剩余電流保護(hù)裝置的選用及故障分析

劉志兵

摘 要：本文主要介紹了城市軌道交通目前采取TN-S配電系統(tǒng)發(fā)生接地故障時的保護(hù)措施，剩余電流保護(hù)器選用原則及常見故障處理，對典型故障進(jìn)行分析及上下級保護(hù)的選擇性，將縮小故障影響范圍，提高電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：零序保護(hù);剩余電流;漏電保護(hù)器

為預(yù)防人身觸電及電氣火災(zāi)，軌道交通低壓配電系統(tǒng)常采取接地故障的保護(hù)措施，保護(hù)措施需能可靠切除接地故障，還應(yīng)與配電系統(tǒng)的接地方式相適應(yīng)，同時滿足上下級選擇性保護(hù)功能。選用接地故障保護(hù)裝置時可利用各級空氣斷路器的短路瞬時保護(hù)或短路短延時部分保護(hù)，熔斷器也可以作為接地故障主保護(hù)，或直接采用帶接地故障保護(hù)的斷路器。

1 低壓配電系統(tǒng)接地故障保護(hù)

在低壓配電TN-S系統(tǒng)采用零序保護(hù)時，三相電流完全平衡，無其他諧波源干擾，此時零序電流值應(yīng)為零。因此對于非平衡配電系統(tǒng)，應(yīng)計(jì)算出最大的不平衡值，整定值大于正常運(yùn)行時的不平衡值。如環(huán)控電控柜進(jìn)線斷路器器和母聯(lián)斷路器，均采取零序電流保護(hù)的方式，通過電流互感器檢測各相電流值后求其矢量和乘以變比，最終計(jì)算出接地故障時的零序電流，零序電流的保護(hù)整定值應(yīng)大于兩倍的額定電流且發(fā)生接地故障時檢測的零序電流應(yīng)大于1.3倍的零序電流的保護(hù)整定值。

當(dāng)?shù)蛪汗╇娤到y(tǒng)采用剩余電流保護(hù)時，三相電流及中性線的電流矢量和不為0時，檢測到的即為剩余電流，通常叫做漏電。為防止因正常的泄漏電流造成設(shè)備誤動作，應(yīng)計(jì)算所保護(hù)負(fù)載的正常泄漏電流，將整定值調(diào)整達(dá)到總體泄漏電流的2.5倍或單個設(shè)備最大泄漏的4倍，同時還應(yīng)低于接地故障電流，以保證發(fā)生故障時，開關(guān)正常動作。由此可見，剩余電流保護(hù)比零序保護(hù)的靈敏度更高。如小動力配電箱所有插座配電回路中，由于負(fù)荷不平衡和故障靈敏度要求較高，均采取剩余電流保護(hù)方式，確保接地故障電流達(dá)到30 mA時可靠動作。

2 剩余電流保護(hù)器選用原則

2.1 剩余電流保護(hù)器的分類

剩余電流保護(hù)器包含零序電流互感器及脫扣器。常用的主要有電磁式和電子式兩種。電子式保護(hù)器測量精度高、動作靈敏、費(fèi)用較低、應(yīng)用比較廣泛，但容易受到外部環(huán)境影響，發(fā)生誤動作的情況，保護(hù)電流最小可以做到5 mA保護(hù)。電磁式保護(hù)器動作可靠性高、測量精度偏低，如要提高靈敏度需采用特殊材料制作，造成費(fèi)用增加，對外部的干擾具較強(qiáng)的抵抗能力，針對30 mA及以上電流保護(hù)。

2.2 剩余電流保護(hù)器的應(yīng)用

針對預(yù)防人身觸電事故的環(huán)境，一般選擇剩余電流不大于30 mA的剩余電流保護(hù)器，在預(yù)防設(shè)備接地故障，易造成設(shè)備電氣火災(zāi)的危險(xiǎn)場合，剩余電流保護(hù)一般不超過500 mA。在另外一些不允許斷電的場合，一般選用快速動作型且不脫扣的聲光報(bào)警剩余電流保護(hù)器。選用多級保護(hù)時，上下級剩余電流動作保護(hù)器在時間上應(yīng)有一定級差，同時設(shè)定值一般要有3倍的預(yù)留量，防止上級同時跳閘的情況發(fā)生，造成單個設(shè)備故障影響到其他設(shè)備正常使用。

2.3 A型、AC型剩余電流保護(hù)動作的區(qū)別

以西門子5SM2為例，根據(jù)電流保護(hù)類別分為AC型剩余電流保護(hù)器及A型剩余電流保護(hù)器、B型剩余電流保護(hù)器。AC型即為人們通常理解的交流電，B型為直流電流保護(hù)，A型介于兩者之間，既可以檢測正弦交流電流，又可以對脈動直流進(jìn)行保護(hù)，應(yīng)用范圍更廣，主要原理是對測量的互感器進(jìn)行了改進(jìn)，提高了對脈動直流的監(jiān)測靈敏度。通常應(yīng)用在具有電子整流回路中，當(dāng)線路中出現(xiàn)剩余電流時，互感器感應(yīng)電壓經(jīng)二次回路輸出，感應(yīng)電壓與剩余電流成正比關(guān)系，即電流越大電壓也越大，感應(yīng)電壓經(jīng)電路板放大器進(jìn)行放大后，與設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，到達(dá)閥值后立即發(fā)出報(bào)警或脫扣動作。A型剩余電流保護(hù)器兼顧了AC型和B型的獨(dú)立特點(diǎn)。

在低壓配電系統(tǒng)中，變頻器、整流器、充電機(jī)等設(shè)備在運(yùn)行過程中，有可能產(chǎn)生非正弦波的交流漏電情況，如潛污泵、空調(diào)風(fēng)機(jī)、電扶梯、站臺門、UPS、EPS等。如采用AC型剩余電流器，剩余電流的中的直流分量將降低互感器中的磁場強(qiáng)度及感應(yīng)電勢，最后可能造成剩余電流保護(hù)器拒動，擴(kuò)大設(shè)備故障影響范圍，對設(shè)備及人身帶來了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 剩余電流保護(hù)器故障處理

3.1 發(fā)生誤動作情況

（1）操作過電壓引起斷路器脫扣動作，一般為避免過電壓的影響，通常選擇帶延時功能或耐壓型的剩余電流保護(hù)器，也可采取一些抑制過電壓的措施，比如采用阻容電路進(jìn)行吸收抑制或其他過壓吸收裝置。

（2）磁性設(shè)備或大功率設(shè)備啟停時會產(chǎn)生電磁干擾，嚴(yán)重時將導(dǎo)致剩余電流保護(hù)器動作，應(yīng)設(shè)置專門的隔離變壓器或調(diào)整開關(guān)安裝的位置，減少電磁諧波的影響。

（3）三相負(fù)荷不平衡時，中性線會出現(xiàn)回流電流，如中性線絕緣電阻較低，回流電流將部分流入大地，產(chǎn)生漏電使斷路器保護(hù)動作，需對中性線定期進(jìn)行絕緣監(jiān)測，并關(guān)注三相負(fù)荷的平衡情況。

（4）設(shè)備在正常使用時，其火線與零線之間會產(chǎn)生的極為微小的電流，相當(dāng)于一般電器的靜電一樣，即運(yùn)行泄漏電流，剩余電流整定值應(yīng)大于所帶設(shè)備正常的泄漏電流總和，如整定值過小將導(dǎo)致開關(guān)頻繁動作。

3.2 發(fā)生拒動的情況

（1）剩余電流保護(hù)器受自身局限性影響較大，當(dāng)采用的互感器磁環(huán)較大，產(chǎn)生了漏磁通，剩余電流一部分要克服磁環(huán)自身產(chǎn)生的磁化力，保護(hù)器靈敏度降低，致使檢測到的剩余電流偏小，出現(xiàn)拒動情況發(fā)生。

（2）手持式電動工具，未配置相應(yīng)的開關(guān)箱保護(hù)，直接接到普通剩余電流配電箱內(nèi)，在發(fā)生漏電情況時，漏電保護(hù)器未達(dá)到設(shè)定值就可能拒動。

（3）上下級剩余電流保護(hù)不匹配，上級動作時間比下級時間短，當(dāng)出現(xiàn)較大剩余電流時，下級開關(guān)延時未動作，上級開關(guān)直接脫扣，導(dǎo)致越級跳閘情況發(fā)生。

3.3 典型故障分析

（1）車站站廳兩端安檢儀電源同時發(fā)生失電故障。安檢儀電源由兩端二級負(fù)荷配電箱供電，現(xiàn)場進(jìn)線總開關(guān)采用西門子3VL斷路器，加裝RCD剩余電流檢測模塊，西門子斷路器接地故障保護(hù)的原理為三相與N相矢量求和，即通過A、B、C和N相的CT來檢測電流，再經(jīng)過內(nèi)部模塊控制器來運(yùn)算電流矢量和。前期曾發(fā)生過周期性脫扣故障，已將開關(guān)脫扣整定值調(diào)大。3VL RCD模塊具有三個剩余電流可視化指示燈，即激活指示燈、剩余電流25%～50%指示燈、剩余電流50%以上指示燈。運(yùn)行時逐步調(diào)低保護(hù)值檔位，剩余電流25%～50%指示燈閃爍及剩余電流50%以上指示燈同步閃爍后脫扣，故現(xiàn)場確實(shí)檢測到了約100 mA～150 mA剩余電流，但分路漏電開關(guān)均未動作。

（2）就地控制主電源來自二級配電箱，但就地控制箱指示燈電源來自環(huán)控柜，現(xiàn)場控制箱內(nèi)部兩路電源零線連通，導(dǎo)致二級負(fù)荷配電箱與環(huán)控電源存在共零情況。經(jīng)和作業(yè)部門確認(rèn)，安檢儀故障前曾進(jìn)行該站隧道風(fēng)機(jī)月檢測試，故判斷隧道風(fēng)機(jī)測試時，A端和B端二級負(fù)荷配電箱總開關(guān)均檢測到電流矢量和不為零，且達(dá)到漏電保護(hù)值后脫扣，造成配電箱末端安檢儀失電。拆除配電箱供電與環(huán)控柜供電共用的零線，將原有就地控制箱指示燈電源供電零線接與環(huán)控柜饋線零線端子處。剩余電流消除，開關(guān)正常工作，再無誤動情況發(fā)生。

4 結(jié)語

剩余電流保護(hù)對降低火災(zāi)隱患及觸電危險(xiǎn)非常重要，與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。隨著各個廠家競爭加劇，使用各類場所的產(chǎn)品越來越完善，如何選用合適的產(chǎn)品對保障生命安全及財(cái)產(chǎn)安全越發(fā)重要，需要不斷總結(jié)故障經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)新產(chǎn)品的原理和功能學(xué)習(xí)，才能更好的服務(wù)好設(shè)備。時至今日，還沒有哪款剩余電流保護(hù)器可以杜絕誤動作及消除動作死區(qū)問題，這是行業(yè)所面臨的技術(shù)難點(diǎn)，也是后續(xù)研究方向。

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