漏电断路器：3C认证产品概述

1.三相不平衡电流、剩余电流与人体电击防护

剩余电流保护电器（Residual Current Operated Protective Devices，RCD）是针对低压系统接地故障的一种保护电器，又称为漏电保护电器。

剩余电流保护电器的核心部分为剩余电流检测元件，三相不平衡电流的测量方法如图3-49所示。

图3-49中，从断路器引出的三相线路以及中性线均穿过零序电流互感器，再接到用电设备上。

我们知道当三相平衡时，三相电流之和为零，于是N线的电流也为零；而当三相电流不平衡时，三相电流之和与零线电流大小相等而方向相反，即

图3-49 三相不平衡电流的测量方法

现在我们将三相电缆和零线电缆同时都穿过零序电流互感器，那么此时零序电流互感器的二次绕组电流代表什么电流呢？

式（3-20）中的就是线路或者用电设备对地的漏电流，也被称为剩余电流。

当线路工作正常时，因为，所以正常情况下系统的剩余电流基本为零；当线路中发生漏电时，，则从零序电流互感器中就能测量出剩余电流。

需要注意的是，要测量剩余电流，必须将三条相线及N线都穿过零序电流互感器，或者直接测量变压器的中性线接地极电流。

因为中性线在正常工作时也可能有电流流过，因此当有N线时，应当将N线和所有的相线都接入RCD剩余电流检测元件。

剩余电流包括两类不同类型的漏电电流，一类是因为电器设备绝缘破坏而产生的漏电电流，又称为设备漏电电流；另一类是人体发生直接电击时从人体上流过的漏电电流。前者对低压电网的消防和设备保护有重要意义，而后者则对人体保护有重要意义。

当人体接触到带电导体时，如果流过的电流为40～50mA，且维持时间为1s，则会对人体产生电击伤害。在IEC 60364标准中，将人体电击伤害电流再乘以0.6的系数，得到50×0.6=30mA电流，且定义此电流为人体电击伤害的临界电流值。

防止人体被电击的开关电器就是剩余电流动作保护器，简称为漏电开关。

2.漏电开关的型式

漏电开关按动作型式可分为三种：RCCB剩余电流动作断路器、RCBO剩余电流动作断路器和剩余电流动作继电器。它们的区别是：

1）RCCB剩余电流动作断路器：剩余电流动作断路器不带过载保护和短路保护，仅有漏电保护。

2）RCBO剩余电流动作断路器：RCBO剩余电流动作断路器带过载保护和短路保护，还带有漏电保护。

3）剩余电流动作继电器：剩余电流动作继电器无过载保护和短路保护，也不能直接合分电路，仅有漏电报警功能。一般与其他电器（例如断路器或者接触器等）组合实现漏电保护功能。

漏电断路器按测量和控制方式可区分为三种：电磁式漏电断路器RCD、电子式漏电断路器RDC和混合式漏电断路器RCD。它们的区别是：

1）电磁式漏电断路器RCD：电磁式RCD由零序电流互感器（零序电流互感器）、铁心、衔铁、永久磁铁、去磁线圈等组成断路器的脱扣器。电磁式RCD的灵敏度较差，很难做到30mA以下；从漏电开始到断路器跳闸需要的时间在0.1s以内，无延迟时间。

2）电子式漏电断路器RCD：电子式RCD同样安装了零序电流互感器（零序电流互感器）。当发生漏电时，零序电流互感器二次绕组输出漏电电流信号给电子测量元件，再通过电子元件将漏电信号放大后驱动中间继电器或者断路器的分励线圈，使得开关电器或者断路器跳闸。

3）混合式漏电断路器RCD：发生漏电时，分相的零序电流互感器二次绕组能输出剩余电流。脱扣器是电磁式结构，包括铁心、衔铁、永久磁铁、去磁线圈等等。当零序电流互感器检测到剩余电流后，电子元件将剩余电流信号放大后去激励去磁线圈，再通过衔铁使得断路器脱扣跳闸。

这种方式常常用于ACB和MCCB断路器的漏电测量和保护。

电磁式RCD和电子式RCD的比较见表3-25。

表3-25 电磁式RCD和电子式RCD的比较

3.额定漏电动作电流和额定漏电不动作电流

RCD的额定漏电动作电流和额定漏电不动作电流的示意图如图3-50所示。

图3-50 RCD的额定漏电动作电流和额定漏电不动作电流的示意图

（1）额定漏电动作电流I_Δn

额定漏电动作电流I_Δn是指在规定的条件下，漏电开关必须动作的漏电电流值。

一般地，额定漏电动作电流值的范围为5～20000mA，其中30mA及以下属于高灵敏度类型，主要用于人体的电击防护；50～1000mA属于中等灵敏度，用于兼有人体电击防护和漏电设备消防防护；1000mA以上属于低灵敏度，用于漏电消防防护和接地故障监视。

（2）额定漏电不动作电流I_Δn0

额定漏电不动作电流I_Δn0指在规定的条件下，漏电开关必须不动作的漏电电流值。

值得注意的是：额定漏电不动作电流I_Δn0总是与额定漏电动作电流I_Δn成对地出现的，其优选值为I_Δn0=0.5I_Δn。

一般地，从I_Δn0到I_Δn之间的电流为不能确认动作的区间，若某试验电流正好落在此区间内，则漏电开关有可能动作，也可能不动作。

（3）分断时间

分断时间与漏电开关的用途有关。分断时间分为“间接电击保护用漏电保护器”和“直接电击保护用漏电保护器”两类，具体分类见表3-26和表3-27。

表3-26 间接电击保护用漏电保护器的最大分断时间

表3-27 直接电击保护用漏电保护器的最大分断时间(www.xing528.com)

在“最大分断时间”栏下的电流值是指漏电开关的试验电流值。例如，当通过漏电开关的电流值等于额定漏电动作电流I_Δn时，动作时间不大于0.2s，而当通过的电流为5I_Δn时，动作时间不大于0.04s。

在使用以上参数时，应当特别注意从I_Δn0到I_Δn的电流区间。若工程设计中要求漏电保护电器在通过的剩余电流大于等于I₁时必须动作，而当通过的剩余电流小于或等于I₂时必须不动作，则在配置和选用漏电保护电器时应使得I₁≥I_Δn和I₂≤I_Δn0。

4.不同的接地形式下对RCD的需求

（1）IT、TT和TN接地系统对RCD的需求

IT系统的特点是变压器的中性点不接地或者经过高阻接地，而负载的外露导电部分则通过保护线直接接地。当IT系统发生单相接地故障时，接地电流很小，其电弧能量也极小，所以IT系统属于小电流接地系统。一般用于对不停电要求高的场合，如图3-51所示。

当IT系统的某相接地后，人体若同时触及另一相，则人体的接触电压相当于线电压，因而流过人体的电流很大足以致命，为此可装设RCD保护人身安全。

一般地，在矿井下要求IT系统必须配RCD，并且在电源侧还要装绝缘监视装置。

TT系统的特点是变压器中性点直接接地，而负载侧的外露导电部分也直接接地，如图3-52所示。

图3-51 IT接地系统和RCD的关系

图3-52 TT接地系统和RCD的关系

TT系统中发生单相接地故障时，因接地电流需要流经负载侧的接地极和变压器中性点的接地极，所以其接地电流较小，不足以启动断路器的短路保护，所以TT系统也属于小电流接地系统。

IEC首先推荐在TT系统中使用RCD。

TN-S系统的特点是变压器中性点直接接地，并且引三条相线、中性线N和PE线到负载侧。中性线和PE线在变压器接地极分开后就相互绝缘，并且一直延伸到负载侧，如图3-53所示。

TN-S系统中发生单相接地故障时，因为接地电流几乎等于短路电流，所以TN-S系统属于大电流接地系统，系统中发生单相接地故障时可用断路器的短路保护来切断线路。

图3-53 TN-S接地系统和RCD的关系

若在TN-S系统中使用RCD，则N线和三相线必须同时穿过零序电流互感器，或者单相的相线和N线同时穿过零序电流互感器。

对于TN-C系统，虽然变压器的中性点直接接地，但是因为PE和N组成单根的PEN线引入到负载中，为了防止PEN断线而在PEN线中出现过电压，因此PEN线必须重复接地。正因为如此，使得TN-C系统不得安装RCD。

对于TN-C-S系统，它的前部为TN-C系统，PEN线在某处接地后引出为N线和PE线，由此形成TN-C-S系统，它适合于不平衡负载。

TN-C-S系统可用RCD，但是PEN线和后部的PE线不得穿过RCD的零序电流互感器铁心。

（2）剩余电流保护的选用和分级选择性保护

RCD的线路保护系统见表3-28。

表3-28 RCD的线路保护

5.ABB的剩余电流保护电器

RCD通常附设在组件中或与组件成套组装。

对于使用在低压配电网进线回路的剩余电流动作保护器，RCD需要配备延时功能，具有延时功能的剩余电流动作保护器的级别为A，型号为RCDs。

对于低压配电网下级回路中的剩余电流动作保护器，RCD需要配备瞬动功能，具有瞬动功能的剩余电流动作保护器级别为B。

RCD可与断路器一起构建剩余电流动作保护，此时RCD的灵敏度必须与接地电阻相配合。

ABB的剩余电流动作保护器RCDs如图3-54所示。

6.RCD间的配合

当配电网上发生某回路接地故障时，与短路保护的上下级配合类似，在配电网上下级之间也需要对RCD实施剩余电流保护的选择性配合。RCD选择性配合的目的是只让靠近故障点的RCD脱扣跳闸而上级RCD和远离故障点的RCD不跳闸。如图3-55所示。

RCD之间的选择性是依据如下规则来确定的：

1）两只RCD额定剩余动作电流值之间的比值大于2；

2）上级的接地故障保护装置需要采用具有延时特性的RCDs。

对各级RCD之间可按灵敏度来确定优选值，这些优选值分别是30mA、100mA、300mA和1A；除了采用电流优选值的方法外，还可以采用用不同的脱扣跳闸时间来实现选择性配合。

图3-54 ABB的RCDs

以图3-55的两级配电为例，A极：使用带延迟功能的RCDs用于间接接触和接地故障防护；B极：使用瞬时动作的高灵敏RCD用于间接接触和接地故障防护。

图3-55 两级配电的RCD上下级配合