低壓電網線性負載漏電流的特性分析

　　摘要本文針對低壓電網的漏電問題，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載的種類，建立了線性負載等效電路模型;針對TT接地系統的低壓電網，在電磁暫態仿真軟件中建立其模型，將TT接地系統中可能存在的漏電流模型加入電網，同時將等效負載電路模型也接入電網中，進行接地故障漏電流仿真分析，證明了模型的可行性，并得到相應的結論，可為漏電故障的檢測和定位等提供理論依據。

　　關鍵詞：漏電流;線性負載等效電路模型;低壓電網模型;仿真分析

　　0引言

　　我國是觸電事故的多發國，觸電事故造成的死亡率是發達國家的15～20倍。漏電流的存在對人身以及財產安全有著很大的危害，據調查，近幾年由電氣原因引起的火災在我國各類火災中高居首位[1-2]。電流動作型漏電流保護裝置，即漏電保護器，是低壓電網漏電事故最重要和最基本的保護手段[3-4]。由于對漏電流的部分特性了解不足，現階段漏電流的檢測技術仍然存在缺陷。實踐表明，現階段的漏保，大多數都不能準確辨別人體觸電時的電流信號特征，在線路中存在人體觸電等漏電事故而漏電保護器卻不主動切斷電源(拒動)的問題;或因環境潮濕等原因使電氣設備及線路絕緣阻抗降低，漏電流增加至超過保護器動作閾值而使漏保動作(誤動)[3-5]的問題。

　　電網論文范例:配電網工程施工階段技術研究

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

　　1漏電流的類型及檢測技術剩余電流是指供電線路的瞬時負載電流矢量和，也叫作漏電流[8]。隨著用電設備的種類不斷增加，當發生漏電故障時，所產生的漏電流波形更加多樣。早年電力網絡負載多以線性為主，發生漏電故障時，主要出現工頻正弦交流信號;隨著整流裝置和大量電力電子器件的應用，這一類非線性負載發生漏電故障時，可能出現脈動直流和平滑直流漏電流信號[9]。

　　1.1正弦交流漏電流通常采用電磁式電流互感器進行檢測[10]。其工作原理主要是根據電磁感應定律，互感器檢測電流信號，通過調整電路將信號濾波放大讓單片機進行采樣，接著判別元件分析采樣信號是否大于動作閾值，來決定保護器是否動作。

　　1.2脈動直流漏電流一般在裝有不間斷電源以及變頻器的電路發生接地故障的情況下產生，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直流漏電流的方法，但是其檢測結果與實際情況會有很大的誤差。存在兩個主要原因：①檢測脈動直流漏電流時，電磁式電流互感器磁心磁化方向減少;②直流分量無法感應電動勢，電流互感器二次側不會有電流產生[12]。文獻[9]中提到，檢測該漏電流可采用電壓型磁調制式保護器，已知勵磁電流波形對互感器的工作不會產生影響，故將漏電流與勵磁電流結合，通過檢測結合后的電流，可以檢測脈動直流漏電流。

　　1.3平滑直流漏電流隨著電力電子器件的發展，直流電源得到了廣泛的應用，尤其在高層建筑的應急電源。一旦它們出現漏電，會產生平滑直流漏電流。霍爾電流傳感器法和磁調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[13]中提到了一種B型漏電流保護器，其利用了磁調制式電流互感器和零序電流互感器的結合，經實踐測試，該檢測方式可檢測平滑直流漏電流。

　　2漏電流故障線性負載等效電路模型

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

　　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。低壓電網中漏電保護器一般為三級安裝，分別是總保、中保和戶保。戶保的額定剩余動作電流值一般為30mA，而人體對于電流值十分敏感，閾值皆在毫安級別。人體的擺脫閾值為10mA，室顫閾值為50mA，電流大于30mA，會對人身安全造成威脅，超過50mA則足以致命[14]，此時漏保如果不直接動作，將有可能出現觸電事故。因此需要對人體等效負載電路進行建模，分析觸電漏電流。觸電時，人體阻抗由皮膚阻抗和體內電阻組成。人體阻抗大小與頻率、皮膚的相對濕度、接觸面積等都有一定的關系[15]。該人體阻抗網絡用來進行電灼傷電流測試，稱為不加權人體阻抗模型，只考慮了人體阻抗模型，并沒有對高頻電流進行補償。文獻[15]中提到不同標準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等效電路，R為孔容液電阻，C為介質電容，Z為法拉第阻抗，指的是電流經過硬化水泥時發生電解，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，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電阻。

　　2.3木材等效電路模型木材是樹木砍伐后，經加工供給建筑、家裝和制作各種器件所用材料，其發生漏電現象也十分危險，所以對木材進行等效電路建模也是必要的。

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

　　4低壓電網建模與漏電流仿真分析4.1低壓電網建模據調查統計，我國最主要的兩個低壓電網接地方式為TT接地系統與TN系統，其中農村及鄉鎮以TT系統作為主要的接地系統[17]，至于IT系統則主要使用于各類工廠之中，不計入考慮范圍。因此本次低壓電網模型采用中性點直接接地的TT接地系統，系統只引出N線。

　　5結論

　　本文通過仿真得到了多種故障負載等效電路模型的漏電流波形圖，其結果與現實漏電流波形情況相符，證明了模型的可行性;觀測與對比仿真波形圖，當故障等效電路接入電網中時，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，電網漏電流的幅值以及其畸變程度變小;將多種人體阻抗網絡接入電網中，發現觸電瞬間電流波形發生振蕩，可以利用這一特性，設計在人體觸電或發生接地漏電故障時利用暫態波形變化信號而動作的漏電保護器，為漏電故障的檢測和定位等提供理論依據。

　　參考文獻

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　　作者：許冠煒鄭榮進鄧明在

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