剩余電流動作保護器在低壓配電系統(tǒng)中的應用

蔡傳寶

(杭州綠城東方建筑設計有限公司，杭州 310012)

0 引言

我國的剩余電流動作保護器是從70年代才開始發(fā)展的，比起發(fā)達國家對它的生產(chǎn)和使用晚了幾十年，但是到了80年代末及90年代初，通過用國外的先進技術做指導，進行了自行研究和開發(fā)，取得了很大的進展，并且形成了相當規(guī)模的生產(chǎn)能力。這種裝置首先是在農(nóng)村的低壓配電系統(tǒng)中使用的，由于它有很多的優(yōu)點，所以隨著人們的生活中越來越多的電氣的出現(xiàn)，剩余電流動作保護器被廣泛的應用。目前國內(nèi)生產(chǎn)的RCD有電磁式和電子式兩種，它們內(nèi)置的檢測元件和執(zhí)行元件都相同，分別是零序電流互感器和低壓斷路器，但它們的工作原理卻不同，前者是利用剩余電流產(chǎn)生的磁場將彈簧的銜鐵釋放，從而把故障電路切斷，保障整個線路的安全。后者是將剩余電流在磁環(huán)的次級繞組上產(chǎn)生的電壓經(jīng)電子電路放大后，產(chǎn)生足夠的功率把故障電路切斷。這兩類保護器有各自的優(yōu)缺點，分別在適用的場合得到了廣泛的應用。

對于RCD在低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中的應用，先前有很多的研究。夏小永(2007)做了關于RCD在低壓配電線路中應用的研究，主要通過對剩余電流保護器的概念、工作原理和應用的介紹，著重研究了RCD在低壓電路中的設計和安裝。梁寶桂主要從RCD的原理和作用入手，結合實際工程說明了如何正確選用剩余電流保護器，如何在應用中使RCD發(fā)揮出最大的作用。而在低壓電網(wǎng)中，由于生活中所用的電器設備或多或少存在著一些缺陷，如果在使用過程中操作不當就可能會給人們帶來安全方面的危險，更有嚴重的會造成觸電身亡或發(fā)生電氣火災，給人們帶來不可估量的損失。為了阻止這些危險的發(fā)生，在低壓配電系統(tǒng)中安裝剩余電流動作保護器是一個非常有效的保護措施，它能夠通過及時切斷用電設備運行中的電路來保障在用電設備或電氣設備線路漏電時不會引起人員觸電和發(fā)生電氣火災。剩余電流保護器的使用，為預防各類電氣事故的發(fā)生，及時切斷電路，保障人員和設備的安全提供了可靠而有效的技術支持。為了用電人員和設備的安全，我們將對剩余電流動作保護器做出簡要分析。

1 剩余電流動作保護器的工作原理

剩余電流動作保護器由三個基本組成環(huán)節(jié)，分別是電流檢測器、中間部件和執(zhí)行電路。電流檢測器就是剩余電流互感器，而互感器能檢測出電流中的剩余電流，然后把電流信號轉換為能被中間部件識別的電壓信號或功率信號；中間部件主要是信號調(diào)理電路，它能對剩余電流信號進行調(diào)整，這種處理包括信號變換和信號對比，有時還會對信號進行放大；執(zhí)行電路可以接受中間部件所發(fā)出的控制指令，把被保護電路的電源切斷。零序互感器的組成包括封閉的環(huán)形鐵芯和一次、二次繞組，主要檢測流過它的電流的矢量總和。如果電流的矢量總和為零，則證明沒有剩余電流。如果流經(jīng)互感器的電流矢量總和不為零，則互感器內(nèi)就會產(chǎn)生一個電信號，當這個信號超過標準值時，信號調(diào)理電路會把剩余電流處理后將一個脫扣信號傳給執(zhí)行機構，執(zhí)行機構的觸頭將電路斷開，從而完成了對電路故障時的保護。RCD的原理流程框圖如圖1所示。

圖2為剩余電流動作保護器的工作原理圖。

圖1 RCD的原理流程框圖

圖2 剩余電流動作保護器的工作原理圖

2 剩余電流動作保護器的分類及性能特點

根據(jù)分類的依據(jù)不同，剩余電流動作保護器可以分成很多的種類，根據(jù)動作方式分，分為電磁式剩余電流動作保護器和電子式剩余電流動作保護器。電磁式是利用電磁感應的方式實現(xiàn)對電路的保護，而電子式是通過電磁感應及電子放大來對電路進行保護。根據(jù)應用特點的不同分為一般型剩余電流保護器、脈沖動作型剩余電流保護器、鑒幅鑒相型剩余電流保護器、電流分離型剩余電流保護器，它們自身都有各自的特點，如表1。

而在一般型剩余電流動作保護器中，根據(jù)它的動作時間分為瞬時型和延時型，瞬時型主要用于分支線路和終端線路的漏電保護中。當系統(tǒng)中出現(xiàn)了比動作標準值大的剩余電流時，為確保人員的安全，沒有故意延時，而是立即斷開。簡單的理解是瞬時型保護器主要從人的角度考慮，對于延遲時間會對人員造成重大危險的故障，瞬間切除，一般要選擇靈敏度很高的RCD(動作電流≤35mA)，在規(guī)范中明確規(guī)定了某些地方必須使用此型的保護器；延時型主要用于主干線或分支線的保護中，可以配合終端線路的保護裝置，達到選擇性的保護要求。在一些不能頻繁停電且人員少，自動化控制比較高的場所，可對保護器的動作向后延遲一段時間。設置一個比較高的剩余電流值，使之到達一個預定的極限而不動作的時間。進而實現(xiàn)多個RCD串聯(lián)使用時，上級和下級的RCD之間可以選擇性的動作，來減少由故障引起的停電的范圍。

3 剩余電流動作保護器在低壓配電系統(tǒng)中的應用

低壓配電系統(tǒng)根據(jù)接地形式的不同分為IT、TT和TN系統(tǒng)，都是由配電裝置和線路以及保護設備組成，在電力系統(tǒng)中占有很高的地位，是國家建設的重要基礎設施。

3.1 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)的電源與用電設備的金屬外殼的接地方式分別為中性點對地絕緣和直接接地。通俗的理解就是生活中經(jīng)常說的三相三線制的接地方式。如果在供電連續(xù)性要求高的場合，這種系統(tǒng)就非常適用。比如在學校的教室、醫(yī)院的手術室等等。這是因為這種系統(tǒng)不引出中性線，在發(fā)生接地故障時，接地故障電流很小，與非故障時的相對地的電容電流相等，由于外露部分與地之間的電壓很小，不超過40 V，所以不需要切斷故障電路，可使電路繼續(xù)供電。但對于供電距離很長的線路，線路與地之間的電容就不能忽略不計了。在線路發(fā)生短路或漏電時，會使設備外殼帶電，其漏電電流流經(jīng)大地形成一個回路，如果保護設備不動作，會引起事故。所以，在IT系統(tǒng)中裝設剩余電流動作保護器，當有剩余電流產(chǎn)生時，會迅速做出反應，及時切斷電源，防止事故的發(fā)生。

表1 各種常見的剩余電流保護器的特點

3.2 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)的電源中性點與用電設備的金屬外殼都是直接接地的，并且它們之間是沒有關聯(lián)的。通俗的理解就是生活中經(jīng)常說的三相四線制的供電系統(tǒng)中的接地方式。當用電設備的金屬外殼由于相線與外殼發(fā)生接觸或絕緣損壞漏電而帶電時，因為有接地保護，所以，可以減小觸電的可能性，但是但漏電的電流非常小時，即使電路中有熔斷器，但也不一定能夠感應而發(fā)生熔斷，因此在這種情況下需要安裝剩余電流動作保護器進行保護。TT系統(tǒng)最大的缺點是由于系統(tǒng)中電源的接地電阻和用電設備的接地電阻的存在，制約了單相接地的故障電流。如果電流很小，則不能使剩余電流保護器發(fā)生動作。在農(nóng)村低壓電網(wǎng)的單相或三相混合供電中，常用到TT系統(tǒng)，使用這種系統(tǒng)供電節(jié)省導線且供電靈活，單相接地故障一旦發(fā)生可以抑制電網(wǎng)與地之間電壓的升高，容易進行過載和短路保護。在此系統(tǒng)中，剩余電流保護器一般實行分級保護。

3.3 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)是指電源中性點與正常運行的時候不帶電的電氣設備的金屬外殼通過保護線直接相連，通俗的理解就是生活中經(jīng)常說的三相四線制的供電系統(tǒng)中的保護接零。根據(jù)保護形式的不同，TN系統(tǒng)又分為了3種形式，分別是TN-C、TN-S和TN-C-S系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)是三相四線制，在該系統(tǒng)中，中性線和保護線共用一條，稱作保護中性線。這種系統(tǒng)雖然節(jié)省了一條導線，但是在三相負載不平衡時或者是保護中性線因損壞而斷開時，用電設備的金屬外殼都會帶電，造成很大的危險。這時就需要安裝剩余電流動作保護器進行安全保護，防止人員觸電和設備因危險電流過大而造成設備損壞。而TN-S系統(tǒng)中的中性線和保護線是分開設置的，從變壓器開始就采用五根線供電，因此，它屬于三相五線制供電系統(tǒng)。此系統(tǒng)的優(yōu)點是由于保護線和中性線的分開，使得在正常情況下保護線上沒有電流流過，因此，在保護線上連接的設備不會受到電磁干擾。目前這種供電安全可靠性高的系統(tǒng)多用于城市，其接地必須接在保護零線上。如果接在了工作零線上，剩余電流動作保護器將無法使用。對于前兩種系統(tǒng)優(yōu)點的綜合，產(chǎn)生了三相四線和三相五線的混合系統(tǒng)。這種系統(tǒng)兼容有以上兩種系統(tǒng)的特點，且它是在每棟建筑的用戶入口處將零線一分為二的，一根為工作零線，另一根為保護零線，所以在這中系統(tǒng)中不能裝設剩余電流動作保護器進行總的保護，只能進行剩余電流器的中級保護和剩余電流器的末端保護。

4 結語

剩余電流動作保護器是一種非常有效的保護裝置，它經(jīng)常應用于低壓電網(wǎng)中,保證用電的安全。在不同的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中它的安裝位置及保護功能有所不同，但是它的安裝使用使得人身觸電身亡的事故降到最低，也有效地防止了由于漏電而引起的電能的損耗、設備的損壞以及電氣火災的發(fā)生。隨著社會的發(fā)展和電氣業(yè)的興旺，由電造成的危險越來越多，而剩余電流動作保護器的引進和推廣使用，使得電氣事故大大地降低，保障了人民的生命安全和財產(chǎn)安全。

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