漏電保護器配置技術論文

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摘要：文章論述了配電系統的接地方式及適用范圍，并在簡述了RCD原理后，指出了正確使用RCD的方法。

關鍵詞：TN系統TT系統IT系統RCD保護接地接零

電能是一種即發即用、便于傳輸、使用的清潔能源。我國電力工業發展速度2000年全國發電量為1368．5TWH發電裝機容量達到319GW，居世界第二位。電氣化水平也得到了極大提高。電能已經成為我國各方面建設及人們生活中不可缺少的能源。電能的使用已遍及各行各業。如：電能用于金屬熔煉、焊接、切割及金屬熱處理，用于電解、電鍍及電化加工，電能還用于運輸工業、醫療及農業灌溉等?，F在，電能正愈來愈多地用來改善居住環境等。

1接地方式

長期以來，電力安全運行及正確使用電能一直是人們關心的問題，而配電系統的正確接地及有效保護技術又是安全利用電能的重要方面。

電力系統中，有兩種接地方式，即中性點直接接地（亦稱大電流接地系統），另一種是中性點不接地（或經消弧線圈接地，亦稱小電流接地系統）。在110kV及以上的高壓或超高壓電力系統中，一般采用中性點直接接地，這是為了降低高壓電器設備的絕緣水平，也可以防止在發生接地故障后產生的過電壓，可免除單相接地后的不對稱性。這種接地方式下，接地故障所產生的零序電流足夠使繼電保護靈敏動作，所以保護可靠。

中壓配電系統一般中性點不接地，所以，一旦發生單相接地故障，系統還能在不對稱方式下運行二個小時。但是地下電力電纜大量使用及城市用電負荷急增，不少地方已開始采用中性點接地方式。

對380／220V的低壓配電系統，除某些特殊情況外，絕大部分是中性點接地系統，其目的是為了防止絕緣損壞后運行人員遭受觸電的危險。

這里舉一例說明（見圖1），低壓三相四線制變壓器二次側中性點經接地，電氣設備外殼不接地。當外殼帶電時，有人觸及外殼，此時流過人體的電流為：

Iren＝

式中：ux——相電壓（V）

rren——人體電阻（Ω）

r0——接地裝置電阻（Ω）

由于r0＜＜rren≈1500Ω，則Iren≈≌0．147A，結果遠大于安全允許值。

2漏電保護器

國家標準GB16917．1—97《家用或類似用途帶過電流保護的剩余電流動作斷路器的一般要求》等標準規定，漏電保護器可分：

（1）漏電動作開關（僅有漏電保護的保護器）；

（2）漏電動作斷路器（帶過載、短路和漏電三種功能保護器）；

（3）漏電繼電器（僅有漏電報警功能的保護器）。

2．1保護器的工作原理

漏電保護是一種電流動作型漏電保護，它適用于電源變壓器中性點接地系統（TT和TN系統），也適用于對地電容較大的某些中性點不接地的IT系統（對相－相觸電不適用）。

漏電保護器工作原理見圖2。三相線A，B，C和中性線N穿過零序電流互感器，零序電流互感器的副邊線圈接中間環節及脫扣器。

在正常情況下（無觸電或漏電故障發生），由克氏電流定律知道：三相線和中性線的電流向量和等于零，即：

＋＋＋＝O

因此，各相線電流在零序電流互感器鐵芯中所產生磁通向量之和也為零，即：

＋＋＋＝0

當有人觸電或出現漏電故障時，即出現漏電電流，這時通過零序電流互感器的一次電流向量和不再為零，即：

Δ＋＋＋≠0

零序電流互感器中磁通發生變化，在其副邊產生感應電動勢，此信號進入中間環節，如果達到整定值，使勵磁線圈通電，驅動主開關，立即切斷供電電源，達到觸電保護。

2．2漏電保護器性能參數說明

2.2.1額定漏電動作電流（I△n）

它是指在規定條件下，漏電保護器必須可靠動作的漏電動作電流值。國家標準（GB6829—86）規定為0．006、0．01、0．015、0．03、0．05、0．075、0．1、0．2、0．3、0．5、1、3、5、10、20A計15個等級，在0．03A（30mA）以下為高靈敏度，0．03～1A為中靈敏度，1A以上為低靈敏度。

2.2.2額定漏電不動作電流（I△n0）

這是為防止漏電保護器誤動作的必需技術參數，即在電網正常運行時允許的三相不平衡漏電流。國家標準規定I△n0不得低于I△n的1/2。

2.2.3漏電動作分斷時間

動作時間是從突然施加漏電動作電流開始到被保護主電路完全被切斷為止。為達到人身觸電時的安全保護作用和適應分級保護的需要，漏電保護器分快速型、延時型及反時限型三種。

2.2.4靈敏度α

一般漏電信號電流不可能很大，又要保證人身安全，我國規定的30mA信號電流可直接接觸保護，國外可小到6mA。

漏電互感器的靈敏度由下式表示：

α＝

式中：

E——副邊繞組中感應電動勢模；

I——一次漏電流的模。

α反應了漏電互感器對漏電流的反應能力。根據電磁感應原理計算得到：

＝1／

采取加大鐵芯截面積，增加匝數N1，可以增加勵磁阻抗Zm，及增加負載阻抗ZL，則可以得到高的靈敏度。3低壓配電系統的接地

3．1三種接地系統

在我國的《民用電氣設計規范》（JGJ／T16—92）標準中將低壓配電系統分為三種，即TN、TT、IT三種形式。其中，第一個大寫字母T表示電源變壓器中性點直接接地；I則表示電源變壓器中性點不接地（或通過高阻抗接地。第二個大寫字母T表示電氣設備的外殼直接接地，但和電網的接地系統沒有聯系；N表示電氣設備的外殼與系統的接地中性線相連。

TN系統：電源變壓器中性點接地，設備外露部分與中性線相連。

TT系統：電源變壓器中性點接地，電氣設備外殼沒有專用保護接地線（PE）。

IT系統：電源變壓器中性點不接地（或通過高阻抗接地），而電氣設備外殼沒有專用保護接地線（PE）。

3．2TN系統

電力系統的電源變壓器的中性點接地，根據電氣設備外露導電部分與系統連接的不同方式又可分三類：即TN—C系統、TN—S系統、TN—C—S系統。下面分別進行介紹。

3.2.1TN—C系統（見圖3）

其特點是：電源變壓器中性點接地，保護零線（PE）與工作零線（N）共用。

（1）它是利用中性點接地系統的中性線（零線）作為故障電流的回流導線，當電氣設備相線碰殼，故障電流經零線回到中點，由于短路電流大，因此可采用過電流保護器切斷電源。TN—C系統一般采用零序電流保護；

（2）TN—C系統適用于三相負荷基本平衡場合，如果三相負荷不平衡，則PEN線中有不平衡電流，再加一些負荷設備引起的諧波電流也會注入PEN，從而中性線N帶電，且極有可能高于50V，它不但使設備機殼帶電，對人身造成不安全，而且還無法取得穩定的基準電位；

（3）TN—C系統應將PEN線重復接地，其作用是當接零的設備發生相與外殼接觸時，可以有效地降低零線對地電壓。

3.2.2TN—S系統（見圖4）

整個系統的中性線（N）與保護線（PE）是分開的。

（1）當電氣設備相線碰殼，直接短路，可采用過電流保護器切斷電源，如果線路較長，可在線路首端裝設RCD，靠它切斷故障電流；

（2）當N線斷開，如三相負荷不平衡，中性點電位升高，但外殼無電位，PE線也無電位；

（3）TN—S系統不必重復接地，因為重復接地后對N線斷后保護設備作用不明顯；

（4）TN—S系統適用于工業企業、大型民用建筑。

3.2.3TN—C—S系統（見圖5）

它由兩個接地系統組成，第一部分是TN—C系統，第二部分是TN—S系統，其分界面在N線與PE線的連接點。

（1）當電氣設備發生單相碰殼，同TN—S系統；

（2）當N線斷開，故障同TN—S系統；

（3）TN—C—S系統中PEN應重復接地，而N線不宜重復接地。

PE線連接的設備外殼在正常運行時始終不會帶電，所以TN—C—S系統提高了操作人員及設備的安全性。

3．3TT供電系統（見圖6）

如圖6，電源中性點直接接地，電氣設備的外露導電部分用PE線接到接地極（此接地極與中性點接地沒有電氣聯系）。

（1）當電氣設備發生相碰殼接地，環路阻抗Z＝ZL＋ZPE＋Zf＋RA＋RB

式中：

ZL——相線阻抗；

ZPE——PE線阻抗；

Zf——相線與外殼間接觸電阻；

ZA——用電設備接地電阻；

ZB——電源中性點接地電阻。

由于ZL、ZPE、Zf很小，可忽略，接地電流：

Id＝＝

按JGJ／T16—92標準規定RA·I＇d≤50V，及I＇d＝

U——相電壓；

I＇d——為低壓斷路器瞬時或延時過電流脫扣整定值（A）；

Id——單相短路電流（A）。

∴RA≤（15／29）·RB

如果RB≤4Ω，則：RA≤·RB＝2．07Ω；接地電阻的要求極其苛刻，較難實現，因此一般要求RA取值范圍為4Ω～10Ω。

如果RA≤4Ω，則Ia≈12．5A。

由RL1型熔斷器特性曲線與自動開關保護特性曲線得到的保護裝置允許最大整定值列于下表。

由表可知RA≤4Ω時，熔斷器熔體的額定電流Ie≤4A或Ie≤2A，而低壓斷路器瞬時動作整定值Ie≤11A才能保證在規定時間內切斷故障回路。在工程上，這么小的整定值是沒有實際意義的，另外，容量較大的分支負荷或支路負荷也無法采用熔斷器或自動開關作這種TT接地系統的保護電器，因此要采用RCD保護電器。

（2）TT系統在國外被廣泛應用，在國內僅限于局部對接地要求高的電子設備場合，如果在負荷端和首端裝設RCD而干線末端裝有斷零保護，則可適用于農村居住區、工業企業及分散的民用建筑等場所。

3．4IT系統

電力系統的帶電部分與大地間無直接連接（或經電阻接地），而受電設備的外露導電部分則通過保護線直接接地（如圖7）。

圖7（a）配電中性點與地絕緣；圖7（b）配電中性點經電阻（阻抗）接地；圖7（c）配電中性點經阻抗接地而設備外露導電部分接到電源的接地體上。

下面分析發生單相短路故障時的情況這里只論述圖7（b）。在發生第一次接地故障時。

Id≤U／（Z＋RA＋RB＋ZL＋Zf）

式中：

Z——配電系統中性點的阻抗

RA——用電設備的接地電阻，一般RA≤4Ω

RB——配電設備中性點的接地電阻，一般RB≤4Ω

U——電源相電壓，220V

ZL——相線電阻

Zf——相線與外殼之間接觸電阻

ZL、Zf數值很小，略去不計。按IEC標準，Z的阻抗推薦5倍于相線電壓數值，

Z＝5×2201000Ω

Id≤220／（1000＋4＋4）＝0．218（A）

設備外露部分的電壓：Uf≤Id·RA＝0．218×4＝0．872V，這個電壓不會造成觸電傷害，因此第一次出現這種情況，不用切斷電源，而是發一個聲光告警。

在發生第二次接地故障時（圖8），M1設備的L3相接地，M2設備的L2相接地時，必須滿足RA·Ia≤50V及RC·IC≤50V，式中Ia、IC分別為M1，M2保護器的動作電流。

在一般情況下，RA＝RC＝4Ω，則Ia＝Ic≈50V／4Ω＝12．5A；如果采用熔斷器或空氣斷路器作保護時，IT系統只能提供小容量負荷。如果采用RCD，則IT系統可以提供較大負荷量。4漏電保護器的配置

4．1漏電保護器的配置技術

一般僅有一級保護，額定動作電流I△n≤Vr／Rs。式中：Vr——安全觸電電壓，特別潮濕場所為2．5V，潮濕場所取25V，而干燥場所取56V；Rs為設備外露導電部分接地電阻。

如果有二級保護，圖9表示了兩級保護的動作時間和動作電流的配合關系。其第一級的目的是為了防止人身間接接觸觸電，被保護電網面積大負載電流大，通常150kVA變壓器總出線電流216A，動作電流取100～300mA，而動作時間為0．2s以上；其第二級的目的是防止直接接觸觸電事故，被保護電網覆蓋小，動作電流選30mA，動作時間≥0．04s。

如果多級漏電保護時，多級漏電保護I△n1≥3I△n2t1≥tfd，式中，I△n1是上一級，I△n2為下一級RCD額定動作電流，tfd為上一級RCD可返回的時間；tfd為下一級RCD分、合斷時間。

如果要采取三級保護，則（1）末線路端用電設備I△n＝30mAt≤0．1s；（2）分支路選擇RCD，取I△n＝100mAt≤0．3s；（3）干線選擇I△n＝300mAt≤1s。

4．2安裝漏電保護器的注意事項

（1）漏電保護器能否正常工作，它與接地方式及安裝方式有很大關系。這里僅舉一例說明I△n＝100mAt≤1s。

由于兩個漏電保護器出線后的線路混用（見圖10），而造成兩個漏電保護器不能同時供電。

圖中，由于臨時將照明燈泡跨接在兩個漏電保護器出線后的相線與中性線之間，它是跨接在2LDB中的相線與的1LDB中性線之間，當燈泡亮后，其相線電流流經2LDB和1LDB回到中線，很明顯2LDB使出現不平衡電流，1LDB中也出現差流，從而2LDB和1LDB一起動作，切斷了電源，因此造成兩個回路都無法正常工作。

（2）安裝漏電保護器時，一定要注意線路中中性線的正確接法，即工作中性線一定要穿過漏電電流互感器，而保護中性線決不能穿過漏電電流互感器，如圖4—（a）（即TN－S系統）。5結論

（1）不同的接地方式應選用不同的接地保護器。TT系統中，RCD是接地故障的適合保護器；而在TN－C系統，就不宜采用RCD；在TN－S，TN－C－S系統，均可采用RCD作保護器。

（2）為了達到保護人身安全，又不要擴大停電范圍，要正確選擇RCD的分級保護。

（3）安裝RCD保護，要防止接地方式混亂，及接地、接零混用。還要正確使用，使用不當也會造成停電或事故。