專利名稱：一種零剩余電流保護電路方法及其剩余電流保護斷路器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于供用電可靠和安全控制技術領域，進一步屬于剩余電流保護技術領域，具體涉及一種能夠克服現(xiàn)有電源變壓器中性點接地系統(tǒng)之三級保護系統(tǒng)的技術缺陷的零剩余電流保護方法及其剩余電流保護斷路器。
背景技術：
電源變壓器中性點接地系統(tǒng)中，剩余電流保護斷路器(也稱剩余電流保護器，或稱漏電保護斷路器)設計之初，基于用電線路相線上的電阻性和電容性漏電流小于其動作電流，或者為零，引起保護器動作的一定是故障漏電流。但實際上，相線上的正常漏電流，或者能夠維持用電系統(tǒng)正常工作的漏電流可能比不動作電流
/夂要大，雖然能夠正常供電，但是漏電流已經接近動作電流/■、，導致剩余電流保護斷路
器的抗干擾能力很差，極易產生誤動作。如果正常的漏電流大于動作電流導致合不上閘?，F(xiàn)有的剩余電流保護裝置還存在越級跳間，造成大面積停電問題。造成上一級或上兩級的剩余電流保護斷路器動作(稱為越級跳閘)，甚至于最低一級剩余電流保護斷路器還沒有動作，上一級或上兩級的剩余電流保護斷路器已經動作的一個經常性的原因是，上
一級或上兩級的剩余電流保護斷路器盡管能正常供電，但其剩余電流已經超過不動作
電流且接近動作電流I.., 一旦其供電范圍內發(fā)生小于下一級剩余電流保護斷路器的動作
電流的漏電，就會出現(xiàn)下一級的剩余電流保護斷路器沒有動作，反而是上一級或上兩級的剩余電流保護斷路器動作?；蛘哂捎谏弦患壔蛏蟽杉壍氖Ｓ嚯娏鞅Ｗo斷路器工作時的剩余
電流已經超過不動作電流、.且接近動作電流之:，一旦受到干擾，最末一級的不動作，其
上級的剩余電流保護斷路器動作。盡管通常配備的上一級剩余電流保護斷路器的動作電流
大于下一級的剩余電流保護斷路器的動作電流弋:。只有當所有三級的剩余電流保護斷
路器在正常供電時的剩余電流皆為零時，才可以肯定不會出現(xiàn)越級跳閘?，F(xiàn)有的剩余電流保護裝置還存在拒(絕)動作的問題。除了重復接地等不正常使用造成的拒動作外，還有一種情況是，剩余電流中含有直流分量，使剩余電流保護斷路器的靈敏度大大降低，失去漏電保護作用。上述種種問題的出現(xiàn)，已經產生了欲將電源變壓器的中性點由接地改為不接地的動議(“低壓電網接地問題調研” 2008國際供電會議論文，《低壓電器》2010 No. 3于世根等)，撼動國標的執(zhí)行，說明這是一個備受關注的重要問題。就這個問題的解決，發(fā)明人檢索到2004年《煤礦機電》第三期第31頁“基于電流補償法的礦井高壓電網漏電保護系統(tǒng)”。中國專利申請(201010244560. 3) “基于電容電流時域補償?shù)拇半娋W接地漏電保護方法”。上述兩種電流補償方法的應用存在很大的局限性一是只用在電源變壓器中性點不接地系統(tǒng)中，二是只用在了電流互感器的二次側信號處理上。中國專利申請(201110310203. 3)采用了交流電流補償?shù)姆椒?，將補償電流的方法用在電流互感器的一次繞組上，能夠使剩余電流保護斷路器在有正常漏電流，使其合不上閘的場合，能夠合上間。但是有兩個缺陷一是盡管合上間了，可能使其剩余電流處在臨界狀態(tài)，稍有干擾就產生誤動作。二是沒有對剩余電流互感器中的剩余電流中的直流分量進行補償。現(xiàn)在的用電設備中有很多整流變頻設備，這些設備容易導致剩余電流存在直流分量，使電流互感器的磁路進入直流磁飽和狀態(tài)，進而使剩余電流保護斷路器產生拒動作。還有很多專利技術試圖解決現(xiàn)有技術存在的技術缺陷，但在解決剩余電流保護斷
路器的抗干擾能力方面，幾乎都是通過手動或自動增加動作電流的辦法來解決剩余電
流保護斷路器的誤動作問題，而且是在剩余電流互感器的二次側的信號上進行處理。由于剩余電流互感器磁芯材料導磁性能所限，磁芯材料不可能在很高的剩余電流，很高的剩余磁通密度的條件下，還能夠具有剩余電流等于零時的導磁特性。因此用提高剩余電流動作值來解決誤動作問題，既有造成拒動作的技術風險，又受磁性材料導磁性能和磁芯尺寸的限制，不能從根本上解決問題。為了很好的解決安全用電和可靠供電，有必要低成本地解決剩余電流保護斷路器在正常供電時的交直流剩余電流皆為零的問題，只有如此，才能確保剩余電流保護斷路器具有很高的抗干擾能力，解決誤動作問題，同時解決一種因磁芯中的直流磁通導致磁飽和而產生的拒動作問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種使剩余電流保護斷路器在正常工作時，剩余電流互感器中的剩余交流電流、剩余交流磁通為零或接近于零，在有正常漏電流的情況下，大大提高其抗干擾能力，保證不發(fā)生誤動作的零剩余電流保護方法。本發(fā)明的第二目的在于提供一種結構簡單，工作穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)交流、直流剩余電流雙補償，不產生誤動作和拒動作的基于零剩余電流保護電路方法的剩余電流保護斷路
O本發(fā)明的第一目的是這樣實現(xiàn)的供電電路上設置剩余電流互感器，剩余電流互感器線圈通過脫扣機構聯(lián)動斷路器，包括下列措施
A、穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的一次繞組分別設置電阻性交流補償支路和電容性交流補償支路，使電流互感器一次繞組既流過負載電流又流過交流補償電流；
B、穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的另一個一次繞組通過設置直流補償電路， 使一次繞組既流過負載電流又流過直流補償電流；
C、所述的電流互感器的流過補償電流的一次繞組可以兼用任何穿入電流互感器磁芯的相線和/或零線，或者是另外穿入的一段導線構成電流互感器的，除零線和所有相線外的，具有電氣隔離作用的流過補償電流的另一個一次繞組；
D、剩余電流互感器的剩余電流通過顯示器件分檔顯示，通過調節(jié)器根據(jù)顯示剩余電流大小進行調節(jié)補償電流，能使剩余電流調整到接近于零；
E、所述的補償電流調節(jié)通過電阻性交流補償支路和電容性交流補償支路調節(jié)實現(xiàn)，或者通過補償電源電壓調節(jié)實現(xiàn)。
本發(fā)明的第二目的是這樣實現(xiàn)的包括剩余電流互感器、交流補償電路、直流補償電路、剩余電流信號處理器、脫扣機構，斷路器，剩余電流互感器上剩余電流感應線圈電性連接剩余電流信號處理器，剩余電流信號處理器輸出端與脫扣機構聯(lián)結，脫扣機構與斷路器聯(lián)動配合，所述的交流補償電路包括電阻補償支路和電容補償支路，兩者并聯(lián)后通過交流一次繞組穿過剩余電流互感器與交流補償電源連接；所述的直流補償電路包括直流補償電源和補償電阻，兩者通過直流一次繞組穿過剩余電流互感器后相互串聯(lián)。本發(fā)明通過直流和交流電流補償，使剩余電流互感在正常工作時，既沒有剩余的交流電流，也沒有剩余的直流電流。本發(fā)明通過試補償直流電流，觀察剩余交流電流顯示的變化，決定是否進行直流電流補償，若需要補償，進一步決定直流補償電流的大小，使剩余電流保護斷路器在正常供電時的剩余直流電流為零。既能夠確保保護器的靈敏度，又能夠保證其抗干擾能力，大大減少誤動作和拒動作的情況發(fā)生。


圖1為本發(fā)明在單相兩線制電路中實施時的原理圖。圖中1-電阻器支路，2-電容器支路，3-交流補償電源，4-直流電流補償回路， 5-交流補償電流流經剩余電流互感器一次繞組的一段導線，6-直流補償電流流經剩余電流互感器一次繞組的一段導線，7-漏電流分檔LED顯示器和撥碼開關，8-剩余電流互感器， 9-電流互感器二次側信號處理單元，10-脫口機構，11-斷路器開關。圖2為本發(fā)明能夠做到剩余電流互感器中的剩余交流和直流電流為零，剩余電流互感器磁芯的Bl曲線上的直流工作點A和交流磁密變化范圍a b都在零點上的情況。剩余交流電流在剩余電流互感器二次側產生的交流電壓^yi。剩余交流電流達到剩余電
流保護斷路器的動作電流,在二次側產生的電壓幅值為Γ. },剩余交流電流達到剩
余電流保護斷路器的不動作電流在二次側產生的電壓幅值為。國標規(guī)定
是/夂的兩倍。由圖可知，其抗干擾能力從(Γ UZiJ,有兩倍的Γ,“:義;:大小。圖3為市售的剩余電流保護斷路器在正常供電時，剩余電流互感器磁芯的Bl曲線上的直流工作點A (零點)，由于有正常漏電流的幅值接近不動作電流f/夂時,交流磁密
變化范圍從磁化曲線的al抗干擾能力從U、:到f',<Λ〖~ J,只有一倍i 二 ‘的大小。圖4為市售的剩余電流保護斷路器中的電流互感器磁芯存在直流電流時，使磁芯的直流磁通工作點從零點移到圖中的A點時，當剩余電流達到與圖3相同的幅度時，在電
流互感器二次側產生的電壓幅度明顯降低的情況。此時，即使剩余電流超過剩余電流
保護斷路器也不會動作，這就是一種拒動作的情況。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明教導所作的任何變換，均落入本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，本發(fā)明零剩余電流保護電路方法，供電電路上設置剩余電流互感器，剩余電流互感器線圈通過脫扣機構聯(lián)動配合供電電路斷路器，其特征是包括下列措施
A、穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的一次繞組分別設置電阻性交流補償支路和電容性交流補償支路，使電流互感器一次繞組既流過負載電流又流過交流補償電流；
B、穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的另一個一次繞組通過設置直流補償電路， 使一次繞組既流過負載電流又流過直流補償電流；
C、所述的電流互感器的流過補償電流的一次繞組可以兼用任何穿入電流互感器磁芯的相線和/或零線，或者是另外穿入的一段導線構成電流互感器的，除零線和所有相線外的，具有電氣隔離作用的流過補償電流的另一個一次繞組；
D、剩余電流互感器的剩余電流通過顯示器件分檔顯示，通過調節(jié)器根據(jù)顯示剩余電流大小進行調節(jié)補償電流，能使剩余電流調整到接近于零；
E、所述的補償電流調節(jié)通過電阻性交流補償支路和電容性交流補償支路調節(jié)實現(xiàn)，或者通過補償電源電壓調節(jié)實現(xiàn)。所述的調節(jié)是通過調整補償電流，使剩余電流保護斷路器用電流互感器中的剩余的交直流電流在正常工作時總保持為零或者接近于零。所述的調節(jié)是調節(jié)電容性補償支路、電阻性補償支路或者直流補償回路，以維持可靠供電條件下正常漏電流的大小，通過撥碼開關預置補償電流，以能夠合上閘為宜；合上閘后，依據(jù)顯示器件上顯示漏電流大小，通過撥碼開關進一步調節(jié)補償電流，使其正常工作時的剩余交直流電流為零。向電流互感器繞組中補償直流電流，使剩余直流電流接近零，保持其保護的靈敏度，最大限度地減少拒動作。本發(fā)明所述的剩余電流保護斷路器，包括剩余電流互感器(8)、交流補償電路、直流補償電路、剩余電流信號處理器(9)、脫口機構(10)，斷路器(11)，剩余電流互感器(8)上剩余電流感應線圈電性連接剩余電流信號處理器(9)，剩余電流信號處理器(9)輸出端與脫鉤機構(10)聯(lián)結，脫鉤機構(10)與斷路器(11)聯(lián)動配合，其特征是所述的交流補償電路包括電阻補償支路(1)和電容補償支路(2 )，兩者并聯(lián)后通過交流一次繞組(5 )穿過剩余電流互感器(8)與交流補償電源(3)連接；所述的直流補償電路包括直流補償電源(4)和補償電阻，兩者通過直流一次繞組(6)穿過剩余電流互感器(8)后相互串聯(lián)。所述的剩余電流電路上設置顯示器件。所述的顯示器件為LED分檔顯示器。所述的補償電流調節(jié)器為撥碼開關(7 )。所述的剩余電流保護斷路器為單相單極、單相雙極、三相三極或三相四極剩余電流保護斷路器。本發(fā)明可與設備的斷路器聯(lián)動使用，對于用電設備產生的用電設備內部的正常交流和直流漏電流，有漏電的設備啟動時，本發(fā)明的裝置也同時啟動。對于電動機啟動時，會產生較大的三相不對稱漏電流，而正常運行時三相不對稱漏電流較小的情況，可采用電動機啟動時過補償，即電動機啟動時，交流補償電流使剩余電流保護斷路器的剩余交流電流接近或達到不動作電流/i::,使剩余電流保護斷路器的抗干
擾能力提高到2倍以上。一旦完成電動機啟動，進入平穩(wěn)地運行后，減少補償電流，使剩余電流保護斷路器的剩余電流為零。
本發(fā)明的工作原理
如圖1中相線中的電流/;為正常的負載電流‘與正常的漏電電流7之和，即 h工。導致剩余電流保護斷路器誤動作的正是中正常的漏電電流/,.已經接近剩余電流動作值(，一旦有干擾，剩余電流保護斷路器就會動作。圖1中的穿過電流互感器磁芯的零線(一次繞組)中的電流為正常的負載電流& ,正常的漏電流與本方法提供的補償電流之和(中性點接地系統(tǒng)中，零線中的漏電流可忽略)，即/. =.!-!、。正常供電時，穿過電流互感器的磁芯的總的剩余電流是它們的差值是…二/,/,。當無補償電流.時，若大于動作電流/_.，剩余電流保護斷路器的執(zhí)行機構令其跳閘。但/、是能夠維持正常供電的漏電流，斷路器跳閘，就是誤動作，應該避免。引入補償電流，使剩余電
流很小，即L、〔;+,在正常供電時，使剩余電流遠離動作電流值和不動作電流值，保證正常供電，既保證其保護的靈敏度，又最大限度地提高抗干擾的能力。如圖2所示，圖2中，剩余電流保護斷路器的剩余電流為零，電流互感器二次側的電壓信號幅度為零。只有當供電線路上產生了新的漏電電流(可能是設備故障漏電，可能是環(huán)境溫度和濕度變化使正常的漏
電電流變化，或者是人身觸電)，使中增加了一個故障漏電流分量，打破原有的的平衡關
系，才使剩余電流保護斷路器動作，這是正常的動作不是誤動作。這就是本發(fā)明能夠區(qū)分正常漏電和故障漏電的原理。可以通過如下的一種方法確定正常漏電流的大小合閘前確保無人觸電，第一次合閘，若能夠合上閘，說明相線上的漏電流小于動作電流；合上閘后觀察剩余電流顯示狀態(tài)，調整補償電流直到剩余電流顯示接近于零為止。若合不上，說明相線
上的漏電流大于動作電流，再一次合閘的同時，補償電流增加為不動作電流/二 ；若能夠合上，說明能夠確認供電的相線上有大于動作電流的正常漏電流，若第二次合不上閘，第
三次合閘的同時，補償電流增加到4:，若能夠合上閘，說明供電的相線上有大于的正常漏
電流，依次類推直到合上閘為止。合上閘后，若剩余電流分檔顯示的值很小，則停止操作。若剩余電流分檔顯示的值大于不動作電流，則繼續(xù)增加補償電流，直至顯示的剩余電流很小或接近于零，則停止操作。這樣做的目的是，增加剩余電流保護斷路器的抗干擾能力。沒有故障漏電的情況下，相線和零線之間的負載無論大小，總是保持平衡，只有沒有經過零線的電流，才被認為是漏電。合閘之初，通過補償電流已經確認了正常漏電流的大小，并使剩余電流保護斷路器中電流互感器中的剩余電流接近于零了，以后正常供電過程中，再有跳閘的情況，要么是有人觸電，要么是某個用電設備的絕緣損壞，從而解決可靠供電與安全用電之間的矛盾。電力設備中，有很多的整流變頻設備，這種設備會使剩余電流互感器中產生直流分量，這種分量的最大危害是導致剩余電流互感器的磁芯中有直流磁通分量后，二次側感
應的剩余電流信號幅度大幅降低，靈敏度下降，使不動作電流超過,或者遠遠超過產品
標定的動作電流，導致拒動作，如圖4所示。圖4中，由于剩余直流電流的存在，使磁路的工作點由零點(圖2、3所示)移動到圖4的A點，這時，剩余電流在二次側產生的電壓信號大幅降低。由于目前沒有辦法檢測出或者用成本很高的辦法檢測出剩余電流互感器中的剩余直流分量，一旦拒動，就認為裝置損壞。本發(fā)明通過加入直流補償電流，觀看剩余電流分檔顯示值的變化情況，就可知道相線中有無直流剩余剩余電流。若有則進行補償，使電流互感器的磁芯中的直流磁通接近于零，確保其動作電流與產品的標定值一致。由于剩余電流互感器的工作原理決定了它不可能檢測到一次繞組中的剩余直流電流，在本發(fā)明中，采用的方法是，提供直流補償電流，剩余電流顯示的值增加，說明剩余電流互感器的一次繞組中有直流分量，需要補償，如果提供直流補償電流后，剩余電流顯示的值變小，則說明剩余電流互感器一次繞組中沒有直流分量。如果存在直流分量，將會導致保護器的靈敏度顯著降低，會產生拒動作問題。本發(fā)明的工作過程
在用電設備正常工作時，剩余電流互感器中的剩余電流為零。本發(fā)明通過剩余電流保護斷路器的開關試合閘次數(shù)，確定補償電流值的大小。因線路中的固有漏電流，或者設備的固有漏電流，導致剩余電流保護斷路器合不上閘時，通過預先增加補償電流，保證正常合閘。合間后，通過分檔顯示的剩余電流大小，進一步確定增加或減少補償電流，使剩余電流盡可能地接近于零。所述的預置補償電流調節(jié)信號可以由剩余電流保護斷路器的合間次數(shù)確定，也可以是通過能夠檢測正常漏電流的儀器在合間前確定。本發(fā)明試驗案例一地暖產品漏電保護效果試驗
由于地暖產品線路貼地面鋪設，且線路扁平，電容性漏電流較大為15 110毫安(電流大小與地暖面積大小相關)，由于泥瓦工在鋪地板磚施工時難免造成加熱板絕緣局部受損， 造成電阻性漏電流為1(Γ100毫安，甚至更大，使得業(yè)主的空氣開關要么合不上，要么頻繁動作。將本發(fā)明的裝置做成外形、大小和雙極的剩余電流保護斷路器相同，且有卡口，與既有的空氣開關一起裝到原配電箱中，并使電熱地暖的溫控器聯(lián)動，跳閘現(xiàn)象即消除。
權利要求
1.一種零剩余電流保護電路方法及其剩余電流保護斷路器，使剩余電流保護斷路器在正常工作時的剩余電流為零的電路方法，該斷路器中設置剩余電流互感器，剩余電流互感器二次繞組信號處理器，并通過脫扣機構聯(lián)動斷路器，其特征是包括下列措施A、穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的一次繞組分別設置電阻性交流補償支路和電容性交流補償支路，使電流互感器一次繞組既流過負載電流又流過交流補償電流；B、穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的另一個一次繞組通過設置直流補償電路， 使一次繞組既流過負載電流又流過直流補償電流；C、所述的電流互感器的流過補償電流的一次繞組可以兼用任何穿入電流互感器磁芯的相線和/或零線，或者是另外穿入的一段導線構成電流互感器的，除零線和所有相線外的，具有電氣隔離作用的流過補償電流的另一個一次繞組；D、剩余電流互感器的剩余電流通過顯示器件分檔顯示，通過調節(jié)器根據(jù)顯示剩余電流大小進行調節(jié)補償電流，能使剩余電流調整到接近于零；E、所述的補償電流調節(jié)通過電阻性交流補償支路和電容性交流補償支路調節(jié)實現(xiàn)，或者通過補償電源電壓調節(jié)實現(xiàn)。
2.如權利要求1所述的零剩余電流保護電路方法，其特征是所述的調節(jié)是通過調整補償電流，使剩余電流保護斷路器用電流互感器中的剩余的交直流電流在正常工作時總保持為零或者接近于零。
3.如權利要求1所述的零剩余電流保護電路方法，其特征是所述的調節(jié)是調節(jié)電容性補償支路、電阻性補償支路或者直流補償回路，以維持可靠供電條件下正常漏電流的大小，通過撥碼開關預置補償電流，以能夠合上間為宜；合上間后，依據(jù)顯示器件上顯示漏電流大小，通過撥碼開關進一步調節(jié)補償電流，使其正常工作時的剩余交直流電流為零。
4.如權利要求1所述的零剩余電流保護電路方法，其特征是向電流互感器一次繞組中補償直流電流，使剩余直流電流接近零，保持其保護的靈敏度，最大限度地減少拒動作。
5.一種基于權利要求1所述方法的剩余電流保護斷路器，包括剩余電流互感器(8)、交流補償電路、直流補償電路、剩余電流信號處理器(9)、脫扣機構(10)，斷路器(11)，剩余電流互感器(8)上剩余電流感應線圈電性連接剩余電流信號處理器(9)，剩余電流信號處理器(9)輸出端與脫扣機構(10)聯(lián)結，脫扣機構(10)與斷路器(11)聯(lián)動配合，其特征是所述的交流補償電路包括電阻性補償支路(1)和電容性補償支路(2)，兩者并聯(lián)后通過交流一次繞組(5 )穿過剩余電流互感器(8 )與交流補償電源(3 )連接；所述的直流補償電路包括直流補償電源(4)和補償電阻，兩者通過直流一次繞組(6)穿過剩余電流互感器(8)后相互串聯(lián)。
6.如權利要求6所述的剩余電流保護斷路器，其特征是所述的剩余電流電路上設置顯示器件。
7.如權利要求6或7所述的剩余電流保護斷路器，其特征是所述的顯示器件為剩余電流的LED分檔顯示器。
8.如權利要求6所述的剩余電流保護斷路器，其特征是所述的補償電流調節(jié)器為撥碼開關(7)。
9.所述的剩余電流保護斷路器為單相單極、單相雙極、三相三極或三相四極剩余電流保護斷路器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種零剩余電流保護電路方法及其剩余電流保護斷路器，方法包括下列措施穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的一次繞組分別設置電阻性交流補償支路和電容性交流補償支路，該一次繞組既流過負載電流又流過交流補償電流；穿過剩余電流保護斷路器之電流互感器的一次繞組通過設置直流補償電路，該一次繞組既流過負載電流又流過直流補償電流；剩余電流通過顯示器件分檔顯示，通過調節(jié)補償電流器使電流互感器的剩余電流為零；本發(fā)明通過剩余電流保護斷路器的試合閘，判別所需補償電流的大小和性質，并預置補償電流，合閘后，通過剩余電流顯示，進一步調節(jié)補償電流的大小，使剩余電流保護斷路器在剩余交直流電流為零的條件下正常供電。
文檔編號H01H83/14GK102437548SQ20111045250
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者譚昆玲, 鄒守寶, 鄒溪 申請人:鄒溪