[发明专利]电子脱扣器的畸变电流检测误差校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子脱扣器畸变电流检测误差校准方法。

背景技术

近年来，许多工厂和企业都发生过电子脱扣器非故障动作导致低压断路器无故跳闸问题，由此引发的停电事故不仅威胁设备和人身安全，而且造成了严重的经济损失。调查发现，这些低压配电网的负荷主要为大容量UPS、变频调速电机、整流器、电弧炉典型的非线性负荷，它们在工作过程中电流会产生严重的畸变，这是导致电子脱扣器非故障动作的主要原因之一。IEEE电力系统可靠性委员会也曾对低压断路器的可靠性进行了调查，结果表明断路器脱扣器的脱扣校准故障率最高，为机械故障、电触头故障的2倍甚至更高。低压配电网中大容量非线性负荷的种类和数目越来越多，电流畸变日益严重，这对普通电子脱扣器的动作准确性是一个巨大的威胁。所以，定量分析畸变电流对电子脱扣器检测误差的影响，提出一种畸变电流下的电子脱扣器检测误差校准方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种电子脱扣器畸变电流检测误差校准方法；上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种畸变电流下的电子脱扣器检测误差校准方法，包括如下步骤：

(1)分析典型非线性负荷的波形特征

a.单相非线性负荷

单相非线性负荷广泛分布于商业和民用供电系统中，其中典型的有电子荧光灯、开关电源以及单相整流器，附图1给出了几种典型负荷的电流波形。电子荧光灯由于使用了电子镇流器，其输入电流波形发生严重畸变，波形如附图1(a)所示，为明显的三角尖脉冲。个人计算机、打印机、电视机以及其他单相电子设备普遍采用开关电源，其交流侧电流3次谐波含量很高，波形如附图1(b)所示，呈现很短的尖脉冲。单相整流器为获得较平稳的输出电流，通常带有大电感，其输入电流波形如附图1(c)所示，为矩形方波；

b.三相非线性负荷

三相非线性负荷广泛应用于工业和大型商业场所，典型的有大功率UPS、变频调速电机以及三相整流器，附图2给出了几种典型负荷的电流波形；大功率UPS的输入侧电流会发生畸变，波形如附图2(a)所示，呈现“双拱”形；变频调速电机在出力较大时的输入侧电流将产生严重的畸变，波形如附图2(b)所示，呈现出“双三角”形。三相整流器直流侧有大电感时，输出波形较平稳，交流侧电流波形如附图2(c)所示，呈近似的矩形方波；

通过分析典型非线性负荷的电流波形，按其特征可归纳为两大类：一类是尖顶波，一类是平顶波。由于多数畸变波形的精确表达式难以求得，因此可采用分段线性化的方法来简化分析，如附图3所示；附图3(a)所示的尖顶波与纯正弦波相比已产生严重畸变，用分段线性化的方法对其进行近似拟合，可等效为三角波；附图3(b)所示的平顶波与纯正弦波相比也有明显畸变，同样用分段线性化的方法将其近似等效为矩形方波；

(2)电子脱扣器畸变电流检测误差计算

附图4所示为等效后典型畸变电流波形，其正、负半波镜对称。图中正半周波峰值为I_p，周期为T，半周导通时间为t_on，三角波峰值出现时刻与起始导通时刻差值为t₀，有效值为I_RMS，正半周波均值为I_av；

波形占空比：

峰值系数：

波形系数：

利用式(2)和式(3)可求得三角波和矩形波的峰值系数及波形系数两个特征量，它们只与波形占空比α有关。三角波、矩形波与纯正弦波的峰值系数和波形系数对比如表1所示；

表1三种波形的参数对比

基于电流峰值检测的电子脱扣器通过检测到的电流峰值乘以系数K，其中K为纯正弦波峰值系数的倒数，即0.707，来得到电流有效值；基于电流均值检测的电子脱扣器通过检测到的电流均值乘以系数K’，其中K’为纯正弦波的波形系数，即1.111得到电流有效值；对于标准正弦波，两种检测方法均能正确反映实际电流有效值，但当波形发生畸变时，两种检测方法所得到的电流有效值有很大误差，可能引起电子脱扣器误动作；峰值系数K_P和波形系数K_W两个特征量，分别反映了电流波形峰值和均值与有效值之间的关系，可用以定量分析畸变电流下基于峰值检测和均值检测两种电流检测方式的检测误差；

为了直观、定量地分析畸变电流下电子脱扣器的脱扣电流检测误差，定义峰值因子：

均值因子：