漏电保护器的认识及其正确应用摘要:介绍在配电系统中如何正确应用漏电保护器对接地故障进行保护,预防电气火灾及人身电击事故的发生,提高配电系统运行的可靠性。

关键词:漏电保护器RCD ;接地故障1 前言当今社会电能的需求越来越大,它在造福人类社会的同时也带来了电击和电气火灾的危险,为此我们需采取一些防范措施来避免这些事故的发生。

国标《低压配电设计规范》GB 50054 - 95 第4. 1. 1 条规定“配电线路应装设短路保护、过负载保护和接地故障保护,作用于切断供电电源或发出报警信号。

”。

其中接地故障不仅能导致人身电击事故,而且也是电气火灾的重要起因。

为此配电线路需装设接地故障保护来及时切断故障电路或发出报警信号。

装设漏电保护器自动切断接地故障电路是接地故障保护最常用的保护措施。

这里所说的漏电保护器是指故障电流动作型漏电保护器,标准的名称应是剩余电流动作保护器(Residual current protective device) ,简称RCD。

RCD 检测的是剩余电流,即被保护回路内相线和中性线电流瞬时值的代数和(其中包括中性线中的三相不平衡电流和谐波电流) ,此电流即为正常时的泄漏电流和故障时接地故障电流。

故RCD 的整定值,也即其额定动作电流In 仅需躲开正常泄漏电流值即可,其值以毫安计,故RCD 能十分灵敏地切断所保护回路的接地故障,它也可作为防直接接触电击的后备保护。

现结合在工程设计中的体会,谈谈应用RCD 应注意的一些问题。

2 电子式与电磁式漏电保护器的区别RCD 分两种,一种称为电子式,另一种称为电磁式。

电子式RCD 其内部漏电脱扣机构需通过电子功率放大器驱动;而电磁式RCD 其内部漏电脱扣机构直接由电磁线圈驱动。

通常情况下,两种RCD 均能在检测到设定的漏电电流时断开漏电线路。

但电子式RCD 由于其工作原理的局限,会在某种特殊情况下,不能正常断开漏电线路;而同样情况下,电磁式RCD 则能正常断开漏电线路,这可用图1 及图2 来说明。

图中所示为RCD 前的N 线(中性线) 由于烧断或松脱,而相线L 并没有断开的情况下,此时某设备发生相线碰壳漏电现象,电磁式RCD 的测量线圈只要检测到的剩余电流大于所预设的动作值,则无论零线有无断开(且不受电压波动的影响) ,其剩余电流检测线圈产生的电磁驱动力均能可靠动作脱扣机构断开漏电线路。

而电子式RCD 由于其脱扣驱动机构失去了供电电源,所以不能动作断开漏电线路。

因此这种情况下,安装了电子式RCD 的供电线路,还会发生接地故障或电击伤人事故。

从电子式RCD 的原理可知,当供电线路电压低于其内部电子驱动机构动作所需的最低电压时,电子式RCD 同样不会动作,而此时供电电压很可能还是高于对人体安全的安全低电压,同样可能发生电击伤人事故。

电磁式RCD 接线可不分极性,而电子式RCD 进线极性若接反,其内部电子功率放大器不能正常运作, 在发生漏电事故时同样不能动作脱扣跳闸。

以上可知,电子式RCD 并不是完善的RCD ,在可选择的情况下,应优先选用电磁式RCD。

3 如何选择RCD 的刀极数在三相配电系统中RCD 的极数有三线三极(3P) 型、四线三极(3P + N) 型和四线四极(4P) 型;在单相配电系统中RCD 的极数有两线单极(1P + N) 型和两线两极(2P) 型。

4P 型或2P 型与3P + N 型或1P + N 型的区别在于前者在断开相线的同时也断开中性线,后者则不会断开中性线。

3P 型RCD 只能用于无中性线出线的三相三线配电系统中,若把3P 型RCD 用于三相四线配电系统中,从前述RCD 的动作原理可知,三相四线配电系统中的中性线内流过的电流并没有穿过RCD 内的检测线圈, 因此即使在正常情况下,RCD 也检测到了相当于中性线内电流大小的剩余电流,通常情况下,中性线内流过的电流都会大于RCD 所设定的额定漏电动作电流,因此RCD 会不能合闸或误动。

特别应注意的是,如需用RCD 对三相电动机回路进行保护,若接在RCD 后的二次控制回路使用的是相电压(即使用了中性线) ,则不能使用3P 型RCD 对此回路进行接地故障保护,否则RCD 同样会不能合闸或误动。

一般过流保护电器总是尽量避免在中性线上装设刀极,以避免日久此刀极接触不良引起事故。

但配电系统中安装的RCD 一般均应使相线和中性线同时切断,否则若发生接地故障,即使RCD 动作切断了相线,如果中性线未被切断,在某种线路故障导致中性线不为零电位的情况下,带电的中性线如果再发生绝缘损坏触碰设备外壳,则设备外壳带电,仍存在事故隐患。

因此IEC 标准规定RCD 应在相线以及中性线上装设刀极同时切断电路,只有在TN -S 系统中如果能确保中性线为地电位时才不需装刀极来切断电路。

但关于确认中性线为地电位的条件,IEC 迄今未做出规定。

4 在双电源切换线路中如何正确使用RCD当电气装置由一供一备互相倒换的两个电源线路供电, 且电源进线上装有RCD 时, 此RCD 必须采用四线四极(4P) 型, 否则在接地故障发生时RCD可能拒动或者无接地故障发生时RCD 可能误动。

需要说明, 此处所述的通常为备用电源, 而非应急电源, 后者在正常电源停电时在规定时间内应保证不间断供电, 是不能装设RCD 的; 或者虽为应急电源,但装设的RCD只作用于报警而非作用于跳闸。

现用图3 来说明发生接地故障时的情形。

图中的电气装置平时由市电供电,柴油发电机为备用电源,两个RCD 均采用四线三极(3P + N) 型,其中性线上均无刀极。

当出线的相线L1 与设备外壳发生接地故障时,主供电源的故障电流Id 的一部分Id1直接经主供电源的PE 线返回主供电源,另一部分Id2则借道经发电机电源的PE 线、发电机电源的中性线、主供电源的中性线并穿过RCD1 的电流互感器返回主供电源。

由于Id2对Id 的抵消作用,RCD1 电流互感器检测到的剩余电流只是接地故障电流Id 的一部分Id1 , 若其值过小,则RCD1 拒动。

图4 则为正常无接地故障时的情形。

此时主供电源中性线电流In 的一部分In1直接经过主供电源的中性线并通过RCD1 返回主供电源,其另一部分In2则借道发电机电源的中性线、发电机电源的PE线、主供电源的PE 线返回主供电源。

此不通过RCD1 电流互感器的In2作为剩余电流可使主供电源上的RCD1 在无接地故障时误动,造成不必要的停电。

在前述两种情况中, 如果在RCD1 和RCD2 的中性线上装有刀极, 则上述Id2 、In2的通路被RCD2的中性线刀极切断, 就不会发生拒动或误动的情况。

当由柴油发电机替代市电供电时的情况相同,不赘述。

在上述需装设RCD 的双电源切换线路中,如果不是直接用兼有漏电保护功能的(4P) 型漏电断路器作双电源的连锁切换开关,而是用接触器或双投开关作双电源的连锁切换,若选用的接触器或双投开关为三极型,则电源进线上装设的RCD 即使为四极型也可能会发生拒动或误动的情况。

此种情况下主备电源进线上装设的RCD 一般都处于合闸状态,主备电源切换靠接触器或双投开关进行连锁切换,如果使用的接触器或双投开关为三极型,则主备电源的中性线还是互相导通的,这就会发生如同图3 及图4 所示的拒动或误动的情况。

图5 和图6 分别示出了正常情况下,使用三极接触器和三极双投开关作双电源切换时RCD 可能误动的情况,其电路分析与图4 相同,不赘述。

因此在双电源进线上装有RCD 时,无论双电源切换电器使用的是断路器、接触器还是双投开关都必须使用四极型。

5 要保证RCD 上下级之间具有选择性为保证RCD 上下级之间具有选择性,除了要求上级RCD 的额定漏电电流值必须大于下级RCD 的额定漏电电流值外,还必须要求上级RCD 的动作时间慢于下级RCD 的动作时间,即上级RCD 应选用带少许延时型的S 型(Selective type ,选择型) RCD。

一般在末端插座回路等容易发生接地故障的配电回路,应装设额定漏电电流不大于30mA 的具有较高灵敏度的瞬时型RCD ;而在其上级电源总箱处,则宜装设额定动作电流为100mA～500mA 的带延时的低灵敏度RCD。

上级RCD 的作用主要在于预防配电线路的接地故障火灾,同时也可作为下级RCD 的后备保护。

若上下级配电回路装设的RCD 均为瞬时型,如此时下级装设RCD 的配电线路发生大电流接地故障(如对地短路) ,此接地故障电流远大于上级或下级RCD 的额定漏电电流,因上下级RCD 之间没有时间选择性,则此接地故障电流将使上下级的RCD 同时动作,造成上级RCD 保护的正常配电回路无故断电,扩大事故影响面。

因此上下级RCD之间必须具有时间选择性。

当使用的额定漏电动作电流值为100mA～300mA 的RCD 用在最下级时,此RCD 应选用瞬时型。

在大型配电系统中,为了限制事故影响面,可采用三级RCD 保护,三级RCD 均应具有电流及时间选择性。

6 RCD 保护的局限性RCD 对接地故障电流具有很高的灵敏性,它能在数十毫秒的时间内切断以毫安计的故障电流,即使接触电压高达220V ,高灵敏度的RCD 也能快速切断电流,避免电击伤人事故的发生,但它只能对其保护范围的接地故障起作用,不能防止从别处传来的故障电压引起的电击事故。

图7 中A 设备外壳带电而未能切除时,B 设备的外壳通过共用的PE 线而带电,B 设备即使安装了RCD 也不会动作,人触摸B设备外壳仍会发生电击事故。

因此对浴室等特别强调安全的场所应同时采取等电位联结的措施,通过降低局部范围内的接触电压,从而获得最佳的保护效果。

对使用了大容量滤波电容的数据处理设备的线路,由于其对地电容电流可能会大于RCD 的额定不动作电流,因此RCD 会误动,故数据处理设备的防电击不能采用RCD。

综上所述,RCD 保护虽非尽善尽美,但只要加强对其正确认识和应用,就能更好地预防电击事故和电气火灾的发生。

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