1、【精品文檔】如有侵權，請聯系網站刪除，僅供學習與交流電子式剩余電流斷路器與電磁式剩余電流斷路器對比分析簡版.精品文檔.電磁式剩余電流斷路器與電子式剩余電流斷路器對比分析1 產品結構：跟據IEC61008或IEC61009標準,將剩余電流斷路器分為脫扣與電源電壓無關的剩余電流斷路器和脫扣與電源電壓有關的剩余電流斷路器，前者為電磁式，后者為電子式。1.1 電磁式剩余電流斷路器： 脫扣與電源電壓無關的電磁式剩余電流斷路器基本原理如圖1所示， 圖1 電磁式剩余電流斷路器基本原理 a: 無剩余故障電流 b：存在剩余故障電流 圖2 永磁平衡式電磁脫扣器的工作原理 對于電磁式剩余電流斷路器的脫扣器A是“永磁

2、平衡式電磁脫扣器”，脫扣器的工作原理如圖2所示，當零序互感器二次線圈沒有檢測出剩余故障電流時，磁場力矩與彈簧力矩相等，脫扣器處于靜止狀態（圖2a）；當零序互感器二次線圈檢測出剩余故障電流時，電流產生的電磁力矩抵消原磁場力矩，彈簧力矩大于磁場力矩使脫扣器動作，繼而驅動開關機構分斷電路（圖2b）。由于脫扣器與電源之間不存在電的連接，所以電磁式剩余電流斷路器保護動作與電源電壓無關，其動作能量直接來自零序互感器的二次感應電流和斷路器閉合時儲存的機械能。1.2 電子式剩余電流斷路器： 脫扣器與電源電壓有關的電子式剩余電流斷路器基本原理和相應電子線路原理如圖3、圖4所示。胎換骨 圖3 電子式剩余電流斷路器

3、基本原理 圖4.電子線路原理圖 電子式剩余電流斷路器的脫扣器為“電壓分勵脫扣器”，當系統發生接地故障時，零序互感器檢出的剩余電流經電子放大器放大后驅動電壓分勵脫扣器動作，并推動開關機構分斷電路。圖5所示了電磁式剩余電流斷路器和電子式剩余電流斷路器兩類產品工作原理的區別，從中可以看出：電子式剩余電流斷路器與前者最大的差異是電子放大器和分勵脫扣器工作及驅動均需用系統電源支持。圖5.電磁式與電子式剩余電流斷路器工作原理區別電子式剩余電流斷路器由于電子放大器的作用，使內部的零序互感器二次感應電流僅可為一電壓或電流信號，對其能量并無特殊要求，同時也使脫扣器的設計大為簡單，在今天的微電子時代，此類產品的材

4、料成本和生產成本均較低，這也是在我國得以大量使用的主要原因。2 兩類剩余電流斷路器產品的可靠性分析2.1 當電源系統異常時電磁式與電子式剩余電流斷路器保護功能的可靠性由于電磁式與電子式剩余電流路器最大的差異是保護動作是否需要系統電源支持，這就決定了不需要系統電源支持的電磁式剩余電流斷路器在下述常見的電源系統異常時，仍可以對接地故障提供可靠保護；電子式剩余電流斷路器此時則因缺少有效的工作電壓不能可靠地對接地故障進行保護。2.1.1 系統電源發生局部N線斷裂故障 常用的單相或四極電子式剩余電流斷路器的電子放大器和分勵脫扣器的電源通常取自系統某一相線和N線，這就會造成系統出現上述故障時產品不能正常進

5、行接故障保護。由于此時電源相線對地電壓仍為危險電壓，所以剩余電流斷路器所保護的區域仍有發生直接或間接觸電故障、接地故障引起的火災的隱患。2.1.2 系統電源發生局部斷相故障 對于安裝在三相配電系統的多級電子式剩余電流斷路器，如果斷相故障發自剩余電流斷路器的供電相線，其接地保護功能也將失效，此時來自其它兩相的接地故障不能由剩余電流斷路器進行保護性分斷。2.1.3 由于供電相線發生接地故障，使相線對N線電壓低于剩余電流斷路器工作電壓 當系統發生上述故障時，電子式剩余電流斷路器不能進行保護性分斷，雖然根據我國標準要求此時相線對N線的電壓已低于50V，但如果安裝在同相中其它保護設備不能及時分斷故障電路

6、將會造成后續兩個危險隱患：局部PE線電位升高，增加沒有進行等電位聯接的地方發生觸電故障的危險；由于接地故障電流的持續作用造成火災。2.2 電磁式與電子式剩余電流斷路器自身工作的可靠性 電磁式與電子式剩余電流斷路器自身工作的可靠性主要應從以下幾方面加以分析：2.2.1 工作溫度對可靠性的影響剩余電流斷路器使用的工作溫度主要來自環境溫度、工作中流過導線的負荷電流產生的溫度和內部元件工作發熱產生的溫度三部分。電磁式剩余電流斷路器使用的永磁平衡式電磁脫扣器極限工作溫度通常在1200C左右，且自身在沒有剩余電流作用時不發熱。因實際使用中環境溫度和工作中流過導線的負荷電流產生的溫度，使電磁脫扣器的工作溫度

7、一般不會高于850C，所以電磁脫扣器不會出現退磁拒動等影響工作可靠性的故障。 電子式剩余電流斷路器中的電子放大器，在系統電源接通后，電子元件一直處于工作狀態，因此對于電子式剩余電流斷路器電子元件的工作溫度，與電磁式剩余電流斷路器相比，除環境溫度和工作中流過導線的負荷電流產生的溫度外，還有內部電子元件工作發熱產生的溫度，其工作條件更要嚴酷。有資料顯示：集成電路器芯片、可控硅等電子元件在850C環境下工作時，老化失效率要比在400C的環境下高出5-6倍，由于電子放大器中的多種電子元件同時工作，因此同在850C內部工作溫度下，電子式剩余電流斷路器的失效率是電磁式剩余電流斷路器的160倍。2.2.2

8、工頻過電壓與暫態過電壓對可靠性的影響：因為多種因素，特別是供電條件較差的地區，配電系統的電源電壓常出現較大波動或產生工頻過電壓，使剩余電流斷路器的工作電壓高于標準的工作電壓范圍。對于電磁式產品，因與電網電壓無關，所以工頻過電壓不會影響其工作的可靠性；但對于電子式產品，工頻過電壓會使電子元件的工作電壓升高加速老化或一些壓敏元件損壞，降低其運行可靠性。大氣過電壓和系統的操作過電壓等暫態過電壓，對于剩余電流斷路器運行可靠性的影響可從兩個方面分析： 相線對PE線的電涌電流作用于剩余電流斷路器 電涌電流通過零序互感器形成暫態剩余電流，由于持續時間短，能量較小對于電磁式產品的運行可靠性影響不大；但對于電子

9、式產品有可能使集成芯片發生觸發翻轉進行功能性動作，從而降低運行的可靠性。 直接通過電源作用于剩余電流斷路器： 由于電磁式剩余電流斷路器與電源系統沒有直接聯系，因此不會影響其運行可靠性；對于電子式剩余電流斷路器可能通過電子放大器工作電源端進入電子放大器，造成壓敏元件或其它元件損環。同時有可能直接觸發可控硅等執行元件，使分勵脫扣器動作分斷系統，影響運行可靠性。2.2.3 系統諧波及電磁干擾對可靠性的影響：眾所周知，對于電子產品防止由于諧波和電磁干擾引起的高頻振蕩是較為困難的，對于電子式剩余電流斷路器系統諧波及電磁干擾可導致產品誤動作繼而影響運行的可靠性，雖然根據IEC有關標準，電子式剩余電流斷路器

10、進行了各類防電磁干擾的電磁兼容設計，并通過相應的試驗驗證，但要徹底消除對其影響是很困難的，在這方面電磁式產品更有優勢。 2.3 產生過程及工藝對可靠性的影響：2.3.1 電磁式剩余電流斷路器生產工藝 電磁式剩余電流斷路器保護動作的能量僅來自剩余電流，其能量值僅80-350VA，所以電磁式剩余電流斷路器對“永磁平衡式電磁脫扣器”及零序互感器對選材、設計和加工要求較高。以“永磁平衡式電磁脫扣器”生產為例：對于鐵磁材料處理、動靜鐵芯極面加工、線圈繞制及接頭焊接、脫扣器組裝等環節均要求有較強的加工手段和工藝控制，所以ABB公司在以生產手表和精密儀表而著稱的瑞士設有一家專業生產廠ABB CMC公司， A

11、BB CMC公司從20世紀60年代初即開始生產“永磁平衡式電磁脫扣器”，經過40年的不斷創新，目前脫扣器的動作能量僅需25VA，全部生產過程均在超凈車間內完成，脫扣器經自動生產線生產并經100%的檢驗測試。ABB公司各系列電磁式剩余電流保護裝置中“永磁平衡式電磁脫扣器”均來自瑞士ABB CMC 專業產生廠。 除上述部件生產精度要求外，剩余電流斷路器的組裝調試工藝也將影響產品的可靠性，目前ABB公司采用的是機械和電磁雙調節的調試工藝，在專用調試設備進行在線通電調試，保證每臺剩余電流斷路器的保護特性符合標準要求。電磁式剩余電流斷路器雖加工調試工藝復雜，但在上述環節得到有較控制后，可使產品在實際使用

12、和保護功能的可靠性得到保證。2.3.2 電子式剩余電流斷路器生產工藝 電子式剩余電流斷路器的生產調試工藝從原理上較電磁式剩余電流斷路器簡單，但負責任的生產廠為提高電子型產品自身可靠性，從設計、選材、制造、老化篩選、儲運等各環節進行了大量的工作和有效的質量控制。以ABB公司電子型剩余電流斷路器生產為例，ABB公司為克服各類來自電源系統電污染對工作可靠性的影響，投資設計開發了專用芯片及相關電子線路設計。為減小由于元件老化失效對可靠性影響，在關鍵元件進廠時即采取了電沖擊及高溫除塵等控制工序，電子線路板在自動生產線上組裝完成后，逐臺進行性能測試和通電老化篩選。在剩余電流斷路器完成組裝后仍需對每產品進行性能測試，保證每臺剩余電流斷路器的保護特性符合標準要求。 經過上述一系列的努力，電子式剩余電流斷路器的可靠性得以大幅度的提高，但電子式剩余電流斷路器的綜合可靠性是無法與電磁式剩余電流斷路器相比。3 結論 前面的分析可清楚地看出，電子式剩余電流斷路器無論是從產品本身的可靠性，還是從產品與電源系統供電配合的可靠性等方面均不能達到令人滿意的結果。正因如此，