剩余电流作保护装置(俗称剩余电流动保护器、漏电保护器或“RCD”),也称低压触电保安器,是一种行之有效的防止低压触电的保护设备。剩余电流动作保护装置是指电路中带电导体对地故障所产生的剩余电流超过规定值时,能够自动切断电源或报警的保护装置,包括各类剩余电流动作保护功能的断路器、移动式剩余电流动作保护装置和剩余电流动作电气火灾监控系统、剩余电流继电器及其组合电器等。
在低压电网中安装剩余电流动作保护装置是防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏的一种有效的防护措施。
一、剩余电流动作保护装置的选用
(1)剩余电流动作保护装置必须选用符合《剩余电流动作保护装置的一般要求》(GB 6829—2008)规定,并经国家经贸委、国家电力公司指定的低压电器检测站检验合格公布的产品。
(2)剩余电流动作保护装置安装场所的周围空气温度最高为+40℃,最低为-25℃或-5℃,海拔不超过2000m,对于高海拔及寒冷地区装设的剩余电流动作保护装置,可与制造厂协商定制。
(3)剩余电流动作保护装置安装场所应无爆炸危险、无腐蚀性气体,并应注意防潮、防尘、防振动和避免日晒。
(4)剩余电流动作保护装置的安装位置,应避开强电流线和电磁器件,避免磁场干扰。
(5)剩余电流动作总保护在躲开电力网正常漏电情况下,剩余动作电流应尽量选小,以兼顾人身和设备的安全。总保护的额定动作电流宜为可调挡次值,其最大值见表6-15。
表6-15 剩余电流动作总保护额定动作电流 单位:mA
实现完善的分组保护后,剩余电流动作总保护的动作电流是否在阴雨季节增至500mA由省供电部门决定。
(6)剩余电流动作保护装置的额定电流应为用户最大负荷电流的1.4倍为宜。
(7)剩余电流动作末级保护器的漏电动作电流值,应小于上一级剩余电流动作保护的动作值,但应不大于以下几项规定。
1)家用、固定安装电器,移动式电器,携带式电器以及临时用电设备不大于30mA。
2)手持电动器具为10mA,特别潮湿的场所为6mA。
(8)剩余电流动作中级保护器,其额定剩余电流动作电流应介于上、下级剩余电流动作电流值之间。具体取值可视电力网的分布情况而定。
(9)上下级保护间的动作电流级差应按下列原则确定。
1)分段保护上下级间级差为1.5倍。
2)分级保护为两条支线,上下级间级差为1.8倍。
3)分级保护为三条支线,上下级间级差为2倍。
4)分级保护为四条支线,上下级间级差为2.2倍。
5)分级保护为五条支路以上,上下级间级间级差为2.5倍,但是对于保护级差尚应在运行中加以总结,从而选用较为理想的级差。
(10)三相保护器的零序互感器信号线应设断线闭锁装置。
(11)选择触(漏)电保护的三条参考原则。
1)总保护的容量应按出线容量的1.5倍选。总保护的动作电流选在该级保护范围内的不平衡电流的2～2.5倍范围内为宜。
2)总保护与用户的分级保护应合理配合。总保护的额定动作电流是用户分保护额定动作电流的2倍,动作时间0.2s为宜。
3)每户尽量不选用带重合闸功能的保护器,若选用时,应拨向单延挡,封去多延挡,防止重复触电事故的发生。
二、剩余电流动作保护装置的安装
(一)作业前的准备
(2)材料准备。剩余电流动作保护装置1只、铜导线若干。
(3)人员安排。剩余电流动作保护器安装工作设工作监护人1名、安装操作人员1名。
(二)农村电网剩余电流动作保护装置的基本安装方式
1.总保护的安装方式
根据《农村低压电力技术规程》(DL/T499—2001)规定,剩余电流动作保护装置的应选用下述的任一装设方式:安装在电源中点接地线上、安装在电源进线回路上、安装在各出线回路上。
(1)安装在电源中点接地线上。其安装方法如图6-120(a)所示。
由于TT系统的中性点是直接接地的,在接地前,将中性线直接穿越或缠绕几匝后穿越剩余电流动作保护装置的零序电流互感器铁芯后再行接地,作为TA的一次绕组,TA的二次绕组的输出送至放大元件M再驱动执行元件T。这种保护方式特点是:只要网内任一回路发生接地故障或触电事故,当故障电流达到动作值时,则开关将会断开总电源。该方式存在的问题主要有以下几个。
1)当网络供电范围增大,各相对地的不平衡泄漏电流增加(特别是雨季),常引起误动。
图6-120 总保护安装方式示意图
(a)安装在电源中点接地线上;(b)安装在进线回路
2)如果想躲避正常的不平衡漏电流将保护的电流整定值增大,对人身的触电保护功能降低。
3)抗电磁干扰差。
(2)安装电源的主进线回路上。如图6-120(b)所示,即将剩余电流动作保护装置安装在变压器低压侧引出的主进线回路上。此时是4根导线一并穿入,中性点就近接地,零线不能再接地,重复接地必须拆除。
这种接线方式的主要优点有:只用一套剩余电流动作保护装置则可保护全网且由于相线和零线皆穿越TA,故其抗电磁干扰强。但存在的问题如下所述。
1)动作电流值大,对人体触电保护功能差。
2)阴雨季节,网络绝缘电阻下降,易引起误动。
3)事故停电波及全网。
(3)安装在电源的出线回路上。如图6-121(a)所示,这种接线分别保护各支回路,当某支路发生单相接地或触电,当故障电流达保护装置的动作值时,则可断开该回路的电源开关。
图6-121 总保护安装在主出线回路上的原理示意图
(a)接线方式;(b)多分支零线电流示意图
此时应该注意的是:各分支回路的零线应避免通过大地而产生电的联系,如图6-121(b)所示,正常情况下,各分路的TA中无异常电流,保护装置可以正常工作;当某分支上发生触电事故时,故障支路的TA可有效地检测到漏电流,则使得保护装置动作。
当若干分支回路经大地相接时,由于各支路中的用电负荷不平衡,于是将有不平衡电流出现,因此,尽管不发生触电事故,某些情况下,TA也可能检测出异常电流而造成误动。
2.末端保护的安装
按规定,在TT系统中,网络内除Ⅱ、Ⅲ类电器外,所有受电设备均需装设末级保护。如图6-122所示,装设的方式是直接安装在用户屋内熔丝盒(保险)的出线上,具体位置如下所述。
图6-122 末端保护的安装原理示意图
(1)装在接户的配电箱内。
(2)装在动力配电箱内。(www.xing528.com)
(3)装在用户屋内熔丝盒的出线端。
(三)剩余电流动作保护装置的安装接线
根据《剩余电流动作保护器的安装与运行》(GB13955—2005)的规定,在TT、TN系统供电方式中安装剩余电流动作保护器的接线如下所述。
1.TT供电系统的设备剩余电流保护器的接线
TT供电系统中的一般保护与漏电保护的接线方式如图6-123所示。
图6-123 TT系统剩余电流动作保护装置的安装接线方式示意图
2.TN-C供电系统的设备剩余电流保护器的接线
(1)TN供电系统中一旦设备出现外壳带电,接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流,这个电流是TT系统的5.3倍,熔断器的熔丝会熔断,低压断路器会立即动作而跳闸,使故障设备断电。
(2)TN系统节省材料、工时,在我国和其他许多国家广泛得到应用,可见比TT系统优点多。TN方式供电系统中,根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S等两种。
(3)TN-C方式供电系统是用工作零线兼作接零保护线,可以称作保护中性线,可用PEN表示。TN-C供电系统中的一般保护与漏电保护的接线方式如图6-124所示。
(4)TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。由于TN-C供电方式有可能使设备的外壳带电,有不安全的因素,因此,现行农村电网中已很少使用这种接线方式。
3.TN-S供电方式的设备剩余电流保护器的接线
(1)TN-S供电方式是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统,TN-S供电系统中的一般保护与漏电保护的接线方式如图6-125所示。
(2)系统正常运行时,专用保护线上不有电流,只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压,所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上,安全可靠。
图6-124 TN-C系统剩余电流动作保护装置的安装接线方式示意图
(3)TN-S供电系统中工作零线只用作单相照明负载回路,专用保护线PE不许断线,也不许进入漏电开关。
(4)TN-S方式供电系统安全可靠,适用于工业与民用建筑等低压供电系统。在建筑工程工施工前的“三通一平”(电通、水通、路通和地平)必须采用TN-S方式供电系统。
图6-125 TN-S系统剩余电流动作保护装置的安装拉线方式示意图
4.TN-C-S方式供电系统的设备剩余电流保护器的接线
在建筑施工临时供电中,如果前部分是TN-C方式供电,而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电系统,则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线,如图6-126所示。
(1)TN-C-S系统的工作零线N与专用保护线PE相联通,可以降低电动机外壳对地的电压,然而又不能完全消除这个电压。负载越不平衡,PE线又很长时,设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大,而且在PE线上应作重复接地。
(2)PE线在任何情况下都不能进入剩余电流保护器,因为线路末端的剩余电流保护器动作会使前级剩余电流保护器跳闸造成大范围停电。
(3)对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外,其他各分箱处均不得把N线和PE线相连,PE线上不许安装开关和熔断器,也不得用大顾兼作PE线。
5.整体式漏电保护装置的基本接线
如图6-127所示为TN-S供电系统中采用四极式漏电保护装置的末端保护接线示意图。根据TN-S方式供电系统的特点和漏电保护装置使用的要求,进行漏电保护装置安装接线时,漏电保护装置负载侧的线路必须保持独立,即负载侧的线路(包括相线和工作零线)不得与接地装置连接,不得与保护零线连接,也不得与其他电气回路连接。
图6-126 TN-C-S系统剩余电流动作保护装置的安装拉线方式示意图
图6-127 末端剩余电流动作保护装置的接线示意图
(四)剩余电流动作保护装置安装前的测试
安装前必须了解低压电网的绝缘水平。规程规定低压电网绝缘值为0.5MΩ以上。为了保障保护器的正常运行,必须达到所要求的绝缘水平。因此,要进行绝缘电阻测试。测试时,多数用直接测量法、使用500V绝缘电阻表。电网绝缘电阻测试在无电的情况下进行。
(1)测试前,拆除低压电网中所有设备的接地线,包括零线的重复接地、三孔插座的接地线。
(2)测量单相阻值,断开非测相与中性线连线。绝缘电阻表E端与地相连,L端与被测相连接。
(3)测量三相阻值,不需断开非测相与中性线连线。测得任一相的阻值即能反映三相绝缘水平。低压电网无三相负荷可将U、V、W、N相连与绝缘电阻表L端连接,绝缘电阻表E端与地相连。
(4)上述是带着配电变压器二次绕组所测得的绝缘电阻。但是剩余电流动作保护装置检测低压网络及设备的泄漏电流。测试时断开低压总开关和负荷开关,分相测量为宜。
采用间接法测绝缘电阻的方法有两种:①电流表法,设一个直流电源,测得相、地回路中的电流数值I,用R=E/I计算绝缘电阻;②用电压表法,设一电压源,加装保护电阻(约1Ω),测N与地间电压,用I=U/R,则R'=(E-U)/I计算。
(五)剩余电流动作保护装置安装
(1)严格按照产品说明书的要求接线,使用的导线截面积应符合要求。
(2)剩余电流动作保护装置标有“电源侧”和“负荷侧”时,按标识正确接线。
(3)安装组合式剩余电流动作保护装置时,主回路导线并拢穿过空心式零序电流互感器,两端保持大于15cm距离后分开,防止无故障条件下因磁通不平衡引起误动作。
(4)使用剩余电流动作保护装置的低压电网的保护接地电阻应符合要求。
(5)总保护采用电流型剩余电流动作保护装置时配电变压器的中性点必须直接接地。在保护范围内,零线不得重复接地。零线和相线保持相同的良好绝缘;且零线和相线在保护器间不得与其他回路共用。
(6)电源侧朝上、垂直于地面安装。安装场所无腐蚀气体、无爆炸物,防潮防尘防震,防阳光直晒,周围空气温度上限不超过40℃,下限不低于-25℃。
(六)剩余电流动作保护装置安装后的调试
(1)安装漏电总保护的低压电力网,其漏电电流应不大于保护器额定漏电动作电流的50%,达不到要求时应进行整修。
(2)装设漏电保护的电动机及其他电气设备的绝缘电阻应不小于0.5MΩ。
(3)装设在进户线上的漏电断路器,其室内配线的绝缘电阻,晴天不宜小于0.5MΩ;雨季不宜小于0.08MΩ。
(4)保护器安装后应进行如下检测。
1)带负荷分、合3次,不得有误动作。
2)用试验按钮试跳3次,应正确动作。
3)分相用试验电阻接地试验各一次,应正确动作(试验电阻整机上自带在电路中),此电阻在电路中称为模拟电阻。
三、安全分析
图6-128 剩余电流动作保护拒动图
剩余电流动作保护装置对接地故障电流有很高的灵敏度,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,高灵敏度的剩余电流动作保护装置也能快速切断使人免遭电击的危险,这是众所周知的。但剩余电流动作保护装置只能对其保护范围内的接地故障起作用,而不能防止从别处传导来的故障电流引起的电击事故,如图6-128所示。
图6-128中,乙用户安装了剩余电流动作保护装置,而相邻的甲用户却是安装了熔断器来作为保护。在使用过程中,若甲用户随意将熔丝截面加大,并且使用电器不经心而导致电气设备绝缘损坏,由于故障电流不能使熔丝及时熔断而切断故障,此时故障电压通过PE线传导至乙用户的用电设备上,由于剩余电流动作保护装置不动作,致使乙用户存在了引起电击事故的安全隐患,这种例子在当前的城市用电设计规范的前提下是不存在的。
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