该产品的定量考核工作；并分析其失效机理，找出 改进与提高该产品的可靠性的途径。因此漏电断路器而言，其失效机理的研究，可靠 性理论及其试验方法的研究均是国际上正在研究和探索的一个新领域。关于漏电断路 器的可靠性研究方面在我国尚属h i j n 起步，可靠性试验设备方面的研究还不是很完 善。利用f m e a 方法对漏电断路器可靠性研究，并进行可靠性增长试验在我国尚未开 展。 1 5 本文主要研究工作 漏电断路器可靠性研究是电器可靠性研究领域内的一个重要课题，本文在借鉴国 内外可靠性研究的相关成果的基础上，对漏电断路器的可靠性进行了研究。漏电断路 器的可靠性研究主要包括找出漏电断路器主要失效模式，通过可靠性理论分析制订出 漏电断路器的可靠性指标体系，用理论分析方法来研究漏电断路器的失效机理，通过 失效分析与可靠性抽样理论研究，确定漏电断路器的可靠性试验方法与失效判据，研 制相应的可靠性试验装置，提出改进与提高漏电断路器可靠性的措施。失效机理的分 析研究是可靠性技术中的一项重要内容，通过产品失效机理的研究，可找出产品失效 的内在原因，为制定产品的失效判据与可靠性试验方法提供重要依据，并为改进与提 高产品可靠性提供理论依据。主要的研究工作有以下几个方面： ( 1 ) 对漏电断路器的各项指标体系进行研究。漏电断路器的工作特点不同于控制 类电器，本文在正确反映可靠性、又不采用过多指标的指导思想下，研究并确立其可 靠性指标体系。 ( 2 ) 对漏电断路器的可靠性试验理论及验证试验方案进行分析。可靠性试验理论 及试验抽样方案的合理性直接影响到正确评估可靠性水平，本文研究了可靠性验证条 件、验证试验的抽样理论、失效判据及验证试验方法。 ( 3 ) 利用可靠性试验设备对漏电断路器的可靠性试验研究。在研究漏电断路器可 1 】 第1 章绪论c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 靠性试验方法的基础上，研制出一套能进行可靠性试验的设备，并利用研制设备进行 可靠性试验。 ( 4 ) 利用f m e a 方法重点对漏电断路器的操作机构进行分析。利用f m e a 方法分 析研究，指出漏电断路器操作机构在设计、制造以及使用过程中应该注意的问题，避 免设计和生产中出现失误，并针对各故障模式，提出了改进措施。通过实例分析，积 累相关的数据资料，为企业后续产品的研发奠定基础。 ( 5 ) 根据可靠性试验结果以及f m e a 分析结果重点对断路器操作机构关键零件 储能弹簧和下连杆进行可靠性设计，并进行可靠性试验。根据可靠性试验结果以 及f m 队分析结果重点对断路器操作机构关键零件储能弹簧和下连杆进行可靠性 设计，利用设计后的储能弹簧和连杆重新进行可靠性试验，达到系统的可靠性增长。 1 2 c m 2 l 塑壳断路器漏电保护的可靠性研究 第2 章漏电断路器可靠性指标体系研究 第2 章漏电断路器可靠性指标体系研究 2 ，1 概述 研究电器的可靠性评估，必须首先研究它的可靠性指标体系，而要建立能够正确 全面反映电器的可靠性指标体系，就必须仔细分析电器的工作特点，而后才能有针对 地建立其可靠性指标。 目前，国际上对控制类电器的可靠性研究已比较成熟，提出了失效率作为可靠性 指标，以失效率的高低划分可靠性等级，并制定了其可靠性标准。国外典型的继电器 可靠性标准有可靠性指标的电磁继电器总规范( m i l r 一3 9 0 1 6 c 一1 9 8 0 ) 、日本的工 业标准7 i s c 5 4 4 0 都将失效率作为可靠性指标划分等级，进行