低壓電網(wǎng)線性負(fù)載漏電流的特性分析

　　摘要本文針對(duì)低壓電網(wǎng)的漏電問題，歸納了漏電流的類型及檢測手段，研究了漏電流故障等效負(fù)載的種類，建立了線性負(fù)載等效電路模型;針對(duì)TT接地系統(tǒng)的低壓電網(wǎng)，在電磁暫態(tài)仿真軟件中建立其模型，將TT接地系統(tǒng)中可能存在的漏電流模型加入電網(wǎng)，同時(shí)將等效負(fù)載電路模型也接入電網(wǎng)中，進(jìn)行接地故障漏電流仿真分析，證明了模型的可行性，并得到相應(yīng)的結(jié)論，可為漏電故障的檢測和定位等提供理論依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：漏電流;線性負(fù)載等效電路模型;低壓電網(wǎng)模型;仿真分析

　　0引言

　　我國是觸電事故的多發(fā)國，觸電事故造成的死亡率是發(fā)達(dá)國家的15～20倍。漏電流的存在對(duì)人身以及財(cái)產(chǎn)安全有著很大的危害，據(jù)調(diào)查，近幾年由電氣原因引起的火災(zāi)在我國各類火災(zāi)中高居首位[1-2]。電流動(dòng)作型漏電流保護(hù)裝置，即漏電保護(hù)器，是低壓電網(wǎng)漏電事故最重要和最基本的保護(hù)手段[3-4]。由于對(duì)漏電流的部分特性了解不足，現(xiàn)階段漏電流的檢測技術(shù)仍然存在缺陷。實(shí)踐表明，現(xiàn)階段的漏保，大多數(shù)都不能準(zhǔn)確辨別人體觸電時(shí)的電流信號(hào)特征，在線路中存在人體觸電等漏電事故而漏電保護(hù)器卻不主動(dòng)切斷電源(拒動(dòng))的問題;或因環(huán)境潮濕等原因使電氣設(shè)備及線路絕緣阻抗降低，漏電流增加至超過保護(hù)器動(dòng)作閾值而使漏保動(dòng)作(誤動(dòng))[3-5]的問題。

　　電網(wǎng)論文范例:配電網(wǎng)工程施工階段技術(shù)研究

　　因此針對(duì)漏電流進(jìn)行特性分析是十分必要的。文獻(xiàn)[6-7]雖然分析漏電流的特性，但分別只針對(duì)電纜絕緣缺陷與發(fā)電機(jī)故障兩種情況，未考慮其他材質(zhì)的漏電流故障以及人身觸電時(shí)的漏電流特性。本文針對(duì)電壓電網(wǎng)的漏電流，建立3種線性等效負(fù)載模型以及低壓電網(wǎng)模型，使用電磁暫態(tài)仿真軟件(powersystemscomputeraideddesign,PSCAD)仿真，進(jìn)行波形特性分析，為漏電流的檢測和定位等技術(shù)提供理論依據(jù)。

　　1漏電流的類型及檢測技術(shù)剩余電流是指供電線路的瞬時(shí)負(fù)載電流矢量和，也叫作漏電流[8]。隨著用電設(shè)備的種類不斷增加，當(dāng)發(fā)生漏電故障時(shí)，所產(chǎn)生的漏電流波形更加多樣。早年電力網(wǎng)絡(luò)負(fù)載多以線性為主，發(fā)生漏電故障時(shí)，主要出現(xiàn)工頻正弦交流信號(hào);隨著整流裝置和大量電力電子器件的應(yīng)用，這一類非線性負(fù)載發(fā)生漏電故障時(shí)，可能出現(xiàn)脈動(dòng)直流和平滑直流漏電流信號(hào)[9]。

　　1.1正弦交流漏電流通常采用電磁式電流互感器進(jìn)行檢測[10]。其工作原理主要是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，互感器檢測電流信號(hào)，通過調(diào)整電路將信號(hào)濾波放大讓單片機(jī)進(jìn)行采樣，接著判別元件分析采樣信號(hào)是否大于動(dòng)作閾值，來決定保護(hù)器是否動(dòng)作。

　　1.2脈動(dòng)直流漏電流一般在裝有不間斷電源以及變頻器的電路發(fā)生接地故障的情況下產(chǎn)生，主要包括半波、90°波和135°波三種波形[11]。電磁式電流互感器法理論上也可作為檢測脈動(dòng)直流漏電流的方法，但是其檢測結(jié)果與實(shí)際情況會(huì)有很大的誤差。存在兩個(gè)主要原因：①檢測脈動(dòng)直流漏電流時(shí)，電磁式電流互感器磁心磁化方向減少;②直流分量無法感應(yīng)電動(dòng)勢，電流互感器二次側(cè)不會(huì)有電流產(chǎn)生[12]。文獻(xiàn)[9]中提到，檢測該漏電流可采用電壓型磁調(diào)制式保護(hù)器，已知?jiǎng)?lì)磁電流波形對(duì)互感器的工作不會(huì)產(chǎn)生影響，故將漏電流與勵(lì)磁電流結(jié)合，通過檢測結(jié)合后的電流，可以檢測脈動(dòng)直流漏電流。

　　1.3平滑直流漏電流隨著電力電子器件的發(fā)展，直流電源得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在高層建筑的應(yīng)急電源。一旦它們出現(xiàn)漏電，會(huì)產(chǎn)生平滑直流漏電流�；魻栯娏鱾鞲衅鞣ê痛耪{(diào)制式電流互感器法都可作為交直流電流檢測的方法。但霍爾電流傳感器的磁氣縫存在漏磁，容易受到外部的影響而使得檢測的誤差較大，故不適用于平滑直流的檢測[13]。文獻(xiàn)[13]中提到了一種B型漏電流保護(hù)器，其利用了磁調(diào)制式電流互感器和零序電流互感器的結(jié)合，經(jīng)實(shí)踐測試，該檢測方式可檢測平滑直流漏電流。

　　2漏電流故障線性負(fù)載等效電路模型

　　漏電流故障負(fù)載分為線性負(fù)載與非線性負(fù)載。 非線性負(fù)載是指負(fù)載阻抗在負(fù)載整流等裝置的作用下，阻抗值會(huì)隨著某些參數(shù)而變化，其電壓與電流不成正比[11]。常見的典型非線性負(fù)載有不間斷電源、逆變?cè)�件等。線性負(fù)載較為常見，人體等效負(fù)載、木材等效負(fù)載、水泥等效負(fù)載皆為線性等效負(fù)載，以這3種等效負(fù)載建立電路模型。

　　2.1人體等效電路模型

　　安裝漏保的主要原因就是防止人體觸電。低壓電網(wǎng)中漏電保護(hù)器一般為三級(jí)安裝，分別是總保、中保和戶保。戶保的額定剩余動(dòng)作電流值一般為30mA，而人體對(duì)于電流值十分敏感，閾值皆在毫安級(jí)別。人體的擺脫閾值為10mA，室顫閾值為50mA，電流大于30mA，會(huì)對(duì)人身安全造成威脅，超過50mA則足以致命[14]，此時(shí)漏保如果不直接動(dòng)作，將有可能出現(xiàn)觸電事故。因此需要對(duì)人體等效負(fù)載電路進(jìn)行建模，分析觸電漏電流。觸電時(shí)，人體阻抗由皮膚阻抗和體內(nèi)電阻組成。人體阻抗大小與頻率、皮膚的相對(duì)濕度、接觸面積等都有一定的關(guān)系[15]。該人體阻抗網(wǎng)絡(luò)用來進(jìn)行電灼傷電流測試，稱為不加權(quán)人體阻抗模型，只考慮了人體阻抗模型，并沒有對(duì)高頻電流進(jìn)行補(bǔ)償。文獻(xiàn)[15]中提到不同標(biāo)準(zhǔn)下人體阻抗也不盡相同，但都是只含有電阻和電容的串并聯(lián)電路模型。

　　2.2水泥等效電路模型

　　水泥是生活中最常見的建筑材料。硬化后的水泥電路電學(xué)等效電路，R為孔容液電阻，C為介質(zhì)電容，Z為法拉第阻抗，指的是電流經(jīng)過硬化水泥時(shí)發(fā)生電解，等效為一定的阻抗。而水泥具有一定的頻率特性，頻率高于10Hz時(shí)，電路阻抗以電阻為主[16]。工頻交流電頻率一般為50Hz，因此可將水泥等效電路模型等效為一個(gè)電阻。

　　2.3木材等效電路模型木材是樹木砍伐后，經(jīng)加工供給建筑、家裝和制作各種器件所用材料，其發(fā)生漏電現(xiàn)象也十分危險(xiǎn)，所以對(duì)木材進(jìn)行等效電路建模也是必要的。

　　3低壓電網(wǎng)正常漏電流低壓電網(wǎng)中存在著一些微小的漏電流，即正常漏電流。在建立低壓電網(wǎng)模型時(shí)需要將該電流模型加入其中，提高仿真的準(zhǔn)確性。

　　4低壓電網(wǎng)建模與漏電流仿真分析4.1低壓電網(wǎng)建模據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國最主要的兩個(gè)低壓電網(wǎng)接地方式為TT接地系統(tǒng)與TN系統(tǒng)，其中農(nóng)村及鄉(xiāng)鎮(zhèn)以TT系統(tǒng)作為主要的接地系統(tǒng)[17]，至于IT系統(tǒng)則主要使用于各類工廠之中，不計(jì)入考慮范圍。因此本次低壓電網(wǎng)模型采用中性點(diǎn)直接接地的TT接地系統(tǒng)，系統(tǒng)只引出N線。

　　5結(jié)論

　　本文通過仿真得到了多種故障負(fù)載等效電路模型的漏電流波形圖，其結(jié)果與現(xiàn)實(shí)漏電流波形情況相符，證明了模型的可行性;觀測與對(duì)比仿真波形圖，當(dāng)故障等效電路接入電網(wǎng)中時(shí)，故障相漏電流激增，非故障相幾乎沒有變化;且隨著接入故障相的電阻阻值的增加，電網(wǎng)漏電流的幅值以及其畸變程度變小;將多種人體阻抗網(wǎng)絡(luò)接入電網(wǎng)中，發(fā)現(xiàn)觸電瞬間電流波形發(fā)生振蕩，可以利用這一特性，設(shè)計(jì)在人體觸電或發(fā)生接地漏電故障時(shí)利用暫態(tài)波形變化信號(hào)而動(dòng)作的漏電保護(hù)器，為漏電故障的檢測和定位等提供理論依據(jù)。

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　　作者：許冠煒鄭榮進(jìn)鄧明在

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