第三课：剩余电流动作断路器的应用

中国剩余电流动作断路器的应用

1 原理及作用

剩余电流动作断路器,其有两种组成类型: 一种是在塑壳断路器中加装漏电检测单元, 使之成为漏电保护断路器; 另一种是在小型断路器上配装漏电保护模块组成漏电保护断路器, 根据小型断路器的极数, 可构成单极、两极、三极和四极漏电保护断路器。漏电断路器的过载和短路保护特性与同类断路器相同, 而漏电保护特性取决于漏电检测单元或漏电保护模块。

漏电保护器的基本工作原理都是利用当发生漏电故障时穿过零序电流互感器的电流的矢量和不等于零。是基于事故状态下, 相电流矢量不等于零, 出现一个零序电流,当零序电流达到整定值, 便使脱扣器动作, 切断故障电流达到保护目的。漏电保护器是防止低压配电系统中相线和电气装置的外露可导电部分(包括金属的设备外壳、敷设管槽等) 、装置外可导电部分(包括水、暖管和建筑物构架等) 以及大地之间因绝缘损坏引起的电气火灾和电击事故的有效措施。

目前国内低压配电系统IT 系统、TT 系统和TN 系统均具有独立的PE 线, 剩余电流动作保护器其电流

互感器可包绕相线和中性线, 但不包绕PE 线, 保护器的整定值只需躲开被保护回路的正常对地泄漏电流。由于三相不平衡电流和谐波电流在磁路内被抵消, 其动作灵敏度得以大大提高,整定电流可以毫安计。高灵敏度的额定动作电流不超过30mA 的RCD , 还可用作直接接触电击防护的后备保护, 若用于手持式, 移动式等电击致死危险大的设备回路上, 对减少人身电击事故具有十分重要的意义。

2 在不同接地系统中的适用性

低压配电系统按保护接地的形式不同可分为: IT系统、TT系统和TN 系统。GB 14050 - 1993 对接地系统的型式代号规定如下:第一个字母表示电力系统的对地关系:

T—一点直接接地;

I —所有带电部分与地绝缘, 或一点经阻抗接地。

第二个字母表示装置的外露可导电部分的对地关系:

T—外露可导电部分对地直接电气连接, 与电力系统的任何接地点无关;

N —外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连

接(在交流系统中, 接地点通常就是中性点) 。

后面还有字母时, 这些字母表示中性线与保护线的组合:

S —中性线和保护线是分开的;

C —中性线和保护线是合一的。

IT系统的电源中性点是对地绝缘的或经高阻抗接地,而用电设备的金属外壳直接接地。因人体电阻远比接地装置的接地电阻大, 在发生单相碰壳时, 大部分的接地电流被接地装置分流, 流经人体的电流很小, 从而对人身安全起了保护作用。

故IT 系统不需加装漏电保护器。IT系统适用于环境条件不良, 易发生单相接地故障的场所, 以及易燃、易爆的场所。

2.2 TT系统

TT系统的电源中性点直接接地; 用电设备的金属外壳亦直接接地, 且与电源中性点的接地无关。即: 过去称三相四线制供电系统中的保护接地。TT系统必须加装剩余电流动作保护装置, 方能成为较完善的保护系统。目前, TT系统广泛应用于城镇、农村居民区、工业企业

和由公用变压器供电的民用建筑中。TT系统中不会存在保护器所在回路处的故障残压过

低, 提供的能量足以使保护器可靠动作, 故可选用较经济的电子式RCD。

2.3 TN 系统

TN 系统的电源中性点直接接地, 并有中性线引出。按其保护线形式, TN 系统又分为: TN - C 系统、TN - S 系统和TN - C - S 系统等三种:

2.3.1 TN - C 系统(三相四线制) ；

该系统的中性线(N)和保护线(PE) 是合一的, 该线又称为保护中性线(PEN)线。它的优点是节省了一条导线, 但在三相负载不平衡或保护中性线断开时会使所有用电设备的金属外壳都带上危险电压。在一般情况下, 如保护装置和导线截面选择适当,TN - C 系统是能够满足要求的。因PE 线与N 线合二为一, 故该种接地系统不能加装

漏电保护器。

2.3.2 TN - S 系统(三相五线制) ；

该系统的N 线和PE 线是分开的。它的优点是PE 线在正常情况下没有电流通过,因此不会对接在PE 线上的其他设备产生电磁干扰。此外,由于N 线与PE 线分开, N 线断开也不会影响PE 线的保护作用。

TN - S 系统可加装漏电保护器, 但仅N 线和相线可穿过漏电保护器零序电流互感器。

2.3.3 TN - C - S 系统(三相四线与三相五线混合系统) ,系统中有一部分中性线和保护是合一的; 而且一部分是分开的。它兼有TN - C 系统和TN - S 系统的特点, 常用于配电系统末端环境较差或有对电磁抗干扰要求较严的场所。

TN - C - S 系统可加装漏电保护器, 但PEN 和PE 线不能穿过零序电流互感器。在TN - C、TN - S 和T N - S - C 系统中, 为确保PE 线或PEN 线安全可靠, 除在电源中性点进行工作接地外, 对PE 线和PEN 线还必须进行必要的重复接地。PE 线PEN 线上不允许装设熔断器和开关。但需注意, 一旦改成TN - C- S 系统, 不能再把N 线与PE 线合为PEN 线。在TN 系统中使用漏电保护器的用电设备, 其外露可导电部分的保护线可接在PEPPEN 线上, 也可以接在单独接地装置上而形成局部TT系统。

3 漏电保护器的选择原则

3.1 额定剩余动作电流I △n的选择单机配电时I △n > 4Ix ;分支路配电用时I △n > 215Ix , 同时还要满足最大一台电动机支路运行时I △n > 4Ix (此Ix 为电动机运行时的正常泄露电流) ;主干线或全网配电时, I △n > 2Ix 。

以上各式中I △n : 额定剩余动作电流, mA;Ix : 线路或电动机实测或经验值得泄露电流, mA

3.2 分级保护配合的动作电流和动作时间的选择在多级漏电保护配电回路中, 为保证上下级漏电断路器的选择性, 下一级和上一级的漏电动作电流和动作时间应符合下列规定:

I△n1 > KI△n2

tF > tFD

式中I△n1 : 上级断路器额定剩余动作电流, mA;I △n2 : 下级断路器额定剩余动作电流, mA;

K: 可靠性系数, 一般取2～3 ;tF : 上级断路器的不动作时间, s ;tFD : 下级断路器的动作时间, s ;

3.3 特殊场合漏电保护器的选用

人身触电事故绝大部分发生在用电设备上, 用电设

备是触电保护的重点, 然而并不是所有的用电设备都必须装漏电保护器, 应有选择地对那些危险较大的设备使用漏电保护器保护。如:

①握式用电设备为15mA、快速动作型;

②潮湿场所的用电设备为15～30mA、快速动作型;

③医疗电气设备为10mA、快速动作型;

④游泳池、喷水池、水上游乐场、浴室的照明线路为10mA、快速动作型;

⑤家用电器回路为30mA以下;

对特殊环境负荷和场所应按其特点选用漏电保护器,

例如:

①架空线路的总保护应选择中、低灵敏度及延时动作型;

②室外架空线路的电气设备应选用冲击电压不动作型;

③一旦发生漏电切断电源时, 会造成事故和重大经济损失的电气装置或场所, 应安装报警式。

有些电气设备, 例如：消防电气设备, 是不允许装用RCD的，注意：（6~10mA带有回路接地自动漏电动作的，因为发生接地故障时的故障电流仅264mA），不能因为救火时发生接地故障, 因RCD 切断电源而停止救火。又如医院的维持病人生命的医疗设备回路和外