浅谈剩余电流保护器的电磁兼容性

摘要：作者简单介绍了电磁兼容性的概念和相关国家标准、国际标准对剩余电流保护器电磁兼容性的要求。通过试验找出目前电子式剩余电流保护器电磁兼容的薄弱点，并提供了解决的具体方法。

关键词：电磁兼容低压电器电磁干扰

　　随着电子技术的飞速发展，人类所处的电磁环境日益恶劣，电磁兼容性成为近年来一个比较热门的话题，特别是欧共体实施电磁兼容性指令和低压电器89/336/EEC指令，剩余电流保护器必须经过电磁兼电容性(EMC)试验。EMC性能不合格产品，不能取得认证合格证书不得进入欧洲市场销售。这是国际电工技术委员会第一个对低压电器产品规定的电磁兼容标准，现在，人们对电磁兼容性更加重视。

　　我国1998年9月1日实施的强制性国家标准GB16916.1《家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器的第一部分：一般规则》中，提出应按国际电工技术委员会标准IEC1543对剩余电流动作保护器进行电磁兼容性补充试验。目前有关部门 正在制定国家标准《家用和类似用途剩余电流动作保护器(RCD)——电磁兼容性(草案)》，不久经国家批准将正式实施。

　　那么什么叫电磁兼容性，为什么要对剩余电流保护器进行电磁兼容性试验呢

　　根据电磁兼容性(EMC)定义：设备或系统在其电磁环境中正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。用通俗的语言说，设备自身能在规定的电磁环境中能正常工作，不受其他设备的干扰，也不对环境或其他设备造成不允许的干扰。

　　根据标准规定只对包含一个连续工作振荡器的剩余电流保护器要求做发射试验。因为具有连续工作振荡器的剩余电流保护器在正常工作时，会发射连续的或瞬变的电磁骚扰，这些连续的或瞬变的骚扰可能会影响其他设备的运行，因此它的发射水平必须限制在规定的限值以下。而目前常见的剩余电流保护器一般不包含连续工作振荡器。

　　对剩余电流保护器的电磁骚扰主要有静电放电、高频电磁场、电快速瞬变脉冲群、浪涌等。

　　我们知道目前空间电磁场相当复杂，有的具有很高的强度，如电视台、广播电台、寻呼台发射的电磁场都是剩余电流保护器的高频电磁骚扰源。经实验证明，一台3～5W的手持电话机(大哥大)在7cm距离产生电磁场强度高达800V/m,15cm距离场强达300V/m,均可能使电子式剩余电流保护误动。

　　电网中可控硅、继电器或其他接点的动作，配电系统中负荷开关的操作产生快速瞬变脉冲骚扰，都可通过电源线进入剩余电流保护器，这种快速瞬变脉冲骚扰在系统中是经常发生的。

　　操作人员在化纤地毯上走动，工作人员的化纤衣服之间的摩擦容易发生静电电荷的转移，当相对湿度较低时会产生相当高的电压。据资料报导，在相对湿度为35%时，在化纤地毯上工作的工作人员将会带有10kV以上的静电电压。如此高的电压会使剩余电流保护器损坏，误动作或使其性能产生变化。如剩余电流保护器中使用的集成电路芯片、晶体管等可能被静电电压击穿，或不立即失效而带来隐患性效应。

　　剩余电流保护器在使用中容易受到雷电波等浪涌骚扰的影响，浪涌也是快速瞬变脉冲的一种，只不过是低重复频率、低速、高能量的脉冲骚扰。
　　这些都属电磁兼容考虑的范围。

　　在GB16916.1-1997标准中的型式试验里已包含了一部分电磁兼容性试验，并对照国际电工技术委员会标准IEC1543对剩余电流保护器的电磁兼容性要求附上了补充试验项目。

　　目前可进行的试验项目有以下两项：

　　(1) 快速瞬变脉冲群：对剩余电流保护器施加4kV(峰值)电压，脉冲上升时间为5ns，脉冲宽度为50ns，重复频率为2.5kHz的快速瞬变脉冲群。在试验过程中，剩余电流保护器不应脱扣，试验后产品在无规定条件下，施加额定剩余电流应能正常动作，分断时间应符合产品标准要求。

　　(2) 静电放电：剩余电流保护器按正常使用安装，对其表面进行以每秒放电20次的速率，空气放电电压为±8kV，接触放电电压为±4kV，进行放电试验。在试验中允许剩余电流保护器误动脱扣，但试验后产品在规定的条件下，施加额定剩余电流能正常脱扣，分断时间应符合产品标准的要求。

　　为了解当前电子式漏电断路器电磁兼容性能，以适应当前形势的需要，我们在东南大学机械系电磁兼容实验室，对我厂和其他五家生产厂的六个型号的漏电断路器进行了电磁兼容补充试验。

　　试验表明所有试品均能通过空气放电(±8kV)、接触放电(±4kV)试验。试验后试品在规定的条件下，施加额定剩余电流能正常脱扣，分断时间符合产品标准的要求，但是半数产品在快速瞬变脉冲群试验过程中均发生误跳。由此可见抗快速瞬变脉冲群的骚扰是电子式漏电断路器电磁兼容性的关键。

　　要解决快速瞬变脉冲群试验过程中剩余电流保护器发生误跳的问题，首先应弄清干扰信号的来源以及它们是如何进入电路中的。目前电子式漏电断路器电路大致可分为两类：一类是用零序TA感生出信号直接触发单向晶闸管。另一类的放大元件为专用集成电路，零序TA感生出信号，经放大、比较、延时后触发单向晶闸管。现在我们分别对这两类漏电断路器进行分析。

　　1　晶闸管电路式漏电断路器

　　由图1可见干扰信号可从主导线进入保护器的辅助电源和从零序TA的引线传导进入，而从零序TA耦合至晶闸管的控制端，触发晶闸管是这种漏电断路器误跳的主要原因。试验证明：在零序TA输出端简单的并接一个电容是很难滤掉快速脉冲群试验的尖峰干扰，增加一级RC滤波器就可大大减小这些干扰，如图2所示。

　　设图中RC滤波器电阻为R2、电容为C2，C1两端的总电压为UD1+　Ud1，C2两端的总电压为UD2+　Ud2，其中UD1和UD2分别是C1和C2两端电压的平均值；Ud1和Ud2分别是干扰尖峰电压基波有效值；RL为后级电路输入电阻，则有下列关系式：


　　以上分析可见引入RC滤波器后，将使输出端的脉动系数比C1端的减少了倍。其中ω是干扰尖峰电压的基波角频率。为防止电压上升过高引起晶闸管误导通，可在晶闸管正负极间并联0.1～0.5μF电容。上述电容应是低感性的无极性电容。通过试验证明按图2参数配置适当，可将尖峰干扰脉冲控制在晶闸管的触发电压之下，使漏电断路器不误动。

　　2　集成电路式漏电断路器

　　这种漏电断路器用M54123(或SF54123)做主要元件，其电路原理图见图3。

　　220V交流经全波整流和电阻R2降压后加于集成电路8脚，集成电路1脚接ZCT二次绕组，3脚接负电源，6脚接干扰吸收电容C3，其他电子元件与晶闸管式漏电断路器相似。这类漏电开关所需要的零序TA信号小，ZCT可做得很小，工作稳定、可靠，但它对EMC的快速脉冲群试验较为敏感，必须要采取较多的措施才可保证不误动。除了增加上述晶闸管式漏电断路器的改进措施外，还应防止尖峰干扰进入集成电路内的参考电压源。因为参考电压源受到干扰，同样会使集成电路误判，造成漏电断路器误跳。在集成电路电源处各增加一个屏蔽磁珠是较为有效的措施。屏蔽磁珠又名干扰珠，实际上它是一种用铁氧体材料制成的磁芯，具有很好的抗高频电磁干扰作用。当有高频干扰的信号线或电源线穿过磁芯时，磁芯阻抗通过磁耦合的形式进入到了电路，使高频干扰得到了抑制，希望的信号则能顺利通过。