建筑工程施工电梯漏电保护开关动作原因分析

骆泽淘魏星

中建八局西南公司，四川成都610041

[摘要]在建筑施工过程中，特别是高层建筑施工中，施工电梯的使用较为普遍，而变频启动较降压启动平稳性好，因此变频器在施工电梯中使用普遍，在使用SPWM调制的过程中会对电网产生各次谐波。应实际施工现场需要，电缆所处环境相对恶劣，电缆与地面所构成对地等效电容和电缆本身电阻可构成RC低通滤波电路，高次谐波通过电容对地放电导致回路电流损耗，进而导致漏电保护器动作。

关键词：变频器；RC低通滤波；对地等效电容；漏电保护器动作

0案例

成都武侯金茂府一期工程现场因施工作业需要改动一级配电箱的位置，在该一级箱下接入有施工电梯专用箱，施工人员按要求改动一级箱之后出现施工电梯一经启动其上端一级配电箱漏电断路器就会跳闸的问题，反复排查无果后，猜想是一级箱到电梯专用箱之间电缆破损，在启动电梯时因电缆发热击穿绝缘层造成短路而引起的故障，但是该情况在更换电缆后依旧发生。·

1分析

1.1正序、负序、零序电流

要分析漏电断路器为什么动作，就要先分析漏电断路器原理，这里先介绍正负序电流以及零序电流，以及其求取方法。正序、负序、零序的出现是为了分析电网的三相不对称情况，通常来讲，理想状况下三相负载均衡，所以三相对称，这个时候的零线上的电流为零，但实际上来说并一定会这么理想，零线上的电流一般不为零。正序、负序、零序是将这种不对称的情况按照对称的方式分解为三个矢量，也就是按照三相平衡时互为120°的方向分解为A、B、C三个矢量。

1.2零序分量

顺序作出三相矢量，互为120°，将三个矢量求和，即A不动，将B相原点移到A的顶端，C的原点移到B的顶端，A的原点到C的顶端即为零序分量。

在三相平衡时，零序电流为三相矢量之和，也就是说，三相平衡时，零序电流为零。在三线五相制（TN-C-S）低压供电系统中，末端多为生活用电，且用电平衡性不可预测，所以三相不平衡时一个实际的转态。在三相不平衡时，零序电流为从A相始端到C相末端的矢量，即零序电流不为零。

1.3漏电保护器原理

三相四线漏电保护器主要由互感线圈，检测模块，以及灭弧装置构成。若有漏电流发生，互感线圈由于电磁感应现象，在绕组上产生感应电流。

三相四线漏电断路器工工作原理其实通过电流互感器去探测相线与零线磁通之和，当不发生漏电流的情况下，三相所产生的零序电流与零线上的电流大小相等，方向相反，也就是说，三相上所产生的磁通跟零线上的磁通相互抵消。所以，漏电断路器的原理可以总结为，零序电流与零线电流矢量模值相等方向相反。

图中L为电磁线圈，漏电时可驱动刀开关K1断开，C相与零线之间通过桥式整流输出R3、R4，桥式整流器每个桥臂采用两个晶体管提高耐压值，R3,、R4为两个均压电阻，R7、R8、R9为一个平衡电桥，因为R3、R4电阻很大，所以正常工作时经过L的电流很小，不会驱动K1断开，在正常情况时，a、b两端没有电流经过，当有漏电情况发生，监测线圈内零序电流与零线电流不等，a，b两端出现感应电流，迫使电桥失衡，引发T2导通，C2电容经过R6、R5引发T1导通，如此，将a、b端平衡电桥感应电流放大，电桥导通，经过L的电流增大，吸合K1，断开K1刀开关。

1.4对地等效电容

电容本来是由两个极板以及中间介质构成，电容本身不存在特定形态，当导线充电后，导线与大地存在一个电场，导线会通过大气向大地放电，电容的结构是两个极板通过绝缘体构成，因此，线路中的导线成为一个极板，大地成为另一个极板，两个极板中间依靠空气绝缘，这就形成了电容关系。尽管线路与大地之间的距离较大而形成的电容量很小，但随着线路的覆盖面积越大和对地间距越小，电容量也会随之增大。

1.5电梯变频器

1.5.1N等分正弦波

变频器多采用PWM(PulseWidthModuration)调制，驱动交流异步电机的理想交流电应为相应的正弦波。为了获得相应的正弦输出电压，可以把一个期望的正弦半波N等分，把正弦每一等分对应的面积用一个面积与其相等的等幅脉冲来代替，这样，由N个等幅而不等的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半波等效，理论上等分的N值越大，其输出的电压就越接近正弦波。因脉冲的幅值相等，逆变器可由恒定的直流电源供电。

1.5.2调制

理论上讲可以根据脉冲的宽度作为控制逆变器中各开关元件通断依据，但实际实用的办法是利用调制技术，以所期望的正弦波作为调制波，而对它进行调制的信号称为载波，通常用等腰三角波调制方法来确定各分段矩形脉冲的宽度，由于等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，以它作为调制的载波信号，当它与任何一个光滑的曲线相交时，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数值得矩形脉冲，取正弦波为控制信号，它与三角载波相比较后所得到的即是一组宽度按正弦规律变化额矩形脉冲。

1.5.3变频过程

变频器电源的谐波变频器的主电路一般为交-直交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经过滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件你变为可变频的交流信号。在整流回路当中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅里叶级数分解为基波和各次谐波，其中的告辞谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电压信号是受PWD载波信号调制的脉冲波形，对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2~3kHz，而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达到15kHz。谐波电压和电流对电动机影响很大，会增加电动机的铁耗和铜耗，使电机温度上升，效率下降，并产生噪声，还会使电机转子震动，甚至造成电机损坏，谐波还对通信以及电子设备产生严重干扰，影响周围设备正常运行。

1.6高次谐波产生电路损耗

由于变频器调速性能卓越，节能效果优异，因此在工业控制系统中应用广泛。但是无论交-直-交变频器还是交-交变频器，在工作当中，其输入与输出端都会产生6K±l（K为正整数）次谐波，这些谐波会导致供电线路产生附加谐波损耗、电容器组产生谐振，又因电缆本身存在电阻，又因电缆与地面构成等效电容的缘故，所以，该回路可等效为一个RC电路，构成一个无源低通滤波器。当高次谐波通过滤波器造成电流损失，损失电流超过漏电保护器阈值，造成漏电保护器动作。

2结语

施工电梯多采用变频启动，但PWM调制过程会对电网产生高次谐波，电缆在施工现场通常环境相对恶劣，电缆与地等效为一阶RC低通滤波电路，高次谐波通过对地等效电容流入地下，造成漏电保护器磁通不为零，导致漏电保护器动作。事实上，在保证电气接触良好，电缆架空的情况下，能有效防止漏电保护器动作，或者在施工电梯前端配电箱不加装漏电保护器，采用断路器。

参考文献

[1]殷佳林张斌秦敏.变频器谐波干扰及防治措施研究[C].控制工程ControlEngineeringofChina.1671-7848(2013)06-1203-04

[2]苏陈云.中高压变频器谐波分析.[D]华南理工大学硕士学位论文.2010