浅谈民用建筑漏电保护器的使用

高志诚

摘要:文章结合工作实践,分析住宅装设两级漏电保护的必要性及其装设, 介绍了漏电保护器的选用,总结了漏电保护器的使用经验。

关键词:民用建筑;漏电保护器;使用经验

中图分类号:TU85文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)08-0133-02

漏电保护器应用在民用建筑上已经有较长时间,本人长期参与施工工作,积累了一些经验,拟就民用建筑中漏电保护器的使用及选择等略做介绍。

1住宅装设两级漏电保护的必要性

凡住宅建筑,一般装设两级漏电保护,第一级漏电保护器在电源进线处装设,第二级漏电保护器在每户的插座分支回路上装设。这是因为接地故障有两种:电弧性接地故障和金属性接地故障。后者的危害是当设备可导电的金属外壳有危险的接触电压,其后果是可产生人身电击事故,而用户的电源插座回路常有带金属外壳的固定式、手握式及移动式家用电器,当此类家电设备发生漏电时,人体遭受电击后往往不能脱离漏电的家用电器,从而导致被电击者由于发生心室纤维性颤动而造成死亡事故。所以第二级漏电保护器一般采用高灵敏度、能瞬间快速动作的30mA的RCD,其目的是让人体迅速脱离开带电的可导电金属外壳,可避免电击事故的发生。

当绝缘导体发生电弧性接地故障时,故障电弧(电火花)由于本身阻抗较大,故障电流较小,而断路器因为受灵敏度的限制,一般不能及时的切断电源。电弧的局部温度很高,达到2 000多摄氏度,极易引燃附近可燃物质。所以第一级漏电保护器安装在电源进线处,其额定动作电流约300～500 mA,并带有规定的延时。当住宅建筑任何一点发生电弧性接地故障时能够及时动作,切断电源,从而避免电气火灾的发生。所以,我们经常把这一级漏电保护器称作“防火漏电断路器”。因为它只是在塑料外壳式断路器基础上加装了漏电动作附件而已,但其功能是在线路发生接地故障时经过一定的时限切断电源,有效的防止电气火灾的发生。这里应强调的是第一级和第二级装设漏电电流动作保护器在时限上应有选择性配合。

2住宅两级漏电保护的装设

2.1户内开关箱接线方式的选择及两级漏电保护时限上有选择性的配合

现在以比较典型的三室二厅和二室二厅的房子为例,看一看住宅如何装设两级漏电保护,正常情况的住宅最大可能泄漏电流值,见表1。

由表1可以看出理论计算中泄漏电流是比较大的,有规定各项的最大允许泄漏电流值正常情况下应远小于该数值,但是其中还没有考虑产品本身的质量、用电设备和线路的老化、天气潮湿和室内温度等因素的影响,随着设备使用年限的增长,泄漏电流值还会增大。另外考虑到用电设备的同期使用系数,泄漏电流值就会比计算的数值要小,综合考虑可按上面数值的40%估算,这样基本上可以表示每个住户在较长时间使用中可出现的最大漏电流值。那么按高峰时期每户自身的同期使用系数为0.8计算,其泄漏电流值分别为16.13 mA 和10.60 mA。如果按多层住宅(六层、一梯两户)三室二厅加二室二厅一个单元,假设每户电源线为BV-3×10 mm2、层高3米计算(这时各户主电流线的泄漏电流约为56×0.3=16.8mA),整个单元的同期使用系数为0.5计算,这一个单元的总泄漏电流值约为88.59 mA。如果按小高层住宅(11层)、一梯两户全部为三室二厅计算,其一个单元正常的总泄漏电流值约为180 mA。如果按高层(25层)、每层6户、三个三室二厅、三个二层二厅同期使用系数为0.3计算,总进线累计泄漏电流值约为600 mA。以上数值是在比较正常使用中的估算值。

在《低压配电设计规范》(GB50054-95)第4.4.21条规定:“为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的漏电电流动作保护器,其额定动作电流不应超过0.5 A。”而在《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)第14.3.10条的第七款中规定:“防止电气火灾为300 mA。”这两个规范之间存在不同,如果按上面的估算数值,高层住宅在任何一个规范中,由一路电源给住宅部分供电,在总进线处设置漏电保护器都是不可行的。

另外一方面,变频电梯、变频泵、变频空调等都会产生高次谐波,随着微电子技术的发展,家电智能化是一个趋势,这些设备中为了提高抗干扰性,利用滤波电容来减小电网中高次谐波对设备稳定性的影响,电容器的两端分别设在相线和设备外壳上(经PE线接地),其正常泄漏电流值为:Ic=2πfCU0

其中:U0为相线对地标称电压;f,电流频率C为滤波电容总容量;(F)Ic为泄漏电流(A)

由式中可以看出,Ic与f、C、U0成正比。U0相对可以视为常量,C与用电设备有关,设备数量多,C值也大,f的影响必须考虑,电网中存在高次谐波,而住宅每户的多为单相供电,更容易产生谐波,其中三次谐波的影响最大,当三次谐波分量为正常交流正弦波的20%时,其泄漏电流值为正常泄漏电流值的60%。而且随着电源质量的变坏,其泄漏电流值将会大幅增加,十分容易造成漏电保护器误动作造成停电。这时跳闸的不是户内的开关,而是进线电箱的主开关,这样造成的停电可能使住户感到十分不解,因为这时户内开关箱的开关都处于接通状态,却没有电了。

在《低压配电设计规范》第4.4.22条中规定:“多级装设的漏电电流动作保护器,应在时限上有选择性配合。”因此,假设总进线漏电断路器没有延时,那么会有两种情况会导致漏电断路器动作,一是住户的照明路漏电,会造成进线处漏电保护器动作,而现在居住建筑的照明回路通常不设漏电保护,所以照明回路故障很容易造成整个供电回路断电;二是住户的插座回路漏电或短路,这时也可能导致进线处漏电保护器动作,因为此时哪一个保护装置动作是看哪一个保护装置的跳闸速度快,这样看来整个系统有些敏感,抗干扰性差。所以为了提高系统的安全性和稳定性,户内开关箱也应进行调整,见图1。图1的方式1适合于经济型住宅,方式2适合于较高档的住宅,其中各户进线主开关设置漏电动作电流值为100 mA、动作时间小于40 ms的漏电保护断路,而在分支回路设置漏电动作电流值为30 mA、动作时间小于10 ms的漏电保护断路器。如果按正常漏电保护器跳闸误差时间±20%计算,这种设置方式从动作电流值和动作时间上都有配合的余量来防止越级动作。可以防止照明回路和插座回路故障引起总进线处的动作,把故障的影响范围限制在每住户的自身范围内,而不波及整个单元。根据上述的改动,在进线处的漏电保护器的相应数值为IΔn=300 mA,动作时间0.25 s或0.5 s,这样就可以使整个系统在长期内保持较高的稳定性。

由上面的论述可看到,按照现行《住宅设计规范》,在户内开关箱内加带漏电保护功能的断路器是很必要的,因为原来规范中上下级保护是根据开关的额定电流大小来做相应的保护,而现在是同时存在两种保护,即短路及漏电保护,如果单纯是短路保护,按原有方式(即在户内开箱主开关上不加漏电保护)能有效保护电气系统。而漏电保护却有很大不同,笔者建议在户内开关箱按图1方式改进应该是与现行规范比较匹配。

2.2电源侧RCD和SPD的安装位置确定

当建筑物电源侧设置浪涌保护装置(SPD)时,笔者赞同将其设置在防火漏电断路器(RCD)之后。理由有两点:其一,当SPD失效时,其对地导通将导致接地故障,此接地故障电流可被防火漏电断路器检测到,从而得到可靠保护,即使失效SPD未及时更换也不要紧。此时,防火漏电断路器对SPD起后备保护的作用;其次,确需整体更换SPD时,可断电以保证检修安全。

3漏电保护器的选用

3.1宜使用电磁式漏电断路器

目前电磁式漏电断路器价格已经和电子式价格相差无几,但前者的可靠性是后者无法比拟的,而安全性、可靠性正是电气设计优先考虑的因素。依经验电子式有三个缺点:其一,当接地故障点距离漏电断路器太近时,故障电流产生的电压过低,并不能使断路器跳闸;其二,当发生中性线(N线)断线的情况时,电子式漏电断路器失压,失去保护功能;第三,在浴室等极其潮湿的场所,50 V的接触电压不能算是安全电压,依然为危险电压。如电压低于50 V,则电子式漏电断路器又拒动作。

3.2如采用电子式漏电保护器应注意的事项

当采用电子式漏电保护器时,应注意漏电保护器的安装位置不能离插座太近,以保证漏电保护器处有足够的故障残压。另外,当回路的中性线断线时,回路上的电子式漏电保护器也将因失压而不能动作,这时如手持绝缘损坏的手握式和移动式设备将是十分危险的。

4经验结论

4.1漏电保护断路器位置应根据工程的不同来选择

如果是多层住宅或一梯二户的小高层住宅,因为住户较少,所以其泄漏电流较小,所以漏电保护断路器既可以设在总进线开关处,也可以设在总进线配电箱的至各单元的分支开关上,后一种作法可比前一种作法长期工作可靠性、稳定性都比较好。如果是高层住宅、住户较多时,可改在每个集中计量箱的上一级的开关上(如其相应的线线插接箱的开关上),如果上一级开关是主开关,则把漏电流保护器设在集中计量箱的主开关上,同时应该对集中计量箱最大分支数量进行限定,以保证其可靠性。

4.2在户内开关箱的主开关上设置漏电保护断路器

这种作法可以有效限制户内电气故障的影响范围,使电力系统更加可靠、稳定、而投资并不大。

4.3在漏电保护断路器的动作时限应有选择性配合

如果不进行选择性配合,就可能出现越级动作,给住户造成不必要的麻烦和误解。