RCD及电气火灾监控系统设计易错问题评析

李 蔚 / 张 院 / 和宏亮 / 白建光

（中信建筑设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014）

1 剩余电流动作保护器RCD的设置部位不当

评析：根据《漏电电流动作保护器安装和运行》（GB13955-2005）、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）（以下简称新《民规》）7.7.10，下列设备的配电线路应设置剩余电流动作保护：

1）手持式及移动式用电设备；

2）室外工作场所的用电设备；

3）环境特别恶劣或潮湿场所的用电设备；

4）家用电器回路或插座回路；

5）由TT系统供电的用电设备；

6）医疗电气设备，急救和手术用电设备的配电线路的剩余电流动作保护宜作用于报警。

其他如《铁路电力设计规范》（TB10008-2006）9.4.15 亦有类似的规定。

设计易犯错误：

1）仅交待移动式用电设备设置RCD；

2）室外施工用电设备未设RCD；

3）潜水泵等潮湿场所设备未设RCD；

4）由TT系统供电的室外照明线路漏设RCD；

5）急救和手术用电设备的RCD仅作用于报警不跳闸，未予明确。

尚需提醒，新《民规》新增要求：

1）10.8.1-12条：住宅配电除壁挂式空调器外，其它所有插座回路（含立柜式空调器）均应设RCD。

2）7.6.7条：在建筑物的电源进线或配电干线分支处（1）住宅、公寓等居住建筑应设置RCD；（2）医院及疗养院、影剧院等大型娱乐场所，图书馆、博物馆、美术馆等大型文化场所，商场、超市等大型场所，地下汽车库等宜设置RCD。需说明：本条所设RCD只发出报警信号不跳闸，以保证供电连续性。

2 RCD的动作电流及动作时间选择有误或疏漏

评析：很多设计中，漏电电流动作保护器RCD的动作电流及动作时间选择有误或疏漏。

根据《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2002）6.1.9，应明确 ：在配电回路或支线上设置的防止人身电击RCD的动作电流I△n≤30mA，动作时间t≤0.1s。新《民规》7.7.10亦有此规定。

注意：对潮湿环境或医疗电气设备等，现均要求I△n≤30mA，而旧《民规》要求I△n≤10mA 或6mA。根据交流电流通过人体时的效应，只要I△n≤30mA，人体就不致因发生心室纤颤而电击致死，据此国际上将防电击RCD的额定动作电流值取为30mA。

虽然不同潮湿环境对接触电压限值有50V、25V、12V的不同要求，但区分这些特低电压的目的都是为使通过人体的接触电流不超过30mA。因引发心室纤颤的接触电流在任何潮湿程度的环境下都是不变的30mA，为防电击致死，RCD 的I△n值选用30mA和选用10mA、6mA，其效果是相同的。所以没有必要在游泳池、浴室等特别潮湿环境及医疗场所内装用I△n值为10mA、6mA 的RCD。相反，太敏感的RCD反而会因正常泄露电流I△n而导致不必要的跳闸，带来不便甚至引起事故。

《低压配电设计规范》（GB50054-95）第4.4.21条“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0.5A”，新《民规》7.7.10亦有此规定。所以应明确，在供电干线或电源线路上设置的防止电气火灾RCD动作电流I△n≤500mA，动作时间t≤0.5s。

需强调说明：由《工业与民用配电设计手册》第三版第11章第3节“接地故障保护”知，为防止RCD误动作，其动作电流值I△n不应小于被保护线路和设备在正常运行时最大泄漏电流值的2.5～4倍（可取3倍）。即：

I△n≥（2.5～4）IL

式中 IL为正常情况下，被保护线路和设备可能产生的最大泄露电流，其值可参考表1～表4。

表1 220/380V线路每公里泄露电流（mA/km）

表2 电动机泄露电流（mA）

表3 各类电器正常允许泄露电流值通用要求

表4 家用电器正常泄露电流

3 4P开关断开PE或PEN线、漏电电流动作保护器RCD的互感器磁回路穿过PE或PEN线

评析：为防止接地电弧短路引起的漏电火灾，住宅或公建的总电源进线处应设置具有漏电保护功能的断路器，而根据《低压配电设计规范》（GB50054-95）第4.5.6条“在TT或TN-S系统中，N线上不宜装设电器将N线断开，当需要断开N线时，应装设相线和N线一起切断的保护电器”。当装设漏电电流动作的保护电器时，应能将其所保护的回路所有带电导线断开。在TN系统中，当能可靠地保持N线为地电位时，N线可不需断开。

在TN-C系统中，严禁断开PEN线，不得装设断开PEN线的任何电器。当需要在PEN线装设电器时，只能断开相应相线回路。”

又根据《漏电电流动作保护器安装和运行 》（GB13955-2005）、《低压配电设计规范》（GB50054-95）第4.4.17条、《铁路电力设计规范 》（TB10008-2006）9.4.16条“PE线 或PEN 线严禁穿过漏电电流动作保护器中电流互感器的磁回路”，因“RCD应能将其所保护的回路所有带电导体断开”,所以，对TN-C-S系统，通常在总电源进线处设置带漏电保护功能的4P断路器，此时必须先行重复接地，将PEN线分为PE、N 线后，4P断路器再分别断开L1、L2、L3、N 线、漏电开关电流互感器的磁回路穿过L1、L2、L3、N线。

故设计说明应明确“4P开关严禁断开PE或PEN线、漏电开关电流互感器的磁回路严禁穿过PE或PEN线”。

4 对接地故障保护，加设漏电电流动作保护器RCD缺乏依据

评析：根据《低压配电设计规范》（GB50054-95）（新版GB50054-2011自2012年6月1日起实施）第4.1.1条“配电线路应装设短路保护、过负载保护和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号”。

通常对于配电线路设置断路器或熔断器，可实现短路保护及过负载保护，能否同时实现接地故障保护？是否还要加设漏电电流动作保护器？这需要通过计算校验确定。

该规范第4.4.10条规定“ TN系统配电线路应采用下列的接地故障保护：

一、当过电流保护能满足本规范第4.4.7条要求时， 宜采用过电流保护兼作接地故障保护；

二、在三相四线制配电线路中，当过电流保护不能满足本规范第4.4.7 条的要求且零序电流保护能满足时，宜采用零序电流保护，此时保护整定值应大于配电线路最大不平衡电流；

三、当上述一、二款的保护不能满足要求时，应采用漏电电流动作保护”。

而该规范第4.4.7条要求“相线对地标称电压为220V的TN系统配电线路的接地故障保护，其切断故障回路的时间应符合下列规定：

一、配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s；

二、供电给手握式电气设备和移动式电气设备的末端线路或插座回路，不应大于0.4s”。

校验公式：R≤50/Ia，式中：R为可同时触及的外露可导电部分和装置外可导电部分之间， 故障电流产生的电压降引起接触电压的一段线段的电阻（Ω）；Ia为切断故障回路时间不超过5s的保护电器动作电流（A）（当保护电器为瞬时或短延时动作的低压断路器时，Ia值应取低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍）。

结论：当断路器或熔断器的过电流保护能满足R≤50/Ia时，则可将断路器或熔断器兼作接地故障保护，这种做法最为经济简单，应优先采用；如其过流保护不能满足R≤50/Ia的要求，则必须另外加设漏电动作保护器RCD实现接地故障保护，且此时须设置专用的PE线。

5 住宅总电源进线断路器的漏电动作电流值选择不当

评析：这是设计通病。每幢住宅（或每单元干线）的总电源进线断路器应具有漏电保护功能。这是因为接地故障引发的电弧性短路是常见多发的电气火灾起因，但电弧性短路电流小（一般为同点三相短路电流的1/2～1/4），一般的断路器和熔断器不能动作，或不能及时切断电源，而具有漏电保护功能的断路器，其对电弧性短路电流有较高的动作灵敏度，能及时切断电源，防止电气火灾的发生。

在设计中，对于漏电动作电流值的选取常出问题，应按以下要求执行：

1）当住宅部分建筑面积小于1500m2（单相配电）或4500m2（三相配电）时，漏电断路器的漏电动作电流Iz为300mA；

2）当住宅部分建筑面积为1500～2000m2m2（单相配电）或4500～6000m2（三相配电）时，漏电断路器的漏电动作电流Iz为500mA；

3）当住宅部分建筑面积超过6000m2时，应多路配电，并分别设置漏电保护断路器，或在总配电柜的出线回路上分别装几组漏电断路器（此点容易忽视，需引起注意）；

4）住宅建筑物的电源进线或配电干线分支处，应设置报警式漏电保护装置RCD,且只发出报警信号不跳闸，以保证供电连续性；

5）凡带消防用电设备的回路不能装设作用于切断电源的漏电保护装置，应设报警式漏电保护装置。除了在配电柜上显示照明总进线处的漏电断路器的事故报警之外，还应将报警信号送至值班室，在值班室设声光报警器。

6 多级装设的RCD，其时限和剩余电流动作值无选择性配合

评析：多级装设RCD时，在动作时限（Δt ）和额定剩余电流动作值（IΔn）方面应有选择性配合，以防止RCD误动，减少停电故障范围。选择性配合应符合以下两个条件：

IΔn(RCD1)≥3IΔn(RCD2)

Δt(RCD1)>Δt(RCD2)+Δt(CB2)

式中 IΔn(RCD1)——上一级RCD额定剩余动作电流；

IΔn(RCD2)——下一级RCD额定剩余动作电流；

Δt(RCD1)——上一级RCD动作时间；

Δt(RCD2)——下一级RCD动作时间；

Δt(CB2) ——下一级低压断路器动作时间（必须包括保护电器的固有分断时间）。

为满足条件，有必要知道 组合的全部分断时间，进行现场的实际测试；或者由RCD生产厂商提供选择性配合原则。如施耐德公司对RCD的选择性配合提出了两个条件：IΔn(RCD1)≥3IΔn(RCD2)RCD1的延时设置>RCD2的延时设置＋1级

7 RCD的类型选择不当

评 析 ：根据新《 民 规 》（JGJ 16-2008）7.7.10-9，RCD类型的选择应符合下列要求：

1）用于电子信息设备，医疗电气设备的剩余电流动作保护器应采用电磁式；

2）用于一般电气设备或家庭用电器回路的剩余电流动作保护器宜采用电磁式或电子式。

电磁式漏电动作保护器（ELM）特点如下：

电磁式漏电保护器没有放大部件。当其监测部件检测到漏电电流，而且达到规定值时，该部件的输出就能使脱扣机构动作，推动执行部件分断主电路。由于监测部件检测到的电流仅数毫安至数百毫安，故其二次输出很难迫使脱扣机构动作。为此，要求零序电流互感器非常灵敏，并且其检测功能既准确又稳定。同时，因互感器的输出功率一般不超过1mVA，所以脱扣器也必须高度灵敏，即其动作功率只需数十至数百微伏安。这样，就必须采用消磁释放式脱扣器。

上述要求使得互感器和脱扣器的磁导体都必须采用价格高昂的高导磁材料（薄膜合金）制造，同时工艺既复杂，又精密，还需进行仔细处理。无疑，这些都使得整个漏电保护器的成本提高了不少，但可靠性很高。

电子式漏电动作保护器（ELE）特点如下：

鉴于检测部件输出的功率往往很小，而漏电脱扣器却又希望有较大的输入，为解决此矛盾，便在两者之间增加了一个电子放大部件，这就构成了电子式漏电保护器。放大部件使得推动脱扣机构的功率能够达到数百毫伏安，这样，漏电脱扣器便采用简便的拍合式，用普通磁性材料就可制造了，而且互感器也可以设计得小些。于是，整个漏电保护器的成本就降低了，适合中国国情需要。

为保证电子式漏电保护器动作的可靠性，其电子放大部件自然是采用集成电路器件组装为宜。当然，电子式的可靠性还是不如电磁式。

8 如何正确把握RCD火灾监控系统的设计标准和配置要求

评析：短路是引起电力系统严重故障和电气火灾的重要原因之一。短路的主要原因是电器设备的载流部分绝缘破坏。造成绝缘破坏的因素有：

（1）电器装置安装时造成；

（2）电器装置投运后维护不周，未能定期进行预防性实验和清扫；

（3）绝缘因陈旧老化而损坏；

（4）电气绝缘强度不够，装置投运后遭电击穿；

（5）线路过电压或遭受直接雷击；

（6）绝缘被破坏、电缆碰伤等机械损伤；

（7）运行操作人员不遵守安全操作规程或者进行负荷拉闸（隔离开关）等误操作；

（8）电器装置检修后未拆地线送电，造成弧光短路；

（9）鸟类等跨接裸露的载流导线。

接地故障属短路的一种，指的是相线对地或与地有联系的导体之间短路，如相线与PE线（或设备金属外壳）之间短路。当发生接地故障时，其短路电流不大，一般为同点三相短路电流的1/2～1/4，此时保护装置不一定发生动作，这样使短路（漏电）点产生大量的热量，局部温度高达2000～3000oC，极易引燃周围物体，这种短路电弧往往成为火灾的点火源。

因此，接地电弧性短路是常见多发的电气火灾起因。为此《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）（2005年版）9.5.1规定 ：高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。

电气火灾监控系统即是针对电力系统发生接地电弧性短路或过电流超温可能引发的火灾而设置的火灾监控系统，由监控主机、现场监控器（控制模块）、末端剩余电流、温度（过电流）探测器或其组合构成，经信号传输二总线连接。

目前，设计人员往往对电气火灾监控系统，特别是剩余电流式RCD火灾监控系统的设计标准和配置要求不清楚或很随意。下面重点谈谈这方面的执行要点。

新《民规》13.12要求，为防范电气火灾，民用建筑物的配电线路设置防火剩余电流动作报警系统时，应符合下列规定：

1）火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物的配电网络，应设置防火剩余电流动作报警系统；

2）除住宅外，火灾自动报警系统保护对象分级为一级的建筑物的配电线路，宜设置防火剩余电流动作报警系统。

3）火灾自动报警系统保护对象分级为二级的建筑物或住宅，应设接地故障报警并应符合本规范第7.6.7条的规定。

设计要点与难点： 防火剩余电流动作报警系统（简称EF-ACS），是近年发展起来的电气消防新系统，主要用于防范由于剩余电流或过热而引发电气火灾，适用于交流50Hz额定电压0.4kV以下、电源中性点直接接地的配电系统使用，不适用于相间或相导体与中性导体之间因短路引发的电气火灾事故的保护、人员直接接触、间接接触的剩余电流安全保护。

大楼是否需设置该系统以及如何设计是当前建筑电气设计中的热点和焦点问题。笔者认为，应根据大楼的使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等，先对照《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116）对大楼进行保护对象的分级，再确定是否设计防火剩余电流动作报警系统、如何设置的问题。

EF-ACS系统按用途分为剩余电流式、测温式，按工作特性分为独立型、总线型。独立型不需主机就可以完成剩余电流及温度的监测、报警、存储、显示及控制的基本功能；总线型由电气火灾监控主机、总线监控模块等组成。

EF-ACS系统监控设计方案有全范围多级监控、全范围一级监控、局部范围一级监控三种。

特级保护对象（100m以上的超高层建筑）：可采用“全范围多级监控”方案。“全范围”指正常照明、应急照明、正常电力三类配电系统均设；“多级”不超过三级，一般为二级，具体部位为：一级（变配电所低压柜）+二级（每层配电总箱）+三级（末端配电箱）。

一级保护对象（一类高层建筑等）：可采用“全范围一级监控”方案。“全范围”指正常照明、应急照明、正常电力三类配电系统均设；“一级”的具体部位为：每层配电总箱（首选）或末端配电箱。

二级保护对象（二类高层建筑等）：可采用“局部范围一级监控”方案。“局部范围”指正常照明、正常电力两类配电系统设置，而对于专用应急照明、专用消防电力，因其负荷稳定、线路绝缘好，且平时不工作，可不设置。“一级”的具体部位为：每层配电总箱（首选）或末端配电箱。

具体设计时，可参照表5执行：

表5 EF-ACS系统监控设计方案列表

最后要说明的是，对于二级保护对象建筑物，如监测点较多，可自行组成独立的系统；如有集中监视要求，则要利用编码模块，以总线接入火灾自动报警系统，报警点位号在火灾报警器上显示应区别于火灾探测器编号；如其体量较小，配电回路不多，剩余电流的监测点较少，若设置EF-ACS系统，则投资性价比不高，那么，此时可只装设独立型现场动作报警器即可。

现以某办公综合楼（一类高层）为例，给出电气火灾监控系统接线图，如图1所示。对其简要说明如下：

1）本工程属火灾危险性较大、人员密集的一类高层建筑，大楼设置漏电火灾报警系统。该系统由电气火灾组合式监控探测器（含探测器、监控器）（设于各楼层配电箱）、监控系统主机（安装于一层消防控制室内）、信号传输二总线等组成。

2）该系统具有下列功能：

（1）监测漏电电流、内置温度（出线端温度）、过电流（附加功能）等信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化；

（2）储存各种故障和操作试验信号，信号存储时间不应少于12个月；

（3）切断漏电线路上的电源，并显示其状态；但对重要用电设备（如医疗设备、电梯等）的电源，漏电报警只作用于信号，不作用于切断电路（如上述，专用应急照明、专用消防电力，因其负荷稳定、线路绝缘好，且平时不工作，可不设置）；

（4）显示系统电源状态。

3）系统总线与火灾自动报警系统的其他线路，共金属线槽水平及竖向敷设，局部穿管敷设。

4）各楼层电气火灾监控器220V电源，由就近应急照明箱引入。

[1]中国建筑学会建筑电气分会. 民用建筑电气设计规范实施指南[M]. 北京：中国电力出版社，2008.

[2]李蔚. 建筑电气设计常见及疑难问题解析[M]. 北京:中国建筑工业出版社，2010.

[3]林琅. 现代建筑电气技术资质考试复习问答[M]. 北京：中国电力出版社，2001.

[4]李蔚. 建筑电气设计易错问题评析[J]. 智能建筑电气技术, 2010(1):4-11.

[5]中国航空工业规划设计研究院等. 工业与民用配电设计手册(3版). 北京：中国电力出版社，2005.