畸變電流下的電子脫扣器校準(zhǔn)誤差分析

牛純春，趙莉華，馮政松，牛帥杰，付榮榮

畸變電流下的電子脫扣器校準(zhǔn)誤差分析

牛純春，趙莉華，馮政松，牛帥杰，付榮榮

(四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

畸變電流會(huì)引起電子脫扣器誤動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致低壓斷路器無故跳閘。利用峰值系數(shù)KP和波形系數(shù)KW，分析了三角波和矩形波這兩種典型的畸變電流波形對不同電流檢測及控制處理方式電子脫扣器的影響，克服了諧波電流總畸變率(THD)難以準(zhǔn)確、定量分析諧波電流對電子脫扣器校準(zhǔn)誤差影響的缺陷。通過峰值檢測校準(zhǔn)誤差曲線和均值檢測校準(zhǔn)誤差曲線可以準(zhǔn)確、直觀地看出不同畸變波形下峰值檢測和均值檢測的校準(zhǔn)誤差。根據(jù)非線性負(fù)荷的波形特征及校準(zhǔn)誤差曲線，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整動(dòng)作電流整定值，能夠在一定程度上避免畸變電流導(dǎo)致的電子脫扣器頻繁誤動(dòng)作現(xiàn)象。

電子脫扣器(ETU)；畸變電流；峰值檢測；均值檢測；校準(zhǔn)誤差

0 引言

近年來，許多工廠和企業(yè)都發(fā)生過脫扣器非故障動(dòng)作導(dǎo)致低壓斷路器無故跳閘問題，由此引發(fā)的停電事故，不僅威脅設(shè)備和人身安全，而且造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些低壓配電網(wǎng)的負(fù)荷主要為大容量UPS、變頻調(diào)速電機(jī)、整流器、電弧爐等典型的非線性負(fù)荷，它們在工作過程中電流會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，這是導(dǎo)致脫扣器非故障動(dòng)作的主要原因之一。IEEE電力系統(tǒng)可靠性委員會(huì)也曾對低壓斷路器的可靠性進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明斷路器脫扣器的脫扣校準(zhǔn)故障率最高，為其他故障(機(jī)械故障、電觸頭故障)的2倍甚至更高[1]。低壓斷路器脫扣器可分為熱磁脫扣器、電子脫扣器以及智能脫扣器，目前在用的低壓斷路器中使用最多的仍是電子脫扣器。文獻(xiàn)[2]指出，電子脫扣器能否用在電流發(fā)生畸變的情況下，取決于其電流檢測方法，因?yàn)椴皇撬械姆椒ǘ寄軝z測電流的有效值(又稱方均根值或RMS值)。常見的峰值傳感器和均值傳感器均不能準(zhǔn)確反映畸變情況下電流的有效值。國內(nèi)外已經(jīng)有針對低壓斷路器脫扣器的研究，主要集中在以下幾個(gè)方面：一是電壓暫降或失壓對脫扣器的影響[3-4]，二是低壓斷路器脫扣特性仿真分析[5]，三是低壓斷路器脫扣器的可靠性分析[6]，四是智能脫扣器設(shè)計(jì)[7]?；冸娏鲗﹄娮用摽燮鲃?dòng)作特性影響方面的研究還較少，且主要為定性分析[8]。低壓配電網(wǎng)中大容量非線性負(fù)荷的種類和數(shù)目越來越多，電流畸變?nèi)找鎳?yán)重[9-11]，這對普通電子脫扣器的動(dòng)作準(zhǔn)確性是一個(gè)巨大的威脅。所以，定量分析畸變電流對電子脫扣器校準(zhǔn)誤差的影響具有重要意義。

本文基于三段電流保護(hù)特性曲線來說明電子脫扣器的電流保護(hù)原理，針對常用的峰值電流檢測和均值電流檢測方式，利用峰值系數(shù) KP和波形系數(shù)KW兩個(gè)特征量，定量分析了兩種典型畸變電流(三角波和矩形波)情況下兩種檢測方式的脫扣校準(zhǔn)誤差，得到峰值檢測校準(zhǔn)誤差曲線和均值檢測校準(zhǔn)誤差曲線。指明了通過諧波畸變率(Total harmonic distortion，THD)來分析畸變電流下電子脫扣器校準(zhǔn)誤差的誤導(dǎo)性。校準(zhǔn)誤差曲線可作為畸變電流下電子脫扣器動(dòng)作值整定的重要依據(jù)。

1 電子脫扣器保護(hù)特性

電子脫扣器的保護(hù)特性包括：三段式電流保護(hù)，欠電壓保護(hù)，單相接地保護(hù)，單相金屬性短路、三相不平衡電流和發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)等。由于諧波電流主要影響其中的電流保護(hù)，所以在此僅討論電子脫扣器的三段電流保護(hù)特性。

電子脫扣器具有過載長延時(shí)保護(hù)、短路短延時(shí)保護(hù)以及短路瞬時(shí)保護(hù)等三段電流保護(hù)特性，常用如圖1所示的三段電流-時(shí)間特性曲線來描述[12]，圖中橫坐標(biāo)表示過電流(指有效值)倍數(shù)，縱坐標(biāo)表示動(dòng)作時(shí)間。脫扣器的額定電流In與被保護(hù)線路的計(jì)算電流Ic之間存在如下關(guān)系：

圖1 三段電流保護(hù)特性曲線Fig. 1 Three-section protection characteristics curve of fault current

電子脫扣器三段電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定值和動(dòng)作時(shí)間整定值均可調(diào)。過載長延時(shí)保護(hù)電流整定值Ir與In之間的關(guān)系為

短路瞬時(shí)保護(hù)具有定時(shí)限動(dòng)作特性，動(dòng)作時(shí)間為50 ms以內(nèi)(一般為10~20 ms)，短路瞬時(shí)保護(hù)電流整定值Ii為

當(dāng)短路電流超過整定值時(shí)，瞬時(shí)保護(hù)立即啟動(dòng)。

短路短延時(shí)保護(hù)由反時(shí)限和定時(shí)限兩部分組成，電流整定值Is為

一般以8Ir為分界點(diǎn)，當(dāng)短路電流小于8Ir時(shí)，具有反時(shí)限動(dòng)作特性；當(dāng)短路電流大于8Ir時(shí)，具有定時(shí)限動(dòng)作特性。定時(shí)限的動(dòng)作時(shí)間一般為300 ms以內(nèi)，反時(shí)限特性滿足式(5)。

式中：t為動(dòng)作時(shí)間；I為過電流值；tS為短延時(shí)整定時(shí)間。

過載長延時(shí)保護(hù)具有反時(shí)限動(dòng)作特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式(6)中：tL為長延時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值；其余變量同式(5)中定義。

通過以上分析可知，電流保護(hù)的動(dòng)作值都是基于電流有效值來設(shè)定的，準(zhǔn)確計(jì)算出線路電流有效值是保護(hù)正確動(dòng)作的必要前提。而目前在用的斷路器電子脫扣器大多檢測電流峰值或平均值，再按純正弦波進(jìn)行校準(zhǔn)的方式得到線路電流的有效值。所以，當(dāng)電流波形發(fā)生畸變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脫扣校準(zhǔn)誤差，導(dǎo)致過流保護(hù)或低閾值短路保護(hù)誤動(dòng)作。

2 典型非線性負(fù)荷波形分析

2.1 單相非線性負(fù)荷

單相非線性負(fù)荷廣泛分布于商業(yè)和民用供電系統(tǒng)中，其中典型的有電子熒光燈、開關(guān)電源以及單相整流器等，圖2給出了幾種典型負(fù)荷的電流波形。電子熒光燈由于使用了電子鎮(zhèn)流器，其輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，波形如圖2(a)所示，為明顯的三角尖脈沖。個(gè)人計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電視機(jī)以及其他單相電子設(shè)備普遍采用開關(guān)電源，其交流側(cè)電流 3次諧波含量很高，波形如圖2(b)所示，呈現(xiàn)很短的尖脈沖。單相整流器為獲得較平穩(wěn)的輸出電流，通常帶有大電感，其輸入電流波形如圖2(c)所示，為矩形方波。

2.2 三相非線性負(fù)荷

三相非線性負(fù)荷廣泛應(yīng)用于工業(yè)和大型商業(yè)場所，典型的有大功率UPS、變頻調(diào)速電機(jī)以及三相整流器等，圖3給出了幾種典型負(fù)荷的電流波形。

大功率UPS的輸入側(cè)電流會(huì)發(fā)生畸變，波形如圖3(a)所示，呈現(xiàn)“雙拱”形。變頻調(diào)速電機(jī)在出力較大(低速)時(shí)的輸入側(cè)電流將產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，波形如圖3(b)所示，呈現(xiàn)出“雙三角”形。三相整流器直流側(cè)有大電感時(shí)，輸出波形較平穩(wěn)，交流側(cè)電流波形如圖3(c)所示，呈近似的矩形方波。

圖2 單相非線性負(fù)荷電流波形Fig. 2 Current waveforms of single phase nonlinear loads

圖3 三相非線性負(fù)荷電流波形Fig. 3 Current waveforms of three phase nonlinear loads

2.3 畸變波形簡化分析

通過分析典型非線性負(fù)荷的電流波形，按其特征可歸納分為兩大類：一類是尖頂波，一類是平頂波。由于多數(shù)畸變波形的精確表達(dá)式難以求得，因此可采用分段線性化的方法來簡化分析，如圖4所示。

圖4 波形的近似等效Fig. 4 Approximate equivalent of waveforms

圖 4(a)所示的尖頂波與純正弦波相比已產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，用分段線性化的方法對其進(jìn)行近似擬合，可等效為三角波。圖4(b)所示的平頂波與純正弦波相比也有明顯畸變，同樣用分段線性化的方法將其近似等效為矩形方波。

3 電子脫扣器校準(zhǔn)誤差定量分析

在分析畸變波形時(shí)，通常僅僅考慮 THD這一指標(biāo)，而由 THD值只能定性說明諧波電流對電子脫扣器的影響，且具有一定的誤導(dǎo)性(這將在本文第4節(jié)予以詳細(xì)說明)。另外，文獻(xiàn)[13]也指出，用THD表征電流畸變可能會(huì)造成誤導(dǎo)。THD僅包含了諧波的幅值信息，而缺少相位信息，不能有效反映波形的外部特征(如波峰值)。所以，應(yīng)選用其他指標(biāo)來定量分析電子脫扣器的校準(zhǔn)誤差。

3.1 峰值系數(shù)KP和波形系數(shù)KW

圖5所示為等效后典型電流畸變波形，其正、負(fù)半波鏡對稱。圖中正半周波峰值為Ip，周期為T，半周導(dǎo)通時(shí)間為ton，三角波峰值出現(xiàn)時(shí)刻與起始導(dǎo)通時(shí)刻差值為t0，有效值為IRMS，正半周波均值為Iav。

則波形占空比為

圖5 典型畸變波形Fig. 5 Typical distorted waveforms

峰值系數(shù)為

波形系數(shù)為

利用式(8)和式(9)可求得三角波和矩形波的峰值系數(shù)及波形系數(shù)兩個(gè)特征量，它們只與波形占空比α有關(guān)。三角波、矩形波與純正弦波的峰值系數(shù)和波形系數(shù)對比如表1所示。

表1 三種波形的參數(shù)對比Table 1 Parameter contrast of three waveforms

基于峰值檢測的電子脫扣器通過檢測到的電流峰值乘以系數(shù)K(通常為純正弦波峰值系數(shù)的倒數(shù)，即 0.707)來得到電流有效值；基于均值檢測的電子脫扣器通過檢測到的均值乘以系數(shù)K＇(通常為純正弦波的波形系數(shù)，即1.111)得到電流有效值。對于標(biāo)準(zhǔn)正弦波，兩種檢測方法均能正確反映實(shí)際電流有效值，但當(dāng)波形發(fā)生畸變時(shí)，兩種方法所得到的電流有效值有很大誤差，可能引起電子脫扣器誤動(dòng)作。峰值系數(shù)KP和波形系數(shù)KW兩個(gè)特征量，分別反映了波形峰值和均值與有效值之間的關(guān)系，可用以定量分析畸變電流下基于峰值檢測和均值檢測兩種電流檢測方式的脫扣校準(zhǔn)誤差。

3.2 峰值因子PF和波形因子WF

為了直觀、定量地分析畸變電流下電子脫扣器的脫扣校準(zhǔn)誤差，定義峰值影響因子(簡稱峰值因子)為

均值影響因子(簡稱均值因子)為

則有

由式(12)可以看出，電流有效值為峰值與峰值因子的乘積或均值與均值因子的乘積。

純正弦波與兩種典型畸變波的峰值因子對比如圖6所示，當(dāng)波形占空比α從0到1逐漸增大時(shí)，三角波和矩形波的峰值因子均單調(diào)遞增。其中三角波的峰值因子始終小于純正弦波的峰值因子(0.707)；而矩形波在占空比 α小于 0.5時(shí)，峰值因子小于0.707；占空比α大于0.5時(shí)，峰值因子將大于0.707。

正弦波與兩種典型畸變波的波形因子對比如圖7所示，當(dāng)波形占空比α從0到1逐漸增大時(shí)，三角波和矩形波的波形因子均單調(diào)遞減。其中三角波的波形因子始終大于純正弦波的波形因子(1.111)；而矩形波在占空比α小于0.81時(shí)，峰值因子大于1.111；占空比α大于0.81時(shí)，峰值因子將比1.111略小。

圖6 三種波形的峰值因子對比Fig. 6 Peak factor comparison of three waveforms

圖7 三種波形的波形因子對比Fig. 7 Waveform factor comparison of three kinds of waveforms

3.3 校準(zhǔn)誤差分析

峰值檢測校準(zhǔn)誤差可表示為

均值檢測校準(zhǔn)誤差可表示為

式(13)和式(14)中的IRMS0、PF0、WF0分別為純正弦波對應(yīng)的電流方均根值、峰值因子、波形因子。由式(13)和式(14)可以求得峰值檢測校準(zhǔn)誤差和均值檢測校準(zhǔn)誤差，它們只與波形占空比α有關(guān)。

三角波和矩形波在不同占空比α下的峰值檢測校準(zhǔn)誤差曲線如圖8所示。三角波的峰值檢測校準(zhǔn)誤差始終為正值，說明對三角波采用峰值檢測并按標(biāo)準(zhǔn)正弦波進(jìn)行校準(zhǔn)求得的電流有效值比實(shí)際值偏大，并且隨著三角波占空比的減小，峰值檢測校準(zhǔn)誤差會(huì)越來越大。當(dāng)占空比α為0.2時(shí)，誤差已經(jīng)達(dá)到了173.9%，即峰值校準(zhǔn)得到的電流有效值是真實(shí)值的 2.739倍，這會(huì)被誤認(rèn)為是一個(gè)過流信號(hào)甚至是一個(gè)小短路信號(hào)，從而引起過載保護(hù)或低閾值短路保護(hù)誤動(dòng)作。

圖8 峰值檢測校準(zhǔn)誤差曲線Fig. 8 Calibration error curves of peak value detection

矩形波在占空比α小于0.5時(shí)，峰值檢測校準(zhǔn)誤差為正，峰值校準(zhǔn)得到的電流有效值比真實(shí)值大；當(dāng)占空比α大于0.5時(shí)，峰值檢測校準(zhǔn)誤差為負(fù)，表明峰值校準(zhǔn)得到的電流有效值比真實(shí)值小。從圖中還可以看出，矩形波的峰值檢測校準(zhǔn)誤差明顯小于三角波，當(dāng)占空比α為0.2時(shí)才達(dá)到58.11%。

三角波和矩形波在不同占空比α下的均值檢測校準(zhǔn)誤差曲線如圖9所示。三角波的均值檢測校準(zhǔn)誤差始終為負(fù)值，表明對三角波采用均值檢測并按標(biāo)準(zhǔn)正弦波進(jìn)行校準(zhǔn)求得的電流有效值比實(shí)際值偏小，并且隨著三角波占空比的減小，均值檢測校準(zhǔn)誤差越來越大，當(dāng)占空比α為0.2時(shí)，誤差達(dá)到了-56.98%，即均值校準(zhǔn)得到的電流有效值是真實(shí)值的0.430 2倍，這樣的過流會(huì)被誤認(rèn)為是正常電流，從而使得過載保護(hù)拒動(dòng)作。

圖9 均值檢測校準(zhǔn)誤差曲線Fig. 9 Calibration error curves of mean value detection

矩形波在占空比α小于0.81時(shí)，均值檢測校準(zhǔn)誤差為負(fù)，均值校準(zhǔn)得到的電流有效值比真實(shí)值??；當(dāng)占空比α大于0.81時(shí)，均值檢測校準(zhǔn)誤差為正，表明均值校準(zhǔn)得到的電流有效值比真實(shí)值大。從圖中還可以看出，矩形波的均值檢測校準(zhǔn)誤差略小于三角波，當(dāng)占空比α為0.2時(shí)也達(dá)到了-50.33%，而且當(dāng)占空比α為1時(shí)，矩形波出現(xiàn)最大為11.07%的正的均值校準(zhǔn)誤差。

由峰值檢測校準(zhǔn)誤差曲線和均值檢測校準(zhǔn)誤差曲線可得如下結(jié)論：

(1) 峰值檢測校準(zhǔn)誤差和均值檢測校準(zhǔn)誤差可統(tǒng)一為脫扣校準(zhǔn)誤差。對于三角波和矩形波而言，脫扣校準(zhǔn)誤差僅與波形占空比α有關(guān)，并且隨占空比α單調(diào)變化。

(2) 脫扣校準(zhǔn)誤差為正值時(shí)，電子脫扣器檢測到的線路電流有效值比真實(shí)值大，將會(huì)影響過載保護(hù)和低閾值短路保護(hù)，表現(xiàn)為脫扣器在正常工作電流下誤動(dòng)作。脫扣校準(zhǔn)誤差為負(fù)值時(shí)，電子脫扣器檢測到的線路電流有效值比真實(shí)值小，將使脫扣器在過載電流下拒動(dòng)作。

(3) 三角波具有正的峰值校準(zhǔn)誤差和負(fù)的均值校準(zhǔn)誤差，且誤差絕對值隨波形占空比α的減小而增大。矩形波的峰值校準(zhǔn)誤差和均值校準(zhǔn)誤差均有正有負(fù)，但在波形占空比α趨于0時(shí)的誤差絕對值要比α趨于1時(shí)的誤差絕對值大得多。

(4) 根據(jù)上述脫扣校準(zhǔn)誤差分析，可依據(jù)所帶負(fù)荷類型適當(dāng)調(diào)整電子脫扣器的電流保護(hù)整定值，以消除脫扣校準(zhǔn)誤差引起的保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

4 諧波總畸變率的誤導(dǎo)性

下面將分別討論利用三角波和矩形波的諧波總畸變率來分析電子脫扣器脫扣校準(zhǔn)誤差的誤導(dǎo)性。對圖5(a)所示的三角波，定義峰值偏移度β為

由高等數(shù)學(xué)基本知識(shí)可知，只要三角波的波形占空比α和峰值偏移度β恒定(即形狀一定)，則其諧波組成不變，總諧波畸變率也恒定。而起始導(dǎo)通時(shí)刻的變化(即波形的平移)，實(shí)質(zhì)為各諧波分量在不同的相位進(jìn)行了疊加。

對占空比為α、峰值偏移度為β的三角波，將起始導(dǎo)通時(shí)刻作為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，其傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為式中：

總諧波畸變率為

圖 10給出了三角波總諧波畸變率與占空比 α及峰值偏移度β之間的關(guān)系。THD值隨占空比α的增大而減小，同時(shí)關(guān)于峰值偏移度β=0.5對稱。當(dāng)α值較小時(shí)，THD值在β=0.5處最大；當(dāng)α值較大時(shí)，THD值在β=0.5處最小。這樣，同一個(gè)THD值可能對應(yīng)多個(gè)α值；即使對于同一占空比α，THD值也可能不同。

圖10 三角波THD與a及β之間的關(guān)系Fig. 10 Relationship between THD, α and β for triangular wave

對圖 5(b)所示的矩形波，占空比為 α，起始導(dǎo)通時(shí)刻為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，其傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為

式中：

則總諧波畸變率為

式中，

圖 11給出了矩形波總諧波畸變率與占空比之間的關(guān)系。從圖中可以看出，THD與占空比α有關(guān)，但非單調(diào)變化。α<0.74，THD值隨著α的增大而減小；α>0.74，THD值隨著α的增大而增大。這樣，將會(huì)出現(xiàn)同一個(gè)THD值對應(yīng)兩個(gè)不同波形占空比α的情況。

圖11 矩形波THD與α之間的關(guān)系Fig. 11 Relationship between THD and α for rectangular wave

從上面分析可知，對于三角波和矩形波，其波形系數(shù)、峰值系數(shù)及電子脫扣器脫扣校準(zhǔn)誤差均僅與占空比α有關(guān)，且存在一一對應(yīng)關(guān)系，而總諧波畸變率與占空比α不是一一對應(yīng)關(guān)系，即同一THD值可能對應(yīng)多個(gè)不用波形占空比 α，亦即對應(yīng)多個(gè)不同脫扣校準(zhǔn)誤差值。所以，通過總諧波畸變率THD的值來反映畸變電流下的脫扣校準(zhǔn)誤差，只能定性分析，且具有誤導(dǎo)性。

5 實(shí)例分析

以工業(yè)中廣泛使用的電弧爐負(fù)荷為例，分析畸變電流引起的脫扣校準(zhǔn)誤差。利用Matlab/Simulink搭建電弧爐系統(tǒng)的仿真模型[14]，得到如圖 12所示的電弧爐熔化期電流波形。

圖12 電弧爐電流波形Fig. 12 Current waveform of arc furnace

該波形為典型的尖頂波，可用三角波近似等效，等效三角波的占空比為 0.7。波形的正半周波峰值為2 900 A，正半周波均值為1 160 A，有效值為1 530 A。該波形對應(yīng)兩種檢測方式的校準(zhǔn)誤差與近似三角波的校準(zhǔn)誤差值如表2所示，近似三角波與實(shí)際波形的校準(zhǔn)誤差相當(dāng)。電弧爐電流峰值校準(zhǔn)得到的有效值為2 048 A，均值校準(zhǔn)得到的有效值為1 289 A。

表2 電弧爐電流波形的校準(zhǔn)誤差Table 2 Calibration error of arc furnace’s current waveform

由于電弧爐在熔化期電流值最大，而熔化期電流有效值為1 530 A，用于電流保護(hù)的斷路器可以選擇DW914(AH)-2000型號(hào)配電子脫扣器的低壓斷路器。在未考慮畸變電流下的脫扣校準(zhǔn)誤差時(shí)，斷路器電子脫扣器的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間整定值可按表3所示進(jìn)行設(shè)置。

根據(jù)表3可知，過載長延時(shí)保護(hù)將在電流超過1.2Ir(即1 920 A)時(shí)動(dòng)作。在電弧爐熔化最大電流值時(shí)，根據(jù)峰值檢測校準(zhǔn)得到的電流有效值為實(shí)際電流有效值的1.339倍(即2 048 A)，已超過過載長延時(shí)保護(hù)的動(dòng)作值，將會(huì)引起電子脫扣器誤跳閘。這是因?yàn)殡娮用摽燮鞯姆逯禉z測校準(zhǔn)誤差為正，即過高估計(jì)了線路電流，導(dǎo)致實(shí)際動(dòng)作電流值小于整定值。此時(shí)，若考慮脫扣校準(zhǔn)誤差，按 1.339倍的負(fù)載額定電流來進(jìn)行保護(hù)整定，即可避免脫扣器誤跳閘。

表3 電弧爐用斷路器電流保護(hù)整定值Table 3 Current protection setting values of circuit breaker for arc furnace

6 結(jié)論

本文將典型的非線性負(fù)荷電流波形簡化為三角波和矩形波，利用峰值系數(shù)和波形系數(shù)這兩個(gè)特征量，定量分析了采用峰值檢測和均值檢測的電子脫扣器的校準(zhǔn)誤差，得到了峰值檢測校準(zhǔn)誤差曲線和均值檢測校準(zhǔn)誤差曲線。對于三角波和矩形波而言，其波形系數(shù)、峰值系數(shù)以及電子脫扣器的脫扣校準(zhǔn)誤差僅與波形占空比α有關(guān)，且存在一一對應(yīng)關(guān)系。而諧波畸變率(THD)和波形占空比α之間并非一一對應(yīng)，所以通過 THD值來分析畸變波形下的脫扣校準(zhǔn)誤差具有誤導(dǎo)性?？傊m然電子脫扣器的校準(zhǔn)誤差是由波形電流畸變引起的，但卻不能通過諧波畸變率來評估校準(zhǔn)誤差；而根據(jù)脫扣校準(zhǔn)原理，從峰值系數(shù)和波形系數(shù)入手，可得到校準(zhǔn)誤差的精確表達(dá)式，以此可定量分析脫扣校準(zhǔn)誤差。

電子脫扣器的動(dòng)作電流整定值允許在一定范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié)，這樣只要知道負(fù)載波形特征，就可以根據(jù)其校準(zhǔn)誤差曲線對動(dòng)作電流整定值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，即可避免非線性負(fù)荷波形畸變造成的脫扣器誤動(dòng)作或拒動(dòng)作現(xiàn)象。

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Calibration error analysis of electronic trip unit under distorted current

NIU Chunchun, ZHAO Lihua, FENG Zhengsong, NIU Shuaijie, FU Rongrong
(School of Electrical Engineering and Information, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Distorted current causes the electronic trip unit malfunction, which results in low-voltage circuit breaker’s tripping without fault. To analyze the effect of two typical distorted waveforms, triangular wave and square wave, on the electronic trip unit with different current detection and control methods, the peak coefficient KPand waveform coefficientKWare used. The defect that total harmonic distortion (THD) can’t be used to analyze the harmonic current impact on the electronic trip unit’s calibration error correctly and quantitatively is overcome. The calibration error can be seen accurately and intuitively through the calibration error curve of peak value detection and mean value detection. According to the nonlinear load’s waveform characteristic and calibration error curve, the frequent malfunction of electronic trip unit caused by distorted current can be avoided in a certain extent by adjusting the action current setting value properly.

electronic trip unit (ETU); distorted current; peak value detection; mean value detection; calibration error

2015-10-15；

2015-12-03

牛純春(1991-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、配電網(wǎng)電能質(zhì)量；E-mail: chunke_1991@163.com

(編輯 周金梅)

10.7667/PSPC151818

趙莉華(1968-)，女，碩士，副教授，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、電能質(zhì)量、有源電力濾波器等。E-mail: tyorika@163.com