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在低壓配電系統(tǒng)中，漏電斷路器用于防止電氣火災(zāi)和保護(hù)人身觸電安全。由于電磁式漏電斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)不需要輔助電源，且工作穩(wěn)定可靠，在國(guó)內(nèi)外廣泛使用。漏電斷路器在運(yùn)行過(guò)程中其動(dòng)作特性會(huì)受假剩余電流等干擾因素的影響，除此之外，雷擊浪涌電流等大電流通過(guò)電磁式漏電斷路器時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)比較強(qiáng)，很容易影響漏電斷路器的工作特性，可能導(dǎo)致漏電斷路器誤動(dòng)作甚至損壞，因此必須對(duì)電磁式漏電斷路器進(jìn)行外界磁場(chǎng)干擾分析，找出敏感元件，并對(duì)其進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)。

添加磁屏蔽措施可降低外界干擾磁場(chǎng)對(duì)電磁式漏電斷路器的影響，提高電磁式漏電斷路器抗雷擊浪涌電流干擾的能力，磁屏蔽可以分為恒定磁場(chǎng)屏蔽和交變磁場(chǎng)屏蔽。一般情況下，可以采用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料進(jìn)行恒定磁場(chǎng)和低頻交變磁場(chǎng)的屏蔽，鐵磁材料可以改變磁力線的走向，將大部分磁通集中在鐵磁材料內(nèi)部，以達(dá)到屏蔽效果；可以采用高電導(dǎo)率的材料進(jìn)行高頻交變磁場(chǎng)的屏蔽，在時(shí)變磁場(chǎng)下導(dǎo)電材料內(nèi)部產(chǎn)生渦流，從而抵消大部分干擾磁場(chǎng)。

目前，現(xiàn)有的磁場(chǎng)屏蔽研究主要針對(duì)工作磁場(chǎng)強(qiáng)、體積大的電氣設(shè)備，與工作磁場(chǎng)弱、體積小的電磁式漏電斷路器的磁屏蔽有一定區(qū)別。正常情況下通過(guò)漏電斷路器的負(fù)荷電流較小，因此正常負(fù)荷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)其特性影響較小。如果線路發(fā)生過(guò)載或短路故障，其電流通過(guò)漏電斷路器時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾磁場(chǎng)。另外當(dāng)配電線路遭受雷擊時(shí)，由于雷擊浪涌電流非常大，也可能會(huì)導(dǎo)致漏電斷路器誤動(dòng)作甚至損壞。雷擊浪涌電流對(duì)漏電斷路器的影響非常復(fù)雜，包括線路傳導(dǎo)干擾和空間磁場(chǎng)耦合干擾。

空間磁場(chǎng)耦合干擾主要是浪涌電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)直接對(duì)漏電斷路器造成干擾，對(duì)此，省部共建電工裝備可靠性與智能化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、河北省電磁場(chǎng)與電器可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司的研究人員李奎、李常宇、牛峰、羅晨、武一，在2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，對(duì)電磁式漏電斷路器的空間磁場(chǎng)干擾問(wèn)題進(jìn)行研究，確定了磁脫扣器的敏感方向，并對(duì)導(dǎo)體走線結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其抗干擾能力達(dá)到20kA以上。

圖1 雷擊浪涌電流干擾實(shí)驗(yàn)設(shè)備

研究人員通過(guò)分析電磁式漏電斷路器工作特性，發(fā)現(xiàn)磁脫扣器對(duì)外界磁場(chǎng)最為敏感，平行于磁脫扣器磁路平面方向的外界磁場(chǎng)對(duì)其影響最大，而外界磁場(chǎng)方向與磁脫扣器磁路平面垂直時(shí)，外界磁場(chǎng)影響最小。

圖2 漏電斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

另外，他們指出電磁式漏電斷路器內(nèi)部導(dǎo)體應(yīng)盡量遠(yuǎn)離磁脫扣器，且其走線方向應(yīng)與磁脫扣器磁路處于同一平面，電流通過(guò)內(nèi)部導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁脫扣器影響最小。而采用高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的鐵磁材料設(shè)計(jì)磁脫扣器屏蔽罩，可以減少大電流產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)對(duì)磁脫扣器的干擾，同時(shí)應(yīng)避免屏蔽罩沿磁脫扣器磁路面的垂直方向開(kāi)槽，防止屏蔽罩屏蔽效果的降低。

研究人員表示，通過(guò)對(duì)電磁式漏電斷路器內(nèi)走線的優(yōu)化設(shè)計(jì)和磁脫扣器的磁屏蔽設(shè)計(jì)，可以有效降低外界磁場(chǎng)和內(nèi)部負(fù)荷電流對(duì)電磁式漏電斷路器的影響，提高其抗空間磁場(chǎng)干擾的能力。

本文編自2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電磁式漏電斷路器的空間磁場(chǎng)抗擾分析及屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。