剩余电流动作保护器在低压配电系统中的应用

蔡传宝

(杭州绿城东方建筑设计有限公司，杭州 310012)

0 引言

我国的剩余电流动作保护器是从70年代才开始发展的，比起发达国家对它的生产和使用晚了几十年，但是到了80年代末及90年代初，通过用国外的先进技术做指导，进行了自行研究和开发，取得了很大的进展，并且形成了相当规模的生产能力。这种装置首先是在农村的低压配电系统中使用的，由于它有很多的优点，所以随着人们的生活中越来越多的电气的出现，剩余电流动作保护器被广泛的应用。目前国内生产的RCD有电磁式和电子式两种，它们内置的检测元件和执行元件都相同，分别是零序电流互感器和低压断路器，但它们的工作原理却不同，前者是利用剩余电流产生的磁场将弹簧的衔铁释放，从而把故障电路切断，保障整个线路的安全。后者是将剩余电流在磁环的次级绕组上产生的电压经电子电路放大后，产生足够的功率把故障电路切断。这两类保护器有各自的优缺点，分别在适用的场合得到了广泛的应用。

对于RCD在低压电网系统中的应用，先前有很多的研究。夏小永(2007)做了关于RCD在低压配电线路中应用的研究，主要通过对剩余电流保护器的概念、工作原理和应用的介绍，着重研究了RCD在低压电路中的设计和安装。梁宝桂主要从RCD的原理和作用入手，结合实际工程说明了如何正确选用剩余电流保护器，如何在应用中使RCD发挥出最大的作用。而在低压电网中，由于生活中所用的电器设备或多或少存在着一些缺陷，如果在使用过程中操作不当就可能会给人们带来安全方面的危险，更有严重的会造成触电身亡或发生电气火灾，给人们带来不可估量的损失。为了阻止这些危险的发生，在低压配电系统中安装剩余电流动作保护器是一个非常有效的保护措施，它能够通过及时切断用电设备运行中的电路来保障在用电设备或电气设备线路漏电时不会引起人员触电和发生电气火灾。剩余电流保护器的使用，为预防各类电气事故的发生，及时切断电路，保障人员和设备的安全提供了可靠而有效的技术支持。为了用电人员和设备的安全，我们将对剩余电流动作保护器做出简要分析。

1 剩余电流动作保护器的工作原理

剩余电流动作保护器由三个基本组成环节，分别是电流检测器、中间部件和执行电路。电流检测器就是剩余电流互感器，而互感器能检测出电流中的剩余电流，然后把电流信号转换为能被中间部件识别的电压信号或功率信号；中间部件主要是信号调理电路，它能对剩余电流信号进行调整，这种处理包括信号变换和信号对比，有时还会对信号进行放大；执行电路可以接受中间部件所发出的控制指令，把被保护电路的电源切断。零序互感器的组成包括封闭的环形铁芯和一次、二次绕组，主要检测流过它的电流的矢量总和。如果电流的矢量总和为零，则证明没有剩余电流。如果流经互感器的电流矢量总和不为零，则互感器内就会产生一个电信号，当这个信号超过标准值时，信号调理电路会把剩余电流处理后将一个脱扣信号传给执行机构，执行机构的触头将电路断开，从而完成了对电路故障时的保护。RCD的原理流程框图如图1所示。

图2为剩余电流动作保护器的工作原理图。

图1 RCD的原理流程框图

图2 剩余电流动作保护器的工作原理图

2 剩余电流动作保护器的分类及性能特点

根据分类的依据不同，剩余电流动作保护器可以分成很多的种类，根据动作方式分，分为电磁式剩余电流动作保护器和电子式剩余电流动作保护器。电磁式是利用电磁感应的方式实现对电路的保护，而电子式是通过电磁感应及电子放大来对电路进行保护。根据应用特点的不同分为一般型剩余电流保护器、脉冲动作型剩余电流保护器、鉴幅鉴相型剩余电流保护器、电流分离型剩余电流保护器，它们自身都有各自的特点，如表1。

而在一般型剩余电流动作保护器中，根据它的动作时间分为瞬时型和延时型，瞬时型主要用于分支线路和终端线路的漏电保护中。当系统中出现了比动作标准值大的剩余电流时，为确保人员的安全，没有故意延时，而是立即断开。简单的理解是瞬时型保护器主要从人的角度考虑，对于延迟时间会对人员造成重大危险的故障，瞬间切除，一般要选择灵敏度很高的RCD(动作电流≤35mA)，在规范中明确规定了某些地方必须使用此型的保护器；延时型主要用于主干线或分支线的保护中，可以配合终端线路的保护装置，达到选择性的保护要求。在一些不能频繁停电且人员少，自动化控制比较高的场所，可对保护器的动作向后延迟一段时间。设置一个比较高的剩余电流值，使之到达一个预定的极限而不动作的时间。进而实现多个RCD串联使用时，上级和下级的RCD之间可以选择性的动作，来减少由故障引起的停电的范围。

3 剩余电流动作保护器在低压配电系统中的应用

低压配电系统根据接地形式的不同分为IT、TT和TN系统，都是由配电装置和线路以及保护设备组成，在电力系统中占有很高的地位，是国家建设的重要基础设施。

3.1 IT系统

IT系统的电源与用电设备的金属外壳的接地方式分别为中性点对地绝缘和直接接地。通俗的理解就是生活中经常说的三相三线制的接地方式。如果在供电连续性要求高的场合，这种系统就非常适用。比如在学校的教室、医院的手术室等等。这是因为这种系统不引出中性线，在发生接地故障时，接地故障电流很小，与非故障时的相对地的电容电流相等，由于外露部分与地之间的电压很小，不超过40 V，所以不需要切断故障电路，可使电路继续供电。但对于供电距离很长的线路，线路与地之间的电容就不能忽略不计了。在线路发生短路或漏电时，会使设备外壳带电，其漏电电流流经大地形成一个回路，如果保护设备不动作，会引起事故。所以，在IT系统中装设剩余电流动作保护器，当有剩余电流产生时，会迅速做出反应，及时切断电源，防止事故的发生。

表1 各种常见的剩余电流保护器的特点

3.2 TT系统

TT系统的电源中性点与用电设备的金属外壳都是直接接地的，并且它们之间是没有关联的。通俗的理解就是生活中经常说的三相四线制的供电系统中的接地方式。当用电设备的金属外壳由于相线与外壳发生接触或绝缘损坏漏电而带电时，因为有接地保护，所以，可以减小触电的可能性，但是但漏电的电流非常小时，即使电路中有熔断器，但也不一定能够感应而发生熔断，因此在这种情况下需要安装剩余电流动作保护器进行保护。TT系统最大的缺点是由于系统中电源的接地电阻和用电设备的接地电阻的存在，制约了单相接地的故障电流。如果电流很小，则不能使剩余电流保护器发生动作。在农村低压电网的单相或三相混合供电中，常用到TT系统，使用这种系统供电节省导线且供电灵活，单相接地故障一旦发生可以抑制电网与地之间电压的升高，容易进行过载和短路保护。在此系统中，剩余电流保护器一般实行分级保护。

3.3 TN系统

TN系统是指电源中性点与正常运行的时候不带电的电气设备的金属外壳通过保护线直接相连，通俗的理解就是生活中经常说的三相四线制的供电系统中的保护接零。根据保护形式的不同，TN系统又分为了3种形式，分别是TN-C、TN-S和TN-C-S系统。TN-C系统是三相四线制，在该系统中，中性线和保护线共用一条，称作保护中性线。这种系统虽然节省了一条导线，但是在三相负载不平衡时或者是保护中性线因损坏而断开时，用电设备的金属外壳都会带电，造成很大的危险。这时就需要安装剩余电流动作保护器进行安全保护，防止人员触电和设备因危险电流过大而造成设备损坏。而TN-S系统中的中性线和保护线是分开设置的，从变压器开始就采用五根线供电，因此，它属于三相五线制供电系统。此系统的优点是由于保护线和中性线的分开，使得在正常情况下保护线上没有电流流过，因此，在保护线上连接的设备不会受到电磁干扰。目前这种供电安全可靠性高的系统多用于城市，其接地必须接在保护零线上。如果接在了工作零线上，剩余电流动作保护器将无法使用。对于前两种系统优点的综合，产生了三相四线和三相五线的混合系统。这种系统兼容有以上两种系统的特点，且它是在每栋建筑的用户入口处将零线一分为二的，一根为工作零线，另一根为保护零线，所以在这中系统中不能装设剩余电流动作保护器进行总的保护，只能进行剩余电流器的中级保护和剩余电流器的末端保护。

4 结语

剩余电流动作保护器是一种非常有效的保护装置，它经常应用于低压电网中,保证用电的安全。在不同的低压电网系统中它的安装位置及保护功能有所不同，但是它的安装使用使得人身触电身亡的事故降到最低，也有效地防止了由于漏电而引起的电能的损耗、设备的损坏以及电气火灾的发生。随着社会的发展和电气业的兴旺，由电造成的危险越来越多，而剩余电流动作保护器的引进和推广使用，使得电气事故大大地降低，保障了人民的生命安全和财产安全。

[1]王厚余.剩余电流动作保护器选用分析[J].低压电器,2007(12): 1-3,53.

[2]祖锦帆.剩余电流动作保护器的选择与整定[J].低压电器,2008 (02):20-24.

[3]夏小永.剩余电流保护器(RCD)在低压配电线路中的应用[J].河北能源职业技术学院学报,2007(03):64-65,68.

[4]朱毅.低压配电系统装设剩余电流动作保护器探讨[J].建筑电气, 2009(03):21-23.

[5]耿庆善,蒋传东.浅谈剩余电流动作保护器的正确应用[J].农村电工,2010(09):31-32.

[6]张冠英.基于A型的剩余电流智能保护技术研究[D].天津:河北工业大学,2011.

[7]戴德.剩余电流动作保护器的选择及其应用[J].工程设计与研究, 2006(01):26-28.

[8]季雷.剩余电流动作保护器的选择和应用[J].江苏电器,2003(06): 38-40.

[9]夏越,杜松怀,李春兰,苏娟,张俊杰,张力淼.中国剩余电流保护技术与装置的发展趋势[J].农业工程学报,2010(S2):151-155.

[10]王三元.剩余电流保护器动作特性分析[J].机电工程技术,2012 (07):230-232.

[11]邱开历.浅谈剩余电流动作保护器[J].科技信息,2009(12):288, 290.

[12]张利瓛.单相剩余电流保护器的研究[D].西安:西安科技大学, 2009.

[13]刘帼巾.剩余电流动作保护器的可靠性研究[D].天津:河北工业大学,2002.