电磁式漏电开关的空间磁场抗扰分析_商明越.pdf

设备管理与维修2023 5（下）（4）在设备进行入到停机状态，需要组织设备维修专家对石油机械设备进行全面查验，在保证设备各项结构与零件符合应用条件下进行机械设备重启。4结束语石油机械设备的故障诊断工作非常重要，因此需要构建石油机械设备状态的故障监测诊断系统，利用其及时识别故障及潜在故障，尽早处理好设备的安全隐患问题，提高石油机械设备的管理效率。参考文献1汪春.石油机械设备的无损检测技术 J.工程建设与设计，2022（23）：152-154.2李政.在线监测技术在海洋石油平台设备状态监测中的应用 J.中国设备工程，2020（21）：247-248.3刘振方，何伟.基于激光拉曼光谱的海洋石油钻探设备潜在性故障监测系统 J.激光杂志，2022，43（8）：211-216.编辑吴建卿0引言在低电压配电网中，漏电流开关是一种常用的电气设备，它能有效地防止电气设备的泄漏，也能起到一定的防护作用。在低电压的电力分配中，采用一种新型的漏电开关，以避免发生电器起火事故。在线路出现泄漏或被人触摸时，可以快速地将其断开，从而避免了由于漏电而引起的火灾、损坏设备和人员的伤害。电磁型漏电开关因其构造简便、无需外部供电、运行平稳、可靠性高等特点而被广泛应用。在工作的时候，漏电开关的操作性能会受到各种因素的干扰，另外，当大电流如雷击浪涌电流等经过电磁式漏电开关时，会形成一个非常强大的磁场，很容易对漏电开关的工作性能造成不利的影响，从而造成漏电开关误操作，乃至造成严重的破坏。因此，必须对电磁式漏电开关外部磁场的干扰进行分析研究，找到敏感部件，并对其进行屏蔽。为了确保该漏电开关的工作可靠性，通过对其电气线路的改造，使其在冲击测试中出现误跳闸和失效现象明显减少。1电磁式漏电开关内部导体结构设计1.1电磁式漏电开关的敏感元件电磁型漏电流开关的泄漏防护组件一般包括零序互感器、电路板、电磁脱扣器、测试按钮电路以及操作装置。在主线路发生漏泄电流的情况下，由于主线路上的电流的两个相量之和都不是 0，则残余的电流变压器就会向电路板发出一个激励信号，使得磁解扣装置启动，从而将短路的电流回路截断。在通常的工作条件下，永久磁铁会产生比弹性反作用力更大的电磁式吸力，从而使磁性解除装置处于一个平稳的吸合阶段；在发生漏电故障时，由电路板发射的驱动信号通过磁剥离线圈，形成一个反转的电场，消除在衔铁与磁轭处的永磁体所形成的磁通量，电磁吸力矩比弹性反力矩小，使得磁剥离无法保持一个吸合的状态，从而推动漏电开关的动作。由此，可以根据接触表面的磁通改变来判断其移动情况。通常，在没有外部供电的条件下，漏电流的大小不超过30 mA，而磁解扣装置在 90120 mV 的高压下将会工作。当外部的干扰磁场超过 3.5 mT 的时候，就会导致磁解扣器误动作，因此，磁解扣器属于电磁式漏电开关中的一个敏感元件，非常容易受到外部磁场的影响。1.2磁脱扣器敏感方向分析作为一类具有代表性的电磁学器件，外部环境的扰动会对其磁路场强进行改变，进而对其启动电流产生一定的作用，并有可能引起其失效。在磁解扣装置的磁回路中，外部磁场与永磁体所形成的磁场反向作用，电枢的磁吸力小于比弹性反力矩，电枢和磁轭间无法维持吸附，造成磁解扣装置的误动作。为了检验磁解扣过程中各方位的磁场对磁解扣过程的作用，本项目首先利用电磁线圈生成一个均一的磁场，然后在各个方位分别引入一个外部的扰动磁场，再利用不同的电流得到一个幅度的磁场。在磁解压装置中，电枢与磁轭部接触表面的磁感因外加电场的方向而有差异。当电枢与磁轭端接触表面的磁感受力变化较大时，则表示外部的磁场对其影响较大。将 3.5 mT 与 100 mT的一致的磁场分别加到该磁解扣装置上，其中 100 mT 与 20 kA摘要：对电磁型漏电开关的工作特点进行研究，结果表明：磁性漏电流开关受外部电场的作用最大，且与磁性漏电流开关的磁路面平行的外部电场对其作用最大。对漏电器的内导系统进行优化，使其与磁解扣装置的磁路处于同一平面时，外导系统中负载电流所引起的磁场对磁解扣装置的作用最小。关键词：漏电开关；磁脱扣器；空间磁场干扰；磁场屏蔽中图分类号：TM643文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.18电磁式漏电开关的空间磁场抗扰分析商明越（大庆石化公司培训中心，黑龙江大庆163000）40设备管理与维修2023 5（下）的电流在该泄漏器内载流导线上所形成的外部磁场大致相同。1.3电磁式漏电开关内部导体最优走线结构对于电磁型漏电开关，由于其内部带电流的导线是其产生的最直接的磁场源，所以必须对导线的走线方式进行分析。电磁型漏电开关的内导体应该与磁开关的磁路处于同一个平面，尽量不要从侧面绕入，这样可以减少导线中的电流对磁开关的影响。同时，为了减小电流导线在触发装置上所形成的磁场，减小电流导线对触发装置的干扰，电流导线与触发装置之间的距离越远越好。由于受到开关结构及空间等因素的制约，其内部的载流导线可能发生弯曲、偏移等现象，而载流导线中的电流所引起的磁场对磁解扣装置的作用仍然存在。因为弯、倾等因素，两个物体会有一个角度。2磁脱扣器的空间干扰磁场屏蔽高磁性材料在微弱磁场下具有良好的防护性能，但当大电流流过，形成更强的干扰磁场时，作为屏蔽层的导磁材料将会发生饱和，从而显著降低屏蔽层的性能。1J50 坡莫合金具有很高的磁导率和很低的饱和磁感，而 DT4 材料具有很高的饱和磁感，Q235 材料则具有很小的饱和磁感。在此基础上，通过模拟不同的磁导材料对磁解扣装置的屏蔽效应，得出了在不同的峰值电流下，磁解扣装置的磁轭部吸合表面磁场的变化情况。当脉冲电流不大时，具有高磁导率的 1J50 坡莫合金具有最佳的屏蔽性能，而低磁导率的碳素钢 Q235 具有最低的屏蔽性能；当脉冲电流峰增大时，Q235 材料的饱和磁场强度越大，其电磁防护性能越好，1J50 坡莫合金的电磁防护性能最差。这主要是因为当脉冲电流很低时，所形成的空间干扰磁场很低，并且在不饱和的情况下，具有很高的磁导率，所以具有很好的屏蔽性能。然而，当电磁辐射电流增加时，电磁辐射所形成的电磁辐射磁场会越来越强，导致电磁辐射的饱和，从而使电磁辐射性能下降。随着脉冲电流的不断增大，3 种绝缘材料的绝缘体在脉冲电流的作用下，其绝缘性能都有了很大的降低。所以，当干扰磁场振幅很小的时候，应该采用高磁透率的屏蔽材料，当干扰磁场振幅很大的时候，应该采用高饱和磁感应强度的屏蔽材料。3实验验证由于雷电冲击时产生的磁场在微秒量级范围内，通常难以实现对磁解扣装置与磁轭部接触表面的磁感应的精确测量，但可以从电磁型漏电开关在雷电的冲击电流作用下有无发生故障来间接地判断。当雷击入地电流较大时，会产生较好的保护效果。图 1 是一种能在 8/20 s 内产生 30 kA 峰值的雷电冲击电流干扰试验装置。首先分析电磁型绝缘开关的内线构造。某电磁式漏电开关的内部载流电线位于磁脱扣器的一侧，其形状与图 2 a）显示的相同，其抗雷击电流的能力比较小，仅为 1.0 kA。但是，通过改良将其内部导线进行优化，使其在磁脱扣器的下面，这样就可以基本维持导线与磁脱扣器磁路在同一个平面上（图 2b），其抗雷击电流的性能得到极大提升，达到了 15.4 kA。通过试验，证实了电磁型绝缘开关内部导线结构在抵抗雷击干扰方面的不同，当内部载流导线与磁脱扣器的磁路处于同一个平面时，导线中的电流对磁脱扣器的影响最小。在电磁型绝缘子直接位于磁解扣装置下方时，对其进行屏蔽盖的保护作用试验。屏蔽罩使用 1 mm 厚的碳钢 Q235 材料制作，对其展开一系列雷击波涌电流干扰试验，在没有使用其他的防护方式的情况下，漏电开关在使用时产生的雷电流峰值是 15.4 kA，而在使用具有高饱和磁感应强度的碳钢 Q235 材料的情况下，其误操作的雷电流的峰值达到了 21.2 kA，其抗干扰性能得到提升。4结论针对电磁型漏电开关在大范围内存在的电磁扰动问题，通过对其灵敏度的分析，建立适用于电磁型漏电开关的感应角，在此基础上，通过对导线的布线及屏蔽层的优化，获得 20 kA 的抗扰动性能。实验结论如下：（1）当外部磁场与磁性取扣器磁路的磁力线相垂直时，外部电场对磁性取扣器磁路内磁力线的作用最大；而当外部磁场与磁解扣器磁路面相正交时，外部磁场对其的作用最弱。（2）电磁型漏电开关的内导线要尽可能地与磁性漏电装置相距较远，并且其线路走向要与磁性漏电装置的磁路在一个平面上，这样电流穿过内导线时所引起的磁场对磁性漏电装置的作用最小。（3）使用具有高饱和性的铁磁性材料的防护罩盖，能够减小因大电流引起的空间磁场对磁性逃逸的影响，并且防护罩盖上不能在磁性轨道上形成沟槽，从而减小其对电磁逃逸的影响。参考文献1梁安平.开关电源抗电磁干扰的研究与分析 J.电气开关，2009（1）：13-15，19.2胡建平.电磁式漏电保护脱扣器失效分析 J.电气技术，2015（8）：106-108.编辑李波图 1雷击浪涌电流干扰实验设备图 2漏电开关内部结构41