剩余电流保护装置的选用及故障分析

刘志兵

摘 要：本文主要介绍了城市轨道交通目前采取TN-S配电系统发生接地故障时的保护措施，剩余电流保护器选用原则及常见故障处理，对典型故障进行分析及上下级保护的选择性，将缩小故障影响范围，提高电气设备的运行可靠性。

关键词：零序保护;剩余电流;漏电保护器

为预防人身触电及电气火灾，轨道交通低压配电系统常采取接地故障的保护措施，保护措施需能可靠切除接地故障，还应与配电系统的接地方式相适应，同时满足上下级选择性保护功能。选用接地故障保护装置时可利用各级空气断路器的短路瞬时保护或短路短延时部分保护，熔断器也可以作为接地故障主保护，或直接采用带接地故障保护的断路器。

1 低压配电系统接地故障保护

在低压配电TN-S系统采用零序保护时，三相电流完全平衡，无其他谐波源干扰，此时零序电流值应为零。因此对于非平衡配电系统，应计算出最大的不平衡值，整定值大于正常运行时的不平衡值。如环控电控柜进线断路器器和母联断路器，均采取零序电流保护的方式，通过电流互感器检测各相电流值后求其矢量和乘以变比，最终计算出接地故障时的零序电流，零序电流的保护整定值应大于两倍的额定电流且发生接地故障时检测的零序电流应大于1.3倍的零序电流的保护整定值。

当低压供电系统采用剩余电流保护时，三相电流及中性线的电流矢量和不为0时，检测到的即为剩余电流，通常叫做漏电。为防止因正常的泄漏电流造成设备误动作，应计算所保护负载的正常泄漏电流，将整定值调整达到总体泄漏电流的2.5倍或单个设备最大泄漏的4倍，同时还应低于接地故障电流，以保证发生故障时，开关正常动作。由此可见，剩余电流保护比零序保护的灵敏度更高。如小动力配电箱所有插座配电回路中，由于负荷不平衡和故障灵敏度要求较高，均采取剩余电流保护方式，确保接地故障电流达到30 mA时可靠动作。

2 剩余电流保护器选用原则

2.1 剩余电流保护器的分类

剩余电流保护器包含零序电流互感器及脱扣器。常用的主要有电磁式和电子式两种。电子式保护器测量精度高、动作灵敏、费用较低、应用比较广泛，但容易受到外部环境影响，发生误动作的情况，保护电流最小可以做到5 mA保护。电磁式保护器动作可靠性高、测量精度偏低，如要提高灵敏度需采用特殊材料制作，造成费用增加，对外部的干扰具较强的抵抗能力，针对30 mA及以上电流保护。

2.2 剩余电流保护器的应用

针对预防人身触电事故的环境，一般选择剩余电流不大于30 mA的剩余电流保护器，在预防设备接地故障，易造成设备电气火灾的危险场合，剩余电流保护一般不超过500 mA。在另外一些不允许断电的场合，一般选用快速动作型且不脱扣的声光报警剩余电流保护器。选用多级保护时，上下级剩余电流动作保护器在时间上应有一定级差，同时设定值一般要有3倍的预留量，防止上级同时跳闸的情况发生，造成单个设备故障影响到其他设备正常使用。

2.3 A型、AC型剩余电流保护动作的区别

以西门子5SM2为例，根据电流保护类别分为AC型剩余电流保护器及A型剩余电流保护器、B型剩余电流保护器。AC型即为人们通常理解的交流电，B型为直流电流保护，A型介于两者之间，既可以检测正弦交流电流，又可以对脉动直流进行保护，应用范围更广，主要原理是对测量的互感器进行了改进，提高了对脉动直流的监测灵敏度。通常应用在具有电子整流回路中，当线路中出现剩余电流时，互感器感应电压经二次回路输出，感应电压与剩余电流成正比关系，即电流越大电压也越大，感应电压经电路板放大器进行放大后，与设定的阀值进行比较，到达阀值后立即发出报警或脱扣动作。A型剩余电流保护器兼顾了AC型和B型的独立特点。

在低压配电系统中，变频器、整流器、充电机等设备在运行过程中，有可能产生非正弦波的交流漏电情况，如潜污泵、空调风机、电扶梯、站台门、UPS、EPS等。如采用AC型剩余电流器，剩余电流的中的直流分量将降低互感器中的磁场强度及感应电势，最后可能造成剩余电流保护器拒动，扩大设备故障影响范围，对设备及人身带来了安全风险。

3 剩余电流保护器故障处理

3.1 发生误动作情况

（1）操作过电压引起断路器脱扣动作，一般为避免过电压的影响，通常选择带延时功能或耐压型的剩余电流保护器，也可采取一些抑制过电压的措施，比如采用阻容电路进行吸收抑制或其他过压吸收装置。

（2）磁性设备或大功率设备启停时会产生电磁干扰，严重时将导致剩余电流保护器动作，应设置专门的隔离变压器或调整开关安装的位置，减少电磁谐波的影响。

（3）三相负荷不平衡时，中性线会出现回流电流，如中性线绝缘电阻较低，回流电流将部分流入大地，产生漏电使断路器保护动作，需对中性线定期进行绝缘监测，并关注三相负荷的平衡情况。

（4）设备在正常使用时，其火线与零线之间会产生的极为微小的电流，相当于一般电器的静电一样，即运行泄漏电流，剩余电流整定值应大于所带设备正常的泄漏电流总和，如整定值过小将导致开关频繁动作。

3.2 发生拒动的情况

（1）剩余电流保护器受自身局限性影响较大，当采用的互感器磁环较大，产生了漏磁通，剩余电流一部分要克服磁环自身产生的磁化力，保护器灵敏度降低，致使检测到的剩余电流偏小，出现拒动情况发生。

（2）手持式电动工具，未配置相应的开关箱保护，直接接到普通剩余电流配电箱内，在发生漏电情况时，漏电保护器未达到设定值就可能拒动。

（3）上下级剩余电流保护不匹配，上级动作时间比下级时间短，当出现较大剩余电流时，下级开关延时未动作，上级开关直接脱扣，导致越级跳闸情况发生。

3.3 典型故障分析

（1）车站站厅两端安检仪电源同时发生失电故障。安检仪电源由两端二级负荷配电箱供电，现场进线总开关采用西门子3VL断路器，加装RCD剩余电流检测模块，西门子断路器接地故障保护的原理为三相与N相矢量求和，即通过A、B、C和N相的CT来检测电流，再经过内部模块控制器来运算电流矢量和。前期曾发生过周期性脱扣故障，已将开关脱扣整定值调大。3VL RCD模块具有三个剩余电流可视化指示灯，即激活指示灯、剩余电流25%～50%指示灯、剩余电流50%以上指示灯。运行时逐步调低保护值档位，剩余电流25%～50%指示灯闪烁及剩余电流50%以上指示灯同步闪烁后脱扣，故現场确实检测到了约100 mA～150 mA剩余电流，但分路漏电开关均未动作。

（2）就地控制主电源来自二级配电箱，但就地控制箱指示灯电源来自环控柜，现场控制箱内部两路电源零线连通，导致二级负荷配电箱与环控电源存在共零情况。经和作业部门确认，安检仪故障前曾进行该站隧道风机月检测试，故判断隧道风机测试时，A端和B端二级负荷配电箱总开关均检测到电流矢量和不为零，且达到漏电保护值后脱扣，造成配电箱末端安检仪失电。拆除配电箱供电与环控柜供电共用的零线，将原有就地控制箱指示灯电源供电零线接与环控柜馈线零线端子处。剩余电流消除，开关正常工作，再无误动情况发生。

4 结语

剩余电流保护对降低火灾隐患及触电危险非常重要，与人们的生产生活息息相关。随着各个厂家竞争加剧，使用各类场所的产品越来越完善，如何选用合适的产品对保障生命安全及财产安全越发重要，需要不断总结故障经验，加强新产品的原理和功能学习，才能更好的服务好设备。时至今日，还没有哪款剩余电流保护器可以杜绝误动作及消除动作死区问题，这是行业所面临的技术难点，也是后续研究方向。

参考文献：

[1]国家标准GB/T 22387-2008，剩余电流动作继电器[S].

[2]国家标准GB50054-2011，低压配电设计规范[S].

[3]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.