正確使用剩余電流保護裝置

黃斌斌 (蘇州市規(guī)劃設(shè)計研究院有限責(zé)任公司， 江蘇 蘇州 215002)

1 剩余電流動作保護裝置的定義

剩余電流動作保護裝置俗稱漏電開關(guān)，其工作原理就是檢測流出相線(單相或三相)與流入中性線之間的不平衡電流，當(dāng)不平衡電流(剩余電流)達到規(guī)定閾值時，驅(qū)動裝置動作。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，故障電流自相線經(jīng)故障點流入大地，從而在相線與中性線之間形成很大的不平衡電流，進而對接地故障做出保護動作。

2 剩余電流動作保護裝置的作用

關(guān)于剩余電流動作保護裝置的作用，GB13955-2005中有相關(guān)描述，簡單歸納如下：

1)對直接接觸電擊事故的防護；

2)對間接接觸電擊事故的防護；

3)對電氣火災(zāi)的防護。

2.1 對直接接觸電擊事故的防護

在直接接觸電擊事故的防護中，當(dāng)人體接觸到電源(高電位)，電流經(jīng)人體入地發(fā)生電擊，產(chǎn)生不平衡電流使剩余電流保護裝置動作，切斷電源，從而避免人體遭受更大傷害。正常情況下，必須通過隔離、絕緣等措施，保證人體免受電擊的傷害，而不是在遭受電擊后再做出保護。因此，剩余電流保護裝置只作為直接接觸電擊事故基本防護措施的補充保護措施(后備保護)，而且，只能是相對地間的直接接觸事故的防護，不包括相與相、相與N線間形成的直接接觸電擊事故的保護。直白地說，只有當(dāng)相對地產(chǎn)生了剩余電流時，才能起到后備保護作用。

2.2 對間接接觸電擊事故的防護

對于間接接觸電擊事故的防護，其主要作用是防止當(dāng)電氣設(shè)備絕緣損壞發(fā)生接地故障時，電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分帶有危險電壓而產(chǎn)生電擊事故或電氣設(shè)備損壞事故。當(dāng)電氣回路或設(shè)備發(fā)生絕緣損壞造成接地故障時，因接地故障電流造成的不平衡電流驅(qū)動剩余電流保護裝置動作。

2.3 對電氣火災(zāi)的防護

對電氣火災(zāi)的防護，目的是為防止電氣設(shè)備或線路因絕緣損壞形成接地故障而引起的電氣火災(zāi)，當(dāng)接地故障電流不大，還不足以使過電流保護裝置動作時，為防止持續(xù)的故障電流導(dǎo)致發(fā)熱起火，安裝剩余電流保護裝置；當(dāng)接地故障電流超過預(yù)定值時，發(fā)出報警信號或自動切斷電源。

在剩余電流動作保護裝置的三個作用中，對直接接觸電擊事故的防護，因必須保護人體免受電擊傷害，一般采取隔離和加強絕緣的方式；對電氣火災(zāi)的防護，因為這種火災(zāi)需要時間和能量的積累，我們有足夠的時間排查，因此，只需要在變壓器低壓總開關(guān)處以及有火災(zāi)危險場所的總進線上裝設(shè)漏電火災(zāi)報警裝置即可；對間接接觸電擊事故的防護，主要考慮的是電擊傷害，當(dāng)故障接觸電壓大于50V時，要求迅速切斷故障電源，當(dāng)故障接觸電壓小于50V，允許在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)，切斷電源或檢修維護。不同的低壓配電系統(tǒng)的接地型式，其發(fā)生接地故障時，故障電流大小、保護開關(guān)的動作特性均不同，因此有必要逐一分析，以便正確使用剩余電流保護裝置。

3 低壓配電系統(tǒng)的接地型式

低壓配電系統(tǒng)按其接地型式可分為三類：IT系統(tǒng)(即電力系統(tǒng)的帶電部分與大地間不直接連接，而電氣裝置的外漏可導(dǎo)電部分則是接地的)、TT系統(tǒng)(即電力系統(tǒng)有一個直接接地點，裝置的外漏可導(dǎo)電部分接至電氣上與電力系統(tǒng)的接地點無關(guān)的接地極)、TN系統(tǒng)(即電力系統(tǒng)有一點直接接地，裝置的外漏可導(dǎo)電部分用保護線與該點連接)。(可參見國際電工委員會IEC/TC64《建筑物電氣裝置》)

3.1 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)允許用電側(cè)一次接地故障時繼續(xù)運行，當(dāng)使用剩余電流保護裝置時，必須躲過一次接地故障時的泄漏電流，只對二次接地故障動作。一般采用絕緣監(jiān)測裝置來發(fā)現(xiàn)首次接地故障，因此，不必使用剩余電流保護裝置。

3.2 TT系統(tǒng)

在TT系統(tǒng)中(如圖1)，當(dāng)用電器發(fā)生接地故障(碰殼)時，故障回路產(chǎn)生如圖1所示接地故障電流Id=U0/(Rjc+R2+R1)。假定，系統(tǒng)接地電阻為1Ω，用電側(cè)保護接地電阻為1Ω，大地的電阻為0Ω，故障處的接觸電阻Rjc=0～∞(視故障狀況而定)，當(dāng)Rjc=0Ω時，故障電流最大,可達110A。顯然無法滿足回路保護開關(guān)速斷的靈敏度要求，甚至有小于回路保護開關(guān)的過電流保護裝置的動作電流值的可能，而此時，人體可能接觸到的故障電壓Ujc=U0×(R2/Rjc+R2+R1),最大可達110V。因此，必須采用剩余電流保護裝置來切斷故障回路。

3.3 TN系統(tǒng)

當(dāng)采用TN系統(tǒng)時(見圖2)，由于電源地與用戶地做了金屬性連接，當(dāng)用電器發(fā)生碰殼接地故障時，除故障點的接觸電阻(規(guī)范GB50054-2011 要求ZL≤50ZS/U0)外，整個回路發(fā)生短路，保護斷路器的瞬動脫扣器迅速動作，切除接地故障。對于TN系統(tǒng)，除非供電線路很長，故障處的接觸電阻較大，否則保護斷路器的短路瞬動脫扣器一般能滿足對接地故障的保護。當(dāng)線路過長且接觸電阻過大，主保護開關(guān)不能動作時，從圖2中可以看出，所有故障電壓都集中在線路和Rjc上，人體可能接觸到的故障電壓幾乎為零。因此，只要做好等電位聯(lián)結(jié)，剩余電流保護裝置的作用可以由主保護斷路器的速斷和過載脫扣器替代。

綜上所述，剩余電流保護裝置很好地彌補了TT制供電系統(tǒng)(或局部TT系統(tǒng))中，采用斷路器對接地故障保護靈敏度不足的缺點。當(dāng)線路發(fā)生接地故障，且其故障電流值較小時，必須采用剩余電流保護裝置來完善保護。另外，對于手持電器、室外和潮濕場所等區(qū)域的TN系統(tǒng)供電回路，可以采用剩余電流保護裝置。

4 剩余電流保護適用的場所

4.1 必須裝設(shè)剩余電流保護的場所

根據(jù)GB13955-2005規(guī)定，下列場所必須裝設(shè)剩余電流保護：

1)屬于I類的移動式電氣設(shè)備及手持式電動工具；

2)生產(chǎn)用的電氣設(shè)備；

3)施工工地的電氣機械設(shè)備；

4)安裝在戶外的電氣裝置；

5)臨時用電的電氣設(shè)備；

6)機關(guān)、學(xué)校、賓館、飯店、企事業(yè)單位和住宅等除壁掛式空調(diào)電源插座外的其他電源插座或插座回路；

7)游泳池、噴水池、浴池的電氣設(shè)備；

8)安裝在水中的供電線路和設(shè)備；

9)醫(yī)院中可能直接接觸人體的電氣醫(yī)用設(shè)備；

10)其他需要安裝剩余電流保護裝置的場所。

4.2 不必設(shè)剩余電流保護的場所

下列場所可不設(shè)剩余電流保護：

1)使用安全電壓供電的電氣設(shè)備；

2)一般環(huán)境條件下使用的具有加強絕緣(雙重絕緣)的電氣設(shè)備；

3)使用隔離變壓器且二次側(cè)為不接地系統(tǒng)供電的電氣設(shè)備；

4)具有非導(dǎo)電條件場所的電氣設(shè)備；

5)在沒有間接接觸電擊危險場所的電氣設(shè)備。

由于我國住宅設(shè)計規(guī)范、民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范中，特別強調(diào)了剩余電流保護裝置的使用，而沒有與低壓配電系統(tǒng)的接地型式綜合考慮，或許是對直接接觸事故的后備保護或者是出于防止電氣火災(zāi)的目的(規(guī)范沒有明示目的、原因或理由)，這樣，給設(shè)計人員造成了一種誤解，不管什么樣的接地型式，一進線就采用一個漏電斷路器。通過上述分析，應(yīng)該可以消除誤解了。舉個例子：有這樣一個設(shè)計，丁類廠房，采用的是TN-S系統(tǒng)，進線總開關(guān)使用了剩余電流保護裝置，還要求剩余電流保護裝置只報警不作用于跳閘。根據(jù)上述分析，只要做了總等電位聯(lián)結(jié)，該場所屬于沒有間接接觸電擊危險的場所，也沒有電氣火災(zāi)危險。因此，在進線總開關(guān)處沒有必要裝設(shè)剩余電流保護裝置。

4.3 在TN系統(tǒng)中采用剩余電流保護裝置應(yīng)注意的問題

在TN系統(tǒng)中采用剩余電流保護裝置，需要注意兩點，第一，對于TN-C系統(tǒng)，當(dāng)他處發(fā)生故障造成PEN線電位升高，本地斷路器或剩余電流保護裝置均無法切除故障，必須依賴等電位聯(lián)結(jié)來降低災(zāi)害風(fēng)險。因此，當(dāng)TN系統(tǒng)中局部采用TT制時，必須采用剩余電流保護裝置來去除本地故障高電位沿PE線引出的風(fēng)險。第二，在TN系統(tǒng)中慎用電子式脫扣器的剩余電流保護裝置，因為在TN系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生接地故障時，加在負(fù)載上的電壓會降低，可能會造成剩余電流保護裝置拒動。

5 結(jié)語

隨著人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，各類電器設(shè)備越來越多，低壓配電系統(tǒng)的容量也越來越大，系統(tǒng)的保護與配合的設(shè)計優(yōu)化顯得比較迫切，有必要交流一下，共同提高。本文僅就如何使用剩余電流保護裝置作一些探討和總結(jié)，不當(dāng)之處請批評指正。

[1]國際電工委員會.建筑物電氣裝置IEC/TC64標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB13955-2005剩余電流動作保護裝置的安裝和運行[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[3]中華人民共和國機械工業(yè)部.GB50054-2011低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].北京: 中國計劃出版社, 2011.

[4]王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計安裝與檢驗[M].2版.北京：中國電力出版社，2007.