漏电断路器可靠性及失效机理研究刘芳义

漏电断路器可靠性及失效机理研究刘芳义

刘芳义

天津电气科学研究院有限公司天津市300300

摘要：随着国家经济的快速发展，国民生活水平进入崭新时期，人们对电能的利用更上一层台阶，接踵而来的是漏电故障事故的增多，漏电断路器的出现可以有效的解决漏电故障问题，保证用电的安全性。基于此，本文主要阐述了漏电断路器的工作原理以及漏电断路器可靠性和失效机理之间存在的关系，并通过分析影响漏电断路器失效的原因提出相应的解决措施，供相关人员参考。

关键词：漏电断路器；可靠性；失效机理

1漏电断路器工作原理

根据故障电流流通路径，断路器分为3个工作阶段，即故障检测阶段t0—t1、电流转移阶段t1—t2、能量吸收阶段t2—t3。假设在t0时刻发生故障，VT3—VTm处于关断状态，VT1、VT2处于闭合状态，电流从主回路流向故障点，在t1时刻，关断VT1、VT2，给VT3—VTm触发信号；在t1时刻后，电流从电流转移回路流向故障点，UFD断开，与故障电流检测阶段相比，电流流通回路上多了1台限流装置，由于存在电感L2，主支路电流转移到转移回路时会产生一定的延迟，故障电流的上升速度变慢，有助于为故障电流检测赢得更多时间，以减小误判的几率；在t2时刻，VT3—VTm关断，在t2时刻后，电流流过能量吸收回路，MOA吸收电感释放的能量，在t3时刻电流降为0，RCD断开，防止避雷器热过载。断路器工作原理图如图1所示。

图1：漏电断路器工作原理

2漏电断路器可靠性与失效机理之间的关系

漏电断路器的主要作用是保护电流正常通过，保证用电的安全，从漏电断路器的使用性能中可以了解到，漏电断路器的使用性能包括了两种，一种是对剩余电流进行保护，另一种是对剩余电流的操作，例如，电气设备在正常工作的情况下，漏电断路器就不会工作，如果漏电断路器中出现一些电流故障，漏电断路器在此时就会发挥作用，对电流和电气设备进行保护，防止电气设备由于电流故障出现的用电事故。电气或者机械故障原因引发失效是漏电产品中最常见的故障形式。导致电气故障的原因有晶闸管元件的损坏、压敏电阻的损坏、试验电阻损坏、二极管、零序互感器以及集成芯片的损坏等；机械故障主要有联动机构滑扣、接线端子生锈及塑料件断裂变形造成的拒动，脱扣线圈的烧毁，开关手柄断掉等[1]。

漏电断路器的可靠性和失效机理之间存在很深的联系，一般漏电断路器中常见的三种漏电断路器失效模式是误动作或是操作失误又或是拒动作，想要提升漏电断路器的可靠性就需要从漏电断路器的上述三种失效模式进行考虑，因此，漏电断路器的可靠性是防止漏电断路器失效的重要保证，失效机理的漏电断路器进行可靠性分析的前提。

3.漏电断路器的失效机理

3.1漏电断路器的失效原因

漏电断路器的会出现失效现象，影响其失效的因素有很多种，其中包括了漏电断路器所处位置外在环境因素，漏电断路器自身内部因素等，漏电断路器的使用环境对于漏电断路器的使用性能影响较为严重，下面具体阐述一下几种引起漏电断路器失效的因素：

（1）温度

漏电断路器在使用过程中，如果使用的温度发生变化，就会导致电气设备中的一些电子器件发生变的话，例如温度会影响电子的电解过程中和电容过程，电容量会根据温度的升高而降低，对于电子元件的使用性能造成严重的影响，过高的温度会加快电子元件的老化，从而造成漏电断路器的失效[2]。

（2）湿度

水分子是一种运动的分子，漏断断路器的使用环境长时间的处于潮湿的环境中，对于漏断断路器中的电子元件会造成严重的腐蚀，加快电子元件的腐速度，同时由于水分子的运动，漏电断路器的材料被水分子吸附和渗透，使得材料的使用性能降低，水是可以导电的，会造成材料的绝缘性减低，从而漏电断路器在使用中出现失效。由于水的存在，离子发生迁移变化，导致漏电断路器出现误动作，致使漏电断路器失效。

（3）振动

电器在使用过程中，经常会出现震动的情况，在电气设备发生振动的过程中可能电气设备就会出现故障，一般由于振动出现的电气设备故障，是因为在振动过程中导致漏电断路器的零件脱落或是松动，从而导致线路出现中断，使漏电断路器失效[3]。

（4）零序电流互感器中线路分布不对称

电磁路出现不平衡性致使漏电断路器出现失效现象，在漏电断路器中，控制电磁平衡的一个元件的零序电流互感器，正常情况下，围绕在零序电流互感器周围的一次导线的电磁是平衡的，也就是说电流产生的矢量和是不变的即矢量和为零，但是由于线路位置的不对称，造成电流产生的势能发生变化，从而使电流磁场发生变化，这就导致了电磁路的不平衡，进一步造成漏电断路器的失效。

（5）谐波

谐波是供电中常见的一种问题，谐波造成漏电断路器出现失效即误动作的原因是，由于谐波的出现，会使漏电断路器在使用过程中增加铜的消耗量和铁的消耗量，铜和铁消耗的增加，在消耗过程中会是温度升高，温度升高就会导致漏电断路器的绝缘性降低，绝缘材料的老化速度加快。

（6）过电压及电磁干扰

漏电断路器中是有线路板和变压器电磁接触器存在的，电气设备在使用过程中，假如出现由于操作原因出现的过电压以及电磁波的出现，就会导致漏电断路器出现误动作的现象，电流变大，电阻抗值变小，漏电断路器就会出现失效。

3.2漏电断路器的失效机理修复

（1）将漏电断路器的元件产品工艺提高以及提高组装工艺

前文已经阐述了漏电断路器的使用环境也会造成漏电断路器的失效，因此，解决环境因素温度、湿度造成的失效可以从两个方面进行，一是将电子元件的生产工艺提高，增减电子元件的使用性能和使用寿命，能够降低温度以及湿度的影响，比如在电子元件上喷涂三防漆；二是在进行漏电断路器安装时，提高组装工艺，将漏电断路器固定好，提升稳固性，防止振动出现的零件松动和脱落问题的出现。

（2）零序互感器平衡性能的提升

保证一次线圈的位置需要靠近铁芯的中心位置，同时保证二次线圈在零序互感器周围均匀分布，避免出现不对称，导致零序互感器平衡性紊乱，另外还需要尽量避免外界磁场的干扰，在安装零序互感器就需要注意其安装的的周围环境，如果没有办法避开的情况下，可以选择使用相应的电磁屏蔽技术解决外界电磁干扰问题[4]。

（3）将漏电断路器的线路板进行改进

在线路板中增添放大电路，可以有效的避免温度因素的印象以及过电压和电磁的影响，有效的改善漏电断路器中由于温度、电磁、过电压导致的漏电断路器的误动作失效。

4.总结

总上所述，漏电断路器中存在的失效机理主要是误动作以及过电压，造成漏电断路器失效的因素有好几种，包括温度、湿度、振动、以及谐波等，解决这些原因造成的失效机理可以从三个方面进行，提高漏电断路器的组装工艺、提高零序互感器平衡性能以及改进线路板的连接方式等，有效的促进用电安全。

参考文献：

[1]刘帼巾，岳承浩，李想.漏电断路器的步进加速退化试验方案研究[J/OL].电测与仪表：1-6[2019-10-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20190902.1412.004.html.

[2]徐晓安.漏电保护技术及其应用探究[J].通信电源技术，2019，36（08）：235-236.

[3]王亮.可通信的配电线路末端剩余电流保护装置研制和技术分析[J].农村电气化，2019（08）：69-71.

[4]赵章吉.巧用漏电断路器诊断电路故障[J].农村电工，2019，27（08）：35.