低压电器（２０１１Ｎｏ．１６） ・智能电器・ 电磁式剩余电流断路器剩余动作电流 整定方法的探讨 范 芳 ， 郑永刚’， 卢向海。 （１．三信国际电器上海有限公司，上海２０１２０９； ２ 威克诺森（上海）代表处，上海２０００４１） 摘要：通过对不同生产厂家的剩余动作电流整定方法的对比分析，总结各种方 捕 ＃， 。 ，－、 法的特点。以期达到最优化的工艺流程，提高剩余电流断路器的质量水平，给各剩余电 古Ｔ；Ｉ呈Ｉｌ币研容青 流断路器生产厂家和设备制造商提供有价值的信息。 向为输变电系统。 关键词：电磁式剩余电流断路器；脱扣器；整定方法 中图分类号：ＴＭ ５６１ 文献标志码：Ａ文章编号：１００１—５５３１（２０１１）１６－０Ｏｌ８－０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｅｔｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ ＦＡＮ Ｆａｎｇ ，ＺＨＥＮＧ Ｙｏｎｇｇａｎｇ ，ＬＵＸｉａｎｇｈａｉ （１．ＳＡＳＳＩＮ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｗａｃｋｅｒ Ｎｅｕｓｏｎ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００４ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｃｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｔｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｕｓｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ ｗｅｒｅ ｃｏｒｎ— ｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌ ｆｏｒ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｒｅａｋｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｒｅａｋｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ（ＲＣＣＢ）；ｒｅｌｅａｓｅ；ｓｅｔｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ０ 引 言 磁场，通过充、退磁的方式来实现。 本文通过对不同生产厂家ＲＣＣＢ中动作电流 在配电线路的终端安装剩余电流保护装置， 整定方法的对比分析，总结各种方法的特点，以对 用来保护人身安全、用电设备绝缘故障及防止电 ＲＣＣＢ生产厂家和设备制造商提供有价值的信 气火灾。电磁式剩余电流断路器（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｃｕｒ— 息，共同提高ＲＣＣＢ的质量水平。 ｒｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ，ＲＣＣＢ）因其动作功能与线路 电压无关，仅依靠剩余电流信号的能量直接驱动 １ 电磁式ＲＣＣＢ简述 脱扣器工作，特点是可靠性好、灵敏度高、动作速 度快，因而在欧、美等发达国家普通使用，国内现 电磁式ＲＣＣＢ的原理图如图１所示，其中试 今也正在逐步推广。 验电路由主导线、电阻、按钮等元器件共同组成， 电磁式ＲＣＣＢ中的核心器件是脱扣器。电磁 用以模拟出现剩余电流时产品的工作状况，需要 脱扣器是建立在极化和磁饱和原理的基础上，应 用户定期试验，以确保产品处于正常工作状态。 用永磁和低饱和磁性材料而没计的。ＲＣＣＢ的动 图１中，当Ｌ线与Ｎ线中的电流相等时（矢 作电流整定就是调节脱扣器中的永磁（磁钢）的 量和为零），它们在铁心中产生方向相反、数量相 郑永刚（１９７９一），男，工程师，研究方向为低压断路器、剩余电流保护。 卢向海（１９７８一），男，工程师，研究方向为机械结构。 一１８— ・智能电器・ １一电流互感器；２一试验电阻；３一试验按钮； ４一试验电路；５一二次绕组；６一脱扣器 图１ ＲＣＣＢ原理图 同的磁通，因而相互抵消。当一个小的电流差 （矢量和不为零）在这两电流问存在时，就会引起 铁心磁化，从而在脱扣器线圈中输出一定的电压。 当该电流差达到产品的整定值时，脱扣器衔铁的 吸力与弹簧的反力相平衡，衔铁释放，从而推动机 构跳闸，断开主电路。 脱扣器由磁轭、衔铁、磁钢、去磁线圈和反力 弹簧组成，装入塑料罩壳内。磁轭和衔铁主要由 Ｆｅ、Ｎｉ元素的软磁材料组成，磁钢（永磁）与磁轭 相固定，磁钢产生的磁通与衔铁产生的吸力形成 闭合磁路。 所谓剩余动作电流的整定，是通过调整脱扣 器磁钢的磁通，改变衔铁吸附于磁轭的吸力，使主 电路电流的矢量差在脱扣器去磁线圈中产生的磁 通与磁钢产生的磁通相叠加，从而使衔铁的吸力 与弹簧的反力相平衡。脱扣器保持力、磁铁产生 吸力和弹簧反力之间的关系如图２所示。 Ｆ 一保持力；Ｆ 一永久磁铁产生的吸力； Ｆ 一反力弹簧的反力 图２脱扣器衔铁作用力关系 ２ 永久磁铁退磁曲线 永久磁铁退磁曲线是磁滞回线的第二或第四 低压电器（２０１１Ｎｏ．１６） 象限那部分的曲线，反映一个单调变化的磁场从 饱和状态下退磁的情形，一般称之为Ｂ一日曲 线 。退磁曲线描述的是反磁化过程的前一段 过程，是磁性材料重要的特性曲线，如图３所示。 ８ 儡 ＣＪ＝ｐｏＭ－Ｂ—ｕ Ｈ ｆ｝ Ｈ Ｏ 口Ｂ Ｂ一磁通密度；日一外磁场强度；Ｂ 一剩磁； ＨｃＢ一磁感应矫顽力；日ｃＪ一内禀矫顽力 图３永磁的 一日退磁曲线 在脱扣器的磁路结构中，永久磁铁作为一个 开路元件，工作于磁路要求的退磁状态。永久磁 铁的工作点处在退磁曲线中最大磁能积的上方， 并且靠近该点。这样，可尽量利用永久磁铁的储 存能量，当受外磁场干扰时，其磁化强度或磁通密 度又不至于下降很多，保持磁性稳定。 ３ 国内的整定方法 国内ＲＣＣＢ生产厂家通常先将脱扣器充磁至 饱和状态后装配为断路器成品，然后将总装完成 的ＲＣＣＢ整体进行退磁校验，分多次、多步将剩余 动作电流值整定到标准要求的范围之内。 现今，国内部分只生产ＲＣＣＢ成品的厂家为 了降低退磁校验的工作量，纷纷要求与其配套的 脱扣器生产厂家在脱扣器出厂前进行预先退磁。 操作要求也是模拟ＲＣＣＢ成品工作方式，即将脱 扣器接入互感器二次输出绕组进行退磁，不过设 定的动作电流标准要高于ＲＣＣＢ成品动作电流标 准，经过预退磁的脱扣器组装成品后，生产厂家仅 需极少工作量，就能将ＲＣＣＢ整定完成，节省了校 验时间；脱扣器生产厂家对脱扣器进行预退磁也 起到了对脱扣器的检测作用，对提高ＲＣＣＢ成品 的合格率大有好处。 对于退磁校验工艺，国内各生产厂家也有不 一１９— 低压电器（２０１１Ｎｏ．１６） ・智能电器・ 同的方法。通常的方法是将剩余电流断路器成品 中的脱扣器永久磁铁轴线方向正对退磁设备线圈 的铁心，退磁过程中，产品和退磁线圈固定不动， 服务器及 局域网交换机 调整 一机械：ＲＣＣＢ合闸 高压磁化单元 一精密也流发生器 一条形码扫描仪 传送系统 通过逐步增大输出退磁线圈电压的方法进行退 磁，并且在每进行一次退磁操作后即对产品进行 一电脑 开关 条彤码扫描仪 电机驱动 电源配套 紧急停止 以太网接ｎ 动作电流测试 次动作电流值的检测，以确认整定结果是否达 到要求。具体工艺流程如图４所示。 一机械：ＲＣＣＢ合ｌ甲｜Ｊ 精密电流发生器 条形码扫描仪 Ｎ 蓍 以太网接Ｕ 分选装置 机械：气动分选 条形码扫描仪 图４国内Ｊ一家退磁上艺流程 国内还有少数生产厂家采用另外一种退磁工 艺，即保证退磁电压不变，通过改变产品与退磁线 圈之间的距离达到整定的目的。该方法与上述方 法退磁原理相同，都是通过改变外部的磁场达到 退磁的目的，使产品动作电流整定到要求范围之 内，只是采用该方法对操作人员要求较高，产品与 线圈之间的距离不容易控制，操作的速度相对也 较慢，从而仅在少数生产厂家使用，没有大面积推 广。 ４ 国外的整定方法 国外电磁式ＲＣＣＢ生产厂家，特别是欧洲的 著名厂商（如ＡＢＢ、西门子、ＧＥ、海格公司等），由 于工业化时问早，具有自动化程度高、设计先进等 诸多优势，对部件的加工以及成品的总装、校验、 检测等工序均实现自动化，故校验和检测多采用 系统进行操作，如图５所示。 与国内各生产厂家不同，对ＲＣＣ１３动作电流 的整定，国外的厂家是先将产品中的脱扣器充磁 饱和，然后退磁。调整波形图如图６所示。 在完成退磁调整后，接着检验动作电流，以确 认是否达到整定要求；依据检验结果，判定下一操 作循环对退磁电压的调整，若没有达到整定要求 的，重新再充磁饱和后再退磁，直至整定到要求范 围时止。对于操作循环的次数，可以人为设置。 具体工艺流程如图７所示。 一２０一 以太 接Ｕ 图５ 国外生产， 家调整和检测系统冈 图６ 国外生产厂家调整波形图 零图７ 国外厂家退磁工艺流程 ５ 结 语 通过对电磁式ＲＣＣＢ工作原理的介绍，以及 对脱扣器中磁性材料磁滞回线的说明，重点对国 （下转第２９页） ・分布式电源・ 低压电器（２０１１Ｎｏ．１６） １０ ｆｅｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｄ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ，１９９９ ｆ ５ ｌＩＩＩｌＩ．１ｌ１．１一 山ｌＩＩＩ ｌ——莳馈控制．▲－ （１６）：８４７—８５０． ［３］ ＪＯＮＫＭＡＮ Ｊ Ｍ．ＢＵＨＩ ＪＲ Ｍ Ｌ．Ｆａｓｔ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｇｕｉｄｅ 瓣。 Ｔｅｃｈ．Ｒｅｐｏｒｔ［Ｒ］．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏ— ｒａｔｏｒｙ，Ｇｏｌｄｅｎ，Ｃｏ，２００５． 一５ ！ 『 ｆ『 ７ｒＩ ｉ ［４］ 贺德馨．风工程与工业卒气动力学［Ｍ］．北京：国 ｌＯ 防工业出版社，２００６． ０ ｌ０ｏ ２００ ｏ。 如。 ｏ。 ［５］ ＶＡＮＤＥＲ Ｈ Ｅ Ｉ ，ＳＣＨＡＡＫ Ｐ，ＶＡＮＥＮＧＥＬＥＮ Ｔ Ｇ． Ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ［Ｒ］．Ｈｏｌｌａｎｄ：Ｄｕｔｃｈ 图９两种控制策略下的变桨速率的响应曲线 ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ａｆｆａｉｒｓ．２００３：６９—７５． ５ 结 语 ［６］ ＭＵＨＡＮＤＯ Ｅ Ｂ，ＳＥＮＪＹＵ Ｔ．ＵＲＡＳＡＫＩ Ｎ．ｅｔ ａ１． Ｇａｉｎ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ＷＴＧ ｕｎｄｅｒ 传统的ＰＩ变桨距调节系统在额定风速以上 ｗｉｄｅｌｙ ｖａｒｙｉｎｇ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ 时，难以抑制输出功率波动。本文提出了一种通 Ｅｎｅｒｇｙ，２００７（３２）：２４０７—２４２３． 过有效风速估计的前馈控制策略，相对于传统控 ［７］ ＧＲＥＷＡＬ Ｍ，ＡＮＤＲＥＷＳ Ａ Ｐ，Ａｎｄｒｅｗｓ．Ｋａｌｍａｎ 制，该前馈控制策略能够在大范围变化的风况下 Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｌａｂ［Ｇ］．Ａ Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ￥ｓｏｎｓ．Ｉｎｃ．．２００８． 实现功率的优化控制，能提升风力发电机组控制 ［８］ 王秋瑾，张新房．基于ＷＬＳ—ＳＶＭ的变速风力机有 系统的整体效能。对２ ＭＷ风力发电机组的仿真 效风速估计［Ｊ］．系统仿真学报，２００５，１７（７）： 结果表明，当风速增大或减小时，前馈控制器及时 １５９０—１５９３． 增大或减小桨距角设定值，降低了风力发电机组 ［９］ ＭＡ Ｘ．Ａｄａｐｔｉｖｅ ｅｘｔｒｅｎｍｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ 输出功率波动，对改善并网风力发电机组的电能 ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｄ］．Ｌｙｎｇｂｙ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｎ— 质量上具有积极意义。由于该控制方法是基于 ｍａｒｋ，１９９７． Ｆａｓｔ软件平台的仿真，有待于现场试验的进一步 ［１０］ ＲＯＣＨＡ Ｒ．Ａ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ａ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ 验证。 ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ａｔ ｐａｒｔｉａｌ ｌｏａｄ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ，２０１０，１（１）：１—１０． 【参考文献】 ［１ １］ 毛恒．基于不完全微分ＰＩＤ算法的神经网络控制 松坂知行，王丽珠・风力发电机输出功率波动的稳 『ｌ２１ ［Ｄ］．泉州：华侨大学，２００３． 定性控制［Ｊ］．大中型风力发电技术，２０００（１）： 郭鹏．模糊前馈与模糊ＰＩＤ结合的风力发电机组 】】０—１２１． 变速变桨距控制［Ｊ］．叶 国电机工程学报，２０１０，３０ （８）：１２３—１２８． ［２］ ＫＯＤＡＭＡ Ｎ，ＭＡＴＳＵＺＡＫＡ Ｔ，ＴＵＣＨＩＹＡ Ｋ，ｅｔ ａ１． Ｐｏｗｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｗｉｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂｙ ｕｓｉｎｇ 收稿日期：２０１１—０５—２７ （上接第２０页） 内、外ＲＣＣＢ生产厂家对剩余动作电流的整定方 出版社，２００５． 法作了说明，并进行了对比分析，希望能对国内生 ［２］ＨＹＴＲＯＮ Ｇ Ｈ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｙｔｒｏｎ．ｄｅ／ｅｎｇｌｉｓｈ／ｔｅｅｈ— 产厂家提供有价值的信息，以提高ＲＣＣＢ的质量 ｎｉｋ／ｈｏｍｅ．ｈｔｍ［Ｇ／ＯＬ］． 水平。 收稿日期：２０１０—０８—１０ 【参考文献】 ［１］塞尔米厄．先进磁性材料手册［Ｍ］．北京：清华大学 ２９—
