陈礼贵-如何正确设计剩余电流动作保护装置

如何正确设计剩余电流动作保护装置
江苏省建筑设计研究院有限公司陈礼贵
内容提要：文章介绍了RCD的类型、功能等，通过对规范中相关条文的分析，明确了何时设置RCD和如何设置RCD的问题，避免在设计中出现RCD滥用现象和混乱现象。

关键词：电击防护、直接接触电击防护、间接接触电击防护、附加防护、电气火灾防护
剩余电流动作保护装置（又称RCD）是通过高灵敏度的电流互感器对回路中对地泄露电流的检测提供动作信号，实现报警或切断电源的装置。

上世纪九十年代以前，我国大量存在TN-C系统，以节约一根单独的PE线。

因此对接地故障的防护只能在三相回路内采用所谓零序电流防护。

由于零序电流互感器不能包绕PEN线，故其电流整定值须大于三相不平衡电流、谐波电流以及正常泄漏电流之和。

由于其整定值过大，既不能防护接地电弧火灾，又不能防人身电击，更不能防护单相设备和单相回路。

在九十年代以后，我国逐步实施TN-S、TN-C-S、TT系统和IT系统，这些系统具有单独的PE线，因此剩余电流动作保护器（RCD）随之得到广泛应用。

由于其电流互感器可包绕相线和中性线，不包绕PE线，整定值只要大于被保护回路的正常对地泄漏电流，可以实现毫安级整定，故灵敏度大大提高。

可防接地电弧火灾，可防人身电击，额定动作电流不大于30mA 时，还可用于直接接触电击防护的附加防护（即后备保护，又称辅助保护）。

用于交流供电系统的剩余电流保护器的选择，应考虑下列要求：
1) 剩余电流保护器的特性；
2) 接地故障保护的要求；
3) 附加保护的要求；
4) 供电的连续性；
5) 使用人员的能力。

剩余电流保护器的型式按其动作特性分为：
1) 与供电电压无关；
2) 与供电电压有关；
3) 与辅助电源有关。

剩余电流保护器的选择，应考虑接地故障电流的波形对剩余电流保护器的工作性能的影响。

各种型式剩余电流保护器适用于如下的电流特性：
(1)AC型：剩余交流正弦电流；
(2)A型：
1) 与AC型同；
2) 剩余直流脉冲电流；
3)剩余直流脉冲电流迭加0.006 A的平滑直流电流;
(3) B型：
1）与A型同；
2） 1000 Hz的剩余交流正弦电流；
3）剩余交流电流迭加其值为0.4倍额定剩余电流（I n）的平滑直流电流；
4）剩余直流脉冲电流迭加其值为0.4倍额定剩余电流（I n）的平滑直流电流；
5）由整流电路产生的剩余直流电流。

(4) S型剩余电流保护器：延时动作。

但是，本世纪以来，随着工程项目的大量开发，设计人员存在被动设计的心态，特别是由于《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB13955-2005 中的一些条文，存在逻辑上的问题，致使设计人员在设计时，RCD的应用出现了混乱现象和滥用现象。

如：GB13955-2005的第4.2.2.2条：TT系统的电气线路或电气设备必须装设剩余电流保护装置作为防电击事故的保护措施。

这一条规定否定了TT系统中，过电流保护在单项接地保护时的作用，与《低压配电设计规范》GB50054-2011中的第5.2.18条相矛盾。

在TT系统中，导致了滥用现象。

如：GB13955-2005的第4.5条必须安装剩余电流保护装置的设备和场所：
4.5.1 末端保护
a) 属于I类的移动式电气设备及手持式电动工具；
b）生产用的电气设备；
c) 施工工地的电气机械设备；
d) 安装在户外的电气装置；
e) 临时用电的电气设备；
f) 机关、学校、宾馆、饭店、企事业单位和住宅等除壁挂式空调电源插座外的
其它电源插座或插座回路；
g) 游泳池、喷水池、浴池的电气设备；
h)安装在水中的供电线路和用电设备；
i) 医院中可能直接接触人体的电气医用设备；
j) 其它需要安装剩余电流保护装置的场所。

这一条规定中的 b）、 d）两款，否定了线路和设备的主保护在单项接地保护时的作用，与《低压配电设计规范》GB50054-2011中的第5.2.9条和第5.2.13条相矛盾。

在TN 系统中，导致了滥用现象。

如：GB13955-2005的第4.6条：报警式剩余电流保护装置应用：
对一旦发生剩余电流超过额定值切断电源时，因停电造成重大经济损失及不良社会影响的电气装置或场所应安装报警式剩余电流保护装置。

如：
a) 公共场所的应急电源、通道照明；
b）确保公共场所安全的设备；
c) 消防设备的电源，如消防电梯、消防水泵、消防通道照明等；
d) 防盗报警的电源；
e) 其它不允许停电的特殊设备和场所。

为防止人身电击事故，上述场合的负荷末端保护不得采用报警式剩余电流保护装
置。

这一条规定中的前后条文与前述条文显然存在一些矛盾，让设计人员在间接接触电击防护设计时，难以抉择，引起混乱。

如何正确设计剩余电流动作保护装置呢？
一、首先确定是否需要装设RCD，以避免出现滥用现象：
是否需设置RCD取决于两方面需要：
a、电气火灾防护需要
如果电力系统中设计了防火剩余电流动作报警系统则不必考虑再设置防火用RCD，否则应根据工程实际情况设一级或多级防护措施。

当采取一级措施时，仅在低压电源总进线处设防火剩余电流动作保护器，整定电流不应大于300mA，当系统可以切断电源时，动作时间不大于0.5S。

否则采用报警式RCD （见GB50054-2011第6.4.3条）
当采取多级措施时，应在第一级配电点、楼层配电箱及安装在危险环境（服装厂、面粉厂等）中的终端，分别在电源端设置RCD。

通常在第一级和第二级设延时型RCD，在终端设延时型或瞬动型RCD（在火灾危险环境中应设瞬动型）。

b、电击防护需要
包含直接接触电击防护和间接接触电击防护，仅在满足下列情况之一时，需要设置RCD作为附加防护。

1. 当直接接触电击防护不完备时，从人身电击防护出发，应采用RCD作为附加防护，
但RCD不能替代应有的直接接触电击防护。

2. 对于一般人使用的用于普通用途的额定电流不大于20A的户内电源插座回路，从
人身电击防护出发，应采用RCD作为附加防护。

3.所有额定电流不大于32A的户外电源插座回路，从人身电击防护出发，应采用RCD
作为附加防护。

4. TN系统中，当采用过电流保护电器兼作线路的间接接触防护电器，而其动作特
性不能符合Zs*I a≤Uo 时，应采用RCD作为间接接触防护保护电器。

Zs—接地故障回路的阻扰（Ω）。

Uo—导体对地标称电压（V）。

Ia—规定时间内切断故障回路的动作电流（见上表）。

5.TT系统中，当采用过电流保护电器作为线路的间接接触防护电器，而其动作特性
不符合R A*Ia≤50V时，应采用RCD作为间接接触防护的保护电器。

R A—外露可导电部分的接地电阻和保护导体电阻之和（Ω）。

Ia—当采用熔断器时，应为保证熔断器在5S内切断故障回路的电流。

当采用断路器时，应为保证断路器瞬时切断故障回路的电流。

6. IT系统中，当外露可导电部分为共同接地，在发生第二次接地故障时，采用过电
流保护电器不能符合TN系统切断故障回路的要求时，应采用RCD作为辅助保护。

二．额定剩余电流的整定
1. 电气火灾防护要求
整定电流尽量保证前后级具有选择性。

前一级整定值应大于后一级整定值的两倍；
最后一级整定值应大于线路或设备的额定泄漏电流的两倍。

变电所一级可大于500mA，其余宜在500mA以下，例如：600mA，300mA、100mA。

当线路敷设在火灾危险场所内或设备安装在火灾危险场所内时，其电流整定值不应大于300mA。

2. 人身电击防护要求和直接接触防护的辅助保护。

此时的RCD的I△n应不大于30mA。

3. 非人身电击防护要求间接接触防护的附加防护措施
此时的RCD的I△n应符合下述要求：0.4*I△n≥线路或设备的额定泄漏电流三．RCD的时间整定
1. 电气火灾防护要求
电气火灾防护要求中，一般选用延时型RCD，其整定时间尽量保证前后级具有选择性。

当电流整定无法满足选择性时，尤其应通过时间整定实现，前后级之间时间差应设定20ms以上，如：1S、0.5S、0.2S
2. 电击防护要求
1）用于直接接触电击防护的辅助保护时，应选用瞬动型。

2）用于间接接触电击防护的人身防护时，对应于第一条b款的2、3时，应采用瞬动型。

当不能选用瞬动型RCD时，RCD的固有动作时间加上延时时间应不大于与标称电压相对应的时间要求。

（见下表）
TN系统的最长切断时间
相导体对地标称电压（V）切断时间（s）
220 0.4
380 0.2
＞380 0.1
3）用于间接接触电击防护的非人身防护时，一般情况下采用瞬动型RCD。

当不能选用瞬动型RCD时，RCD的固有动作时间加上延时时间应满足如下的时间要求。

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；
供给手持式电气设备和移动式电气设备用电的末端线路或插座回路，见上表。

四．RCD安装位置的要求
在剩余电流保护器的负荷侧装有电涌过电压保护器时，宜采用S型剩余电流保护器。

建议将电涌过电压保护器装在剩余电流保护器的电源侧。

五．其他应注意的事项
1) 在电压下降或供电回路线电压断电的情况下，剩余电流保护器自动断开，并在电压恢复后继续断开。

这种剩余电流保护器不宜用于需要连续供电的场合。

2) 为了预防由于剩余电流（保护导体电流和泄漏电流）误动作，剩余电流保护器
负荷侧累计的剩余电流限值为其额定剩余动作电流的0.4倍。

由单个剩余电流保护器保护的电源插座回路，该剩余电流保护器的额定剩余动作电流不大于30 mA时，要考虑可能接到该回路的插座数量和设备的特性。

3）在通断用电设备的电流时，例如有大的充电滤波泄漏电容的特定的情况下，如果采用普通不带延时的剩余电流保护器有可能引起误动作。

因此，推荐采用带时限的符合产品标准的S型剩余电流保护器。

4) 剩余电流保护器应能防止由于电磁干扰而引起误动作。

当线路或设备电流中含有直流电流分量时，应考虑选用A型RCD。

5）由于大气过电压导致产生的瞬变电流，可能引起剩余电流保护器的误动作，宜采用符合产品标准的S型剩余电流保护器。

6）上下级回路的剩余电流保护器之间可采取全部或部分选择性。

为了获得全部选择性，应满足以下两个条件：
上级剩余电流保护器的额定剩余动作电流至少宜等于下级剩余电流保护器的额定剩余动作电流值的2倍；
对于所有接地故障电流，上级剩余电流保护器的不动作时间宜大于下级剩余电流保护器的不动作时间。

例如上级剩余电流保护器的额定剩余动作电流至少等于下级剩余电流保护器的额定剩余动作电流值的3倍，而且上级保护器的动作时间大于下级保护器的时间时，就有可能实现全部选择性。

综上所述，剩余动作电流保护装置的设计，应首先考虑需要，然后考虑选型，最后合理选择整定电流和整定时间，这样才能遏制滥用现象，解决混乱现象。

参考书目：《低压配电设计规范》 GB50054-2011
《剩余电流动作保护装置安装和运行》 GB13955-2005。