漏電保護器測試儀的幾種校準方法

張 毅 孫 健 蒯/上海市計量測試技術研究院

文章介紹了漏電保護器的工作原理，對漏電保護器測試儀動作電、流跳閘時間和回路阻抗等主要參數，分析幾種校準方法，并對各種方法的優缺點作了評價，同時還簡單地介紹了各測試參數的不確定度的來源和評定結果。

0 引言

1）漏電保護器

漏電保護器是一種保護人身安全的設備，當對地電流超過一定的設定閾值時，漏電保護器可以在很短時間內切斷整個電路。其工作原理是：正常工作時電路中除了工作電流外沒有漏電流通過漏電保護器，此時流過零序互感器的電流大小相等，方向相反，總和為零。由基爾霍夫第一定律可知在任一節點處，流向節點的電流之和等于流出節點的電流之和，即ΣI = 0。當被保護電路發生漏電或有人觸電時，電流的平衡遭到破壞，出現零序電流。零序電流是故障時流經人體、或流經故障接地點流入地下、或經保護導體返回電源的電流，由于漏電電流的存在，通過零序電流互感器一次負載電流的相量和不再等于零，它導致零序電流互感器鐵芯中的磁通相量和不再為零，從而在鐵芯中出現了交變磁通。通過電磁互感現象，在零序電流互感器二次線圈上產生感應電動勢，該漏電信號經傳感器處理和比較后，當達到預設定閾值時，就會觸發斷路器斷開。由法拉第電磁感應定律可知不論任何原因使通過回路的磁通量發生變化時，回路中產生的感應電動勢與磁通量對時間的變化率成正比，即 εi= -k（dφ/dt）。

2）漏電保護器測試儀

無論是在城市還是在鄉村，漏電保護器的安裝和使用非常普遍，因此漏電保護器測試儀也是供電部門和生產安裝廠家的必備檢測儀器，漏電保護器測試儀的工作原理是通過模擬漏電來檢測漏電保護器是否正常動作。

1 漏電保護器測試儀的校準

1.1 動作電流的校準方法

1）標準電阻法

選用的被檢設備是美國某公司生產的漏電保護器測試儀。漏電保護器測試儀中測試動作電流的技術指標如表1。

表1 動作電流技術指標

根據被檢儀器技術指標選用0.01級標準電阻器（10Ω和100Ω)和6位半數字多用表進行校準，數字多用表的主要技術指標見表2：

表2 6位半數字多用表主要技術指標

按圖1接好線路,接通電源設定漏電保護器動作電流值，讀取被測試儀上的漏電流示值I與標準電阻器R兩端的電壓值U，直至漏電保護器開關斷開，此時即測得漏電保護器的動作電流值。

圖1 標準電阻法校準動作電流接線圖

2）交流電流表直接校準

量程和技術指標見表1，可選用帶有峰值保存功能的交流電流表對其直接測試。

根據被檢儀器技術指標也可直接選用6位半數字多用表進行校準，數字多用表中交流電流技術指標見表2。按圖2接好線路，依據漏電保護器的工作原理，直接用交流電流表串入電源的接地端與被測儀器的零線端，按下漏電保護器測試儀測試旋鈕，此時交流電流表就可記錄動作電流值。

圖2 用交流電流表直接校準動作電流接線圖

3）用高頻電流探棒與示波器校準

量程和技術指標見表1，可選用高頻電流探棒與示波器對漏電保護器測試儀動作電流進行校準。

數字示波器主要技術指標見表3。

表3 數字示波器主要技術指標

高頻電流探頭主要技術指標見表4：

表4 高頻電流探頭主要技術指標

按圖3接好線路，先用一根完好的電源線，將電流探頭鉗在地線上，示波器調整到合適的觸發采樣狀態，按下被檢儀器上的測試鍵，從示波器上即可測得電流讀數。

圖3 用高頻電流探棒與示波器校準動作電流（或跳閘時間）接線圖

4）用多功能電氣安全校準器校準

多功能電氣安全校準器動作電流技術指標見表5：

表5 多功能電氣安全校準器動作電流技術指標

按圖4接好線路，這種測試方法最簡單方便，設置好動作電流值后按下被檢儀器的測試鍵，此時在多功能電氣安全校準器上就直接可讀到動作電流值。

圖4 用多功能電氣安全校準器校準動作電流（或跳閘時間或回路阻抗）接線圖

5）動作電流示值誤差測量不確定度評定

本文只對第一種方法分析不確定度來源，其不確定度輸入量包括被檢儀器示值測量重復性引起的不確定度分量、被檢儀器顯示分辨力引起的不確定度分量以及標準電阻和數字多用表引起的不確定度分量，通過計算評定得到動作電流示值誤差測量不確定度：Urel= 0.12%k=2。

6）動作電流幾種校準方法的比較

上述四種方法中，根據試驗計算可得出第一種方法的不確定度是最小的，且其使用的標準電阻和數字多用表也是比較普遍，標準器的價格相對較低。第二種方法其實也是不錯的選擇，只是不確定度評定略大于第一種方法。第三種的測量不確定度評定相比前兩種方法就大了許多，而第四種方法的優缺點都很明顯，從接線圖可知，使用多功能電氣安全校準器測試簡單快捷，各項技術指標都能符合校準要求，但測量標準器價格昂貴。

1.2 跳閘時間的校準方法

1）用標準電阻與示波器校準

漏電保護器測試儀中測試跳閘時間的技術指標如表6。

表6 跳閘時間技術指標

按圖5接好線路，先設置好被檢儀器的動作電流值,然后再把示波器調整到合適的觸發采樣狀態，按下被檢儀器上的測試鍵，從示波器上即可測得時間波形,從而計算出跳閘時間。

圖5 用標準電阻與示波器校準跳閘時間接線圖

2）用高頻電流探棒與示波器校準

按圖3接好線路，測試方法類似1.1條3）,最終記錄跳閘時間值，高頻電流探棒與數字示波器的技術指標見表3和表4。

3）用多功能電氣安全校準器

多功能電氣安全校準器跳閘時間測試技術指標見表7：

表7 多功能電氣安全校準器跳閘時間技術指標

按圖4接好線路，測試方法類似1.1條4）,最終記錄下跳閘時間值。

4）跳閘時間示值誤差測量不確定度評定

本文只對第一種方法簡要分析不確定度來源，其不確定度輸入量包括被檢儀器示值測量重復性引起的不確定度分量，被檢儀器顯示分辨力引起的不確定度分量以及標準電阻和數字示波器引起的不確定度分量，通過計算跳閘時間示值誤差測量不確定度：Urel= 0.14%k=2。

5）跳閘時間幾種校準方法的比較

上述三種方法中根據實驗計算可得出第一種方法的不確定度是最小的，且其使用的標準器的成本遠低于后兩種。第二種方法由于使用的是電流鉗，故測量準確度要比第一種方法降低不少，第三種方法和上文動作電流第四種校準方法的優缺點是一樣的，故不再闡述。

1.3 回路阻抗的校準方法

有許多漏電保護器測試儀都帶有回路阻抗測試功能，本文也簡單地介紹測試回路阻抗的方法。

1）用交直流電阻箱校準

漏電保護器測試儀中回路阻抗測試的技術指標如表8。

表8 回路阻抗技術指標

交直流電阻箱技術指標見表9：

表9 交直流電阻箱技術指標

按圖6接線，將一條電源線的地線從中斷開，交直流電阻箱串聯在斷開的地線兩端，電源線插在沒有漏電保護的電源插座上，另一端接漏電保護器測試儀，打開儀器電源開關,此時被檢儀器上顯示供電電源的電壓。改變電阻箱值,按下被檢儀器上的測試鍵，讀取被檢儀器上的顯示值。注意：兩線電阻必須先清零，才可保證低阻抗時的測試準確度,使用屏蔽線消除噪聲引入的誤差。

圖6 用交直流電阻箱校準回路阻抗接線圖

2）用多功能電氣安全校準器校準

多功能電氣安全校準器校準回路阻抗技術指標見表10：

表10 多功能電氣安全校準器回路阻抗技術指標

按圖4接好線路，測試方法類似1.1條4）,最終記錄回路阻抗值。

3）回路阻抗示值誤差測量不確定度評定

本文只對第一種方法簡要分析不確定度來源，其不確定度來源包括被檢儀器示值測量重復性引起的不確定度分量，被檢儀器顯示分辨力引起的不確定度分量以及交直流電阻箱引起的不確定度分量，通過計算，回路阻抗示值誤差測量不確定度：Urel= 0.14%k=2。

4）回路阻抗幾種校準方法的比較

上述二種方法中根據實驗計算可得出第一種方法的不確定度是最小的，且其使用的標準器的價格遠低于第二種，第二種方法優缺點前面已有介紹，故不再闡述。

2 結束語

本篇分析了漏電保護器測試儀的動作電流，跳閘時間和回路阻抗的多種校準方法，由于在開展校準過程中時常會受到如標準器或現場測試環境等因素影響，可以根據具體情況選擇上述的一種方法來對儀器各參數進行校準。

[1] 張澤軍. 低壓電器故障診斷與維修 [M] . 北京: 化學工業出版社,2009.

[2] 李景祿. 電力系統安全技術 [M] . 北京: 水利水電出版社，2009.

[3] 陳立定，吳玉香，蘇開才. 電氣控制與可編程控制器 [M] . 廣州:華南理工大學出版社，2004.

[4] 楊亞萍. 電氣控制與PLC [M] . 北京: 化學工業出版社，2009.

[5] 單文培，單欣安，王兵 . 電氣設備安裝運行與檢修 [M] . 北京:水利水電出版社，2008.