剩余电流动作保护装置原理及其应用

剩余电流动作保护装置的基本原理
剩余电流是指通过剩余电流动作保护装置主回路(零序互感器)的电流瞬时值的矢量和，以其有效值表示对于单相线路，剩余电流就是该相的对地漏电电流；对于三相线路，剩余电流就是各相电流瞬时值的矢量和，以其有效值表示。

剩余电流动作保护装置是在规定条件下，当被保护电路中剩余电流超过设定值时，能自动断开电路或发出报警信号的继电保护装置。

剩余电流动作保护装置采用自动切断电源的保护原理。

在直接接触防护中作为防止电击危险的基本保护措施的附加保护；在间接接触防护中作为防止因接地故障使电气设备外露导电部分带有危险电压而引发电击危害或电气火灾危险的有限保护。

一、剩余电流动作保护装置的基本结构
剩余电流动作保护装置主要由四个基本环节组成，即信号检测、信号处理、执行机构和试验装置。

零序电流互感器是一个信号检测元件，用来检测一次线路中的剩余电流。

一般采用空心式的环形互感器，安装时，把三相四线一次回路全部穿过零序电流互感器来检测一次回路中电流的矢量和。

信号处理主要是电子电路，功能是对检测环节送来的信号进行放大、变换和比较等一系列处理后输出一个给执行机构通断的信号指令。

执行机构主要是一个脱扣器（交流接触器或断路器），功能是接受并执行通断指令，依靠可分离的触头来断开被保护的线路。

试验装置是一个用模拟发生剩余电流来简单的检测剩余电流动作保护装置是否有效的装置。

（见图1－1）
进线
N L1 L2 L3
F
T
出线
CT——零序电流互感器B——信号处理T——脱扣器F-试验装置
图1－1
二、剩余电流动作保护装置的工作原理
当三相电路中没有发生人身电击事故、设备漏电、接地故障或三相对地泄漏电流平衡时，通过剩余电流动作保护装置零序电流互感器电流的矢量和为零，即剩余电流值为零，剩余电流动作保护装置正常运行。

当三相电路中发生人身电击事故、设备漏电、接地故障或三相对地泄漏电流不平衡时，通过剩余电流动作保护装置的电流矢量和不为零，即剩余电流值不为零。

检测环节就采集到该剩余电流信号；信号处理环节对检测环节送来的信号进行放大、变换、处理后，及设定的额定剩余电流动作值进行比较，并把比较结果形成通断指令；执行机构根据指令控制被保护线路中开关的脱扣器。

剩余电流动作保护装置就动作跳闸，切断被保护线路的电源，达到保护目的。

三、剩余电流动作保护装置的分类
剩余电流动作保护装置按电气原理分，可分为二大类，一类是电子式；一类是电磁式。

电子式――零序电流互感器采集到的剩余电流信号要经过电子电路放大处理，需要用辅助电源。

因此，也称“功能及电源电压有关的”剩余电流动作保护装置。

电磁式――零序电流互感器采集到的剩余电流信号经过比较，直接推动脱扣器。

它采用的是灵敏度高的释放式脱扣器。

也可称作“功能及电源电压无关的”剩余电流动作保护装置。

剩余电流动作保护装置按形式分，可分为三大类：
剩余电流继电器：它需要配接一个主开关，由继电器、主开关、零序互感器三部分组成，也可称作“分体式”。

它对应的国家标准是GB6829-1995《剩余电流动作保护器的一般要求》和JB8756-1998《剩余电流动作保护继电器》
剩余电流动作断路器：它的主体是一个断路器，把信号检测、信号处理、执行机构和
试验装置都安装在一个壳架内。

也可称作“一体式”。

它有三极（380V）、四极(380/220V)，对应的国家标准是GB14048.2－2001《低压开关设备和控制设备低压断路器》和标准的附录B。

还有二极（230V）分二种；一种是普通的漏电断路器，对应的国家标准是GB16916.1-2003《家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器（RCCB）》；另一种是带过电流保护的漏电断路器，如DZ47型，对应的国家标准是GB16917.1-2003《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器（RCBO）》。

移动式剩余电流动作保护装置：就是插头、插座。

对应的国家标准是GB20044-2005《电气附件家用和类似用途的不带过电流保护的移动式剩余电流装置（PRCD）》。

四、剩余电流动作保护装置的技术参数
额定电流
指的是剩余电流动作保护装置主回路的正常运行时的最大电流，在剩余电流动作断路器上，它及过电流保护有关。

在剩余电流继电器上，是配接的交流接触器的额定电流。

额定电压
额定电压分额定绝缘电压和额定工作电压。

如果标注400V，一般指的是额定工作电压。

额定频率
额定剩余电流动作值
指的是制造厂对剩余电流动作保护装置规定的剩余电流动作值，达到该剩余电流值时，剩余电流动作保护装置必须动作跳闸。

额定剩余不动作电流值
分断时间
指的是从发生剩余电流动作值开始，到剩余电流动作保护装置主回路可分离触点完全分离，电弧熄灭为止的时间。

极限不驱动时间
当剩余电流大于额定剩余电流动作值时，不动作的最大时间。

额定剩余电流动作值和分断时间这两个参数是剩余电流动作保护装置最重要的技术参数，合并称作“动作特性”
分断时间分类
分断时间分为：一般型、选择型（S型）、延时型三种。

一般型――分断时间不大于0.3s的灵敏度较高；
选择型（S型）――分断时间不大于0.5s，只在剩余电流继电器（分体式）有。

下一级保护装置动作了，选择型就不动作。

下一级保护装置不动作了，选择型就动作。

适合作总保或分支保。

延时型――在剩余电流动作断路器（一体式）上，分断时间大于0.3s和剩余电流继电器（分体式）分断时间大于0.5s的都属于延时型。

它有最大分断时间和极限不驱动时间两个参数，极限不驱动时间一般是50％的分断时间。

制造厂会在使用说明书中标明。

延时重合闸
指的是剩余电流动作跳闸后，到自动重合闸主回路闭合为止的时间。

延时型不能有自动重合闸。

短路、过电流动作跳闸后不能有自动重合闸。

动作特性分类
动作特性分成：A型和AC型
A型――能对交流、直流和脉动直流的剩余电流进行动作保护；
AC型――只能对交流的剩余电流进行动作保护。

额定辅助电源电压
功能及电源电压有关的电子式剩余电流动作保护装置本身需要用电的电压值。

额定短时耐受电流
指的是剩余电流动作保护装置主回路在规定的条件和短时间内能承受的电流以不至于使剩余电流动作保护装置受到不能使用的损坏。

输出触点额定容量
这是剩余电流继电器（分体式）有的参数，它标明了继电器能配接的负载（接触器电磁线圈）的大小。

保护器额定短路接通分断能力
主回路中不导致误动作的过流极限值
新型多功能保护装置除有上述技术参数外，针对不同的使用场所和需要还新增了以下功能：
1过压保护 2欠压保护 3缺相保护 4断零保护 5漏电报警 6剩余电流显示7自动重合闸
8漏电故障最大相自动跟踪显示 9线路剩余电流自动跟踪定档 10故障跳闸次数记录，显示。

1、工频交流电对人体的作用
通过人体的电流大小不同，人体会呈现不同的生理效应，电流愈大引起致死的危险也就愈大。

通过人体的电流有三个阈值：
1)感知电流阈值。

在正常情况下感知电流阈值约为0.5mA~1mA。

感知电流阈值一般不会对人造成病理性伤害。

2)摆脱电流阈值。

通过人体的电流增大时，会使触电者肌肉连续收缩，发生痉挛而紧抓带电体，致使不能自行摆脱。

人体触电后尚能自行摆脱的最大电流叫做摆脱电流阈值。

据统计成年男子的摆脱电流阈值平均为15mA，成年女子的摆脱电流阈值平均为10mA。

电流超过摆脱阈值以后，人可能会昏迷、窒息甚至死亡。

但也有事例证明，当电流大于摆脱电流值触电者中枢神经麻痹，呼吸停止时，立即切断电源，并经人工抢救，仍可恢复呼吸，并且没有什么不良后果产生。

3)心室纤颤电流阈值。

当通过人体的电流超过摆脱电流阈值而继续增大时，将使心室发生纤维性颤动，使心脏不能把血液搏出，引起心室发生纤维性颤动的电流叫做心室纤颤电流。

最小的心室纤颤电流称为心室纤颤电流阈值。

在低压触电事故中，电击致死的主要原因是心室纤维性颤动，较少的死亡原因是触电窒息或心脏停跳。

因此，心室纤颤电流是致命电流。

2、电流通过人体的时间对人体的作用
电流通过人体的时间对人体的作用及电流大小有关，心室纤颤电流阈值是致命电流，人约为50mA，狗约为100 mA。

1984年在IEC479－1报告中提出了（经过修正的）人体触电安全界线，见图1－2，这是我们制定安全保护的重要依据。

图1－2 人体通过15～100Hz交流电流的时间/电流反应区域图1中所示交流电流对人体的作用,按效应大小及通过电流的时间、电流大小的关系
可划分为四个区域。

1）1区通常无反应；
2）2区通常无有害的病理反应；
3）3区可引起肌肉痉挛，呼吸困难，对心脏搏动的形成和传动产生可逆性紊乱；
4）4区除了有3区的效应外，心室纤颤的可能性会从C1升高5％（曲线C2 ）、50％（曲线C3），以及超过50％（曲线C3以外）。

随着电流的增大、时间的加长，
可能产生心脏停跳，呼吸停止，以及严重的烧伤等病理效应。

人体通过电流时间越长，越容易引起心室纤颤，触电致死的危险性就越大。

引起心室纤颤的工频电流及持续时间的关系，用国际公认的柯宾曲线表示。

即
I t＝30 mA·S
人们多以此曲线定为人体触电时的安全界限。

因此，国家标准GB13955-2005中强调“用于直接接触电击事故防护时，应选用一般型的剩余电流动作保
护装置。

其额定剩余动作电流值不超过30mA。

”分断时间≤0.1s。

.
二、间接接触电击保护
间接接触电击保护最有效的措施是自动切断电源，剩余电流动作保护装置具有这个功能。

这种保护是在故障条件下的持续接触电压限制在较为安全的范围内的防护。

凡是采用自动切断电源防护的电气装置，其外露可接近导体必须通过保护导体接到接地装置的接地极上。

当电气设备上出现故障电流，剩余电流动作保护装置在人还末触及带电的金属外壳前，已将故障切断，防止人体触及危险的接触电压。

如果出现故障时，正好有人触及因故障损坏而带电的电气设备外壳，则被电击者及故障回路相并联，而人体电阻要比保护导体的电阻大很多，大部分电流流经保护导线，剩余电流动作保护装置立即动作，切断电源，对人体不会造成致命危险。

剩余电流动作保护装置用于间接接触电击保护时，应正确及电网的接地形式相配合。

TT 接地系统时，可以安装总保护或单台设备的保护；TN接地系统时，只能安装单台设备的剩余电流保护。

三、接地故障和电气火灾保护
接地故障保护
接地故障是带电导体和大地，接地的金属外壳或及地有联系的构件之间的接触。

例如，架空导线断裂接地，电源线绝缘损坏碰金属外壳等。

如接地故障不及时排除，当人体碰到
落地的带电导线和金属外壳，接地故障电流持续存在，有可能发生人身电击伤亡和设备损坏事故。

剩余电流保护装置仅用于接地故障保护时，根据配电网络系统的形式和容量大小，额定剩余动作电流可以从几毫安至几百毫安。

考虑选择性保护，分断时间一般应采用延时型。

剩余电流保护装置用于接地故障保护，又要考虑间接接触保护时，动作特性应根据间接接触保护的要求选择。

电气火灾保护
过去普遍认为，电气间短路引起的火灾大多由带电导体间的短路所造成，一般称金属性短路。

由于短路电流大，可用带短路保护的断路器和熔断器来防止。

实际情况并非全部如此，因大多数的短路火灾是由接地短路故障产生的电弧或电火花所引起。

一般称电弧性短路。

金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作切断电源，火灾往往得以避免。

电弧性短路电流受阻抗影响。

电弧长时间延续，而电弧引起的局部温度可高达3000～4000℃，很容易烤燃附近可燃物质引起火灾，又由于接地故障引起的短路电流较小，不足以使一般断路器动作跳闸切断电源，所以电弧性短路引起火灾危险远大于金属性短路。

应用剩余电流保护装置来防止电气火灾，必须正确选择额定剩余动作电流。

必须在线路中装设额定剩余动作电流不超过500mA的剩余电流保护装置，或装设绝缘监察装置，在绝缘故障时发出警报。

采用额定动作电流不超过500mA的剩余电流保护装置，可以在出现引燃火灾所需的能量前，就发出警报或断开电路排除故障。

我国GB50096《住宅设计规范》，也规定每幢住宅楼的总电源进线断路器，应带有剩余电流保护功能的明确规定。

因此在进线处安装带过载保护、短路保护、剩余电流保护于一体的多功能低压断路器和电气火灾监控系统，不仅可以保护线路、保护设备，而且还可防止因接地故障引起的电气火灾。

四、不能保护的几种情况
在剩余电流保护装置正常安装和正常运行中，下列情况不能使剩余电流保护装置动作保护：
1、被保护线路中的相线及相线之间、相线及零线之间发生的直接接触或间接接触电击
事故不能保护；
因为所有的设备都是接在零线及相线之间、相线及相线之间的根本就无法区分是流经设备的正常电流还是促使发生故障的电流。

2、剩余电流动作保护装置以前的（零序互感器以前）线路发生的直接接触或间接接触
电击事故不能保护；
3、使用变频电源的用电设备发生的直接接触或间接接触电击事故不能保护；（如变频
空调、变频调速电机等）
现在家庭中使用的变频设备越来越多了所以这一点必须得提一下，
4、AC型的剩余电流动作保护装置对直流或脉动直流电源发生的剩余电流、直接接触或
间接接触电击事故不能保护；
直流或脉动直流电源的用电设备必须选用A型剩余电流动作保护装置作保护。

5、单相对地漏电电流或电击电流已达到动作值，矢量和电流（剩余电流）没有达到动作值。

剩余电流动作保护装置的选用及安装
一、剩余电流动作保护装置的选用
分级保护
低压供用电系统中为了缩小发生人身电击事故和接地故障切断电源时引起的停电范围，剩余电流保护装置应采用分级保护。

1、分级保护方式的选择应根据用电负荷和线路具体情况的需要，一般可分为两级或三级保护。

各级剩余电流保护装置的动作电流值及动作时间应协调配合，实现具有动作选择性的分级保护。

2、剩余电流保护装置的分级保护应以末端保护为基础。

住宅和末端用电设备必须安装剩余电流保护装置。

末端保护上一级保护的保护范围应根据负荷分布的具体情况确定其保护范围。

3、为防止配电线路发生接地故障导致人身电击事故，可根据线路的具体情况，采用分级保护。

5、配电线路电源端的剩余电流保护装置的动作特性应及线路末端保护协调配合。

6、企事业单位的建筑物和住宅应采用分级保护，电源端的剩余电流保护装置应满足防
接地故障引起电气火灾的要求。

7、级保护装置宜采用综合型多功能保护器,应具有剩余电流、短路、过流、欠压、过压
等保护功能为主的保护装置。

各级剩余电流和分断时间的配合见下表5
表5
注；动作电流可根据天气变化环境条件固定分档调整。

选用
剩余电流保护装置的技术条件应符合GB6829、GB14048.2、GB14287、GB16916、GB16917等有关标准的规定，并通过中国国家3C强制性产品认证。

剩余电流保护装置动作参数的选择
1、手持式电动工具、移动电器、家用电器等设备应优先选用额定剩余动作电流不大于30mA、一般型（无延时）的剩余电流保护装置。

2、单台电气机械设备，可根据其容量大小选用额定剩余动作电流30mA以上、100mA 及以下、一般型（无延时）的剩余电流保护装置。

3、电气线路或多台电气设备（或多住户）的电源端为防止接地故障电流引起电气火灾，安装的剩余电流保护装置，其动作电流和动作时间应按被保护线路和设备的具体情况及其泄漏电流值确定。

必要时应选用动作电流可调和延时动作型的剩余电流保护装置。

4、在采用分级保护方式时，上下级剩余电流保护装置的动作时间差不得小于0.2s。

上一级剩余电流保护装置的极限不驱动时间应大于下一级剩余电流保护装置的动作时间，且时间差应尽量小。

5、选用的剩余电流保护装置的额定剩余不动作电流，应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流最大值的2倍。

6、除末端保护外，各级剩余电流保护装置应选用纸灵敏度延时型的保护装置。

且各级保护装置的动作特性应协调配合，实现具有选择性的分级保护。

二、剩余电流动作保护装置的安装
1、剩余电流动作保护装置的安装要求（参照国标GB13955）
①、剩余电流动作保护装置的安装应符合有关标准和生产厂产品说明书的要求。

②、剩余电流动作保护装置的安装应充分考虑供电方式、供电电压、系统接地形式及保护方式的作用。

③、剩余电流动作保护装置的型式、额定电压、额定电流、短路分断能力、额定剩余动作电流、分断时间等应满足被保护线路和电气设备的要求。

④、剩余电流动作保护装置在不同的系统接地型式中应正确接线。

单相、三相三线、三相四线供电系统中的正确接线方式如表6所示。

表6剩余电流保护装置接线方式
级别
接地形式单相（单极或双极）
三相
三线（三极）四线（三极或四极）
TT
TN TN-C TN-S
TN-C-S
为单相或三相电气设备；为单相照明设备；RCD为剩余电流保护装置。

注2：单相负载或三相负载在不同的接地保护系统中的接线方式图中，左侧设备为未装有剩余电流保护装置；中间和右侧为装用剩余电流保护装置的接线图。

注3：在TN系统中使用剩余电流保护装置的电气设备，其外露可导电部分的保护线应接在单独接地装置上而形成局部TT系统，如TN系统接线方式图中的右侧设备的接线方式。

第一个字母表示系统的接地形式：T代表直接接地I代表及地绝缘或经阻抗接地。

第二个字母表示设备的接地形式：T代表直接接地N表示通过保护线及电力系统的接地点直接做电气连接。

S：中性线和保护线是分开的。

C：中性线和保护线是合一的。

⑤、采用不带过电流保护功能，且需辅助电源的保护装置时，及其配合的过电流保护元件（熔断器）应安装在剩余电流动作保护装置的负载侧。

2、剩余电流动作保护装置对安装线路环境的要求
要使剩余电流动作保护装置在电网上稳定可靠地运行，首先要使安装保护器的线路环境达到以下八点要求：（参见DL/T736中5.1－5.9条）
①①、TT接地方式：安装剩余电流动作保护装置的电网应是TT系统，变压器中性点须可
靠接地，接地电阻应在4-10Ω内。

②、不得重复接地：所保护区域中性线除变压器中性点可靠接地外，不得再有另外的接地点。

零线还应保持及相线相同的良好绝缘。

③、零线不得混用：保护器的出线零线不得及不同台区或不同分支回路借用、共用、混用。

④、设备外壳接地：被保护电网中的用电设备如采用外壳接零保护措施的，必须改用外壳接地保护措施。

⑤、限制剩余电流：被保护线路最大对地剩余电流不得大于剩余电流保护器额定剩余电流动作值的50%。

⑥、限制零线漏电：被保护线路的零线对地漏电不应大于最小档额定单相突然对地漏电动作值（如有单相接地保护）。

⑦、电机补偿启动：被保护电网中的大动力用电设备，应采用补偿方法启动（降压启动），减小启动时的电压变化量。

⑧、应装末级保护：用户进户线端及其他单相或三相动力设备应装有末级保护或单机保护剩余电流断路器，分断时间必须小于0.1s。

三、低压电网接地方式及安装施工要求
1、农村低压电力网宜采用TT系统，城镇电力用户宜采用TN-C系统；对安全有特殊要求的可采用IT系统。

同一低压电力网中不应采用两种保护接地方式。

①TT系统：变压器低压侧中性点直接接地，系统内所有受电设备的外露可导电部分用保护接地线接至电气上及电力系统的接地点无直接关连的接地极上，如图4-1所示。

②TN-C系统：变压器低压侧中性点直接接地，整个系统的中性线（N）及保护线（PE）是合一的，系统内所有受电设备的外露可导电部分用保护线（PE）及保护中性线（PEN）相连接，如图4－2所示。

图4-1 TT系统图4-2 TN系统
2、安装剩余电流动作保护装置的施工要求（参照国标GB13955）
①剩余电流保护装置标有电源侧和负载侧时，应按规定安装接线，不得反接。

②安装剩余电流断路器时，应按生产厂家产品说明书要求，在电弧喷出方向有足够的飞弧距离。

安装剩余电流断路器时，应按生产厂家说明书要求，在电弧喷出方向有足够的飞弧距离。

③组合式剩余电流保护装置其控制回路的连接，应使用截面积不小于 1.5㎜²的铜导线。

④剩余电流保护装置安装时，必须严格区分N线和PE线，三极四线式和四极四线式剩余电流保护装置的N线应接入保护装置。

通过剩余电流保护装置的N线，不得作为PE线，不得重复接地或接设备外露可导电部分。

PE线不得接入剩余电流保护装置。

⑤安装剩余电流保护装置后，对原有的线路和设备的接地保护措施，应按上述安装要求的有关条款进行检查和调整。

⑥剩余电流保护装置投入运行前，应操作试验按钮，检查剩余电流保护装置的工作特性，确认能正常动作后，才允许投入正常运行。

⑦剩余电流保护装置安装后的检验项目
a）用试验按钮试验3次，应正确动作。

b）剩余电流保护装置带额定负荷电流分合三次，均应可靠动作。

⑧剩余电流保护装置的安装必须由经技术考核合格的专业人员进行。

⑨产权所有者应建立保存剩余电流保护装置的安装及试验记录。

剩余电流动作保护装置的误动分析及故障判断
一、剩余电流保护装置的动作分类
动作（即剩余电流保护器的漏电动作可以分成两大类，即正常动作和不正常误动作）。

正常动作：因漏电、触电及接地故障等原因引起的漏电保护器的动作为正常动作。

不正常动作（即误动作）：不正常动作即误动作，基本上是由漏电保护器本身引起。