剩余电流保护断路器应用

四极剩余电流保护断路器应用与常见故障分析
摘要：以住关于三极剩余电流保护断路器资料非常多，但随着各种供电系统的引入，四极剩余电流保护断路器应用也逐渐增多，本文介绍了四极剩余电
流保护断路器的工作原理、分类、国家标准要求和试验目的，举例分析剩
余电流保护断路器常见故障以及在各类供电系统中的应用。

关键词：剩余电流保护；供电系统
0 引言
过去很长一个时期内我国推广TN-C系统，以节约一根PE线，因此对接地故障的防护只能通过三相零序保护来实现，由于零序电流互感器只能包绕三根相线而不能包绕PEN线，平时三相不平衡电流、谐波电流和正常泄漏电流的存在使得断路器动作整定值相当大，因此TN-C系统的零序电流防护既不能防接地电弧火灾，也不能防人身电击，只能保护线路的绝缘。

所以在TN-C系统内只有对三相用电设备可以用三极剩余电流保护断路器来保护。

但随着TN-S、TN-C-S、TT和IT系统的引入，四极剩余电流保护断路器应用逐渐广泛。

这类断路器具有双重保护功能，即:
——对设备提供过载和短路保护；
——对人提供间接接触保护，即由于绝缘损坏而导致对地电压增大的危险。

剩余电流断路器还可以对由于过电流保护装置不能检测出的而长期存在的接地故障可能引起火灾危险和其它危险提供附加保护。

在有关的保护措施失效时，额定剩余电流不超过30mA的剩余电流装置还可用作对直接接触起附加保护作用。

1 工作原理及常用分类
常见的剩余电流保护断路器分为机械式和电子式，这里仅介绍电子式剩余电流保护断路器。

①工作原理：电子式剩余电流保护断路器主要由零序电流互感器、电子控制漏电脱扣器及带有过载和短路保护的断路器组成。

根据基尔霍夫电流可知，任一时刻，
流入任一节点的电流恒等于流出此节点的电流，即任一时刻，流入（出）某节点的电流矢量和为零。

零序电流互感器的工作原理是：感测一次侧中瞬时电流的矢量和是否为零，当被保护的电路出现绝缘故障时，负载侧有对地泄载电流，即零序电流互感器的矢量和不为零，零序电流互感器二次绕组中便产生互感电压，该信号经过运算控制器运算后，当泄漏电流达到整定动作值时，驱动晶闸管，接通电磁脱扣器电源，电磁脱扣器吸合，使断路器跳闸，从而达到漏电保护器的作用。

②常用分类：
1）按CBR的剩余电流功能在功能上是否与线路电压有关可分为：有关或无关。

2）按直流分量出现情况下的性能分类：
——AC型CBR
——A型CBR
3）还可按剩余动作电流可调与不可调；延时与非延时分类。

2 国家标准要求及试验目的分析
按GB14048.2-2008《低压开关设备和控制设备第2部分断路器》标准要求，四极断路器在三极断路器试验要求基础上增加以下项目：
1）N极过载保护特性验证
2）应在第四极和它相邻的一极上进行极限分断能力试验
电子式剩余电流保护断路器在符合断路器的试验要求外还需补充下述试验程序
上述试验项目中各种动作特性、接通和分断能力、环境条件影响和抗扰度试验的目的非常明确，下面仅对条款B.8.5-在过电流条件下的不动作电流的极限值试验目的作分析：
⑴验证在过电流条件下不动作电流极限值的试验电路
S-电源
V-电压表
A-电流表
S1-双极开关
D-被试CBR
Z-可调阻抗
⑵试验目的：
1）要求：1,调节阻抗Z，使电路中流过的电流等于下列两个值中的一个较小值: ——6In；
——最大短路脱扣电流整定值的80％。

2,对于具有可调剩余电流整定值的CBR，试验在最小整定值下进行。

3, 试验应在功率因数为0.5下进行。

目的：1，断路器在直接起动电动机等感性负载时，即使配有软起动器也会在起动器产生5~6In的电流，为防止在起动感性负载时误动作，剩
余电流保护断路器在最小整定值和低功率因数的情况下仍需满足
上述试验要求。

2，取上述电流的较小值是为确保剩余电流保护断路器不会因为电磁
脱扣引起误动作，致使试验失败
2)要求：1，将处于断开状态的开关S1闭合，然后经2s后再断开。

2，对每一可能组合的电流回路重复试验三次，相邻两次闭合操作的
时间间隔至少为1 min。

CBR不应脱扣。

目的：可靠运行并且能躲过电动机等感性负载的起动时间。

3 四极电子式剩余电流保护断路器的选用原则
1，首先考虑四极断路器在供电系统中的应用
关于四极断路器的应用，目前国家标准或规程还没有对是否使用做出硬性的规定，虽然地区性四极电器的设计规范已经出台，但安装与不安装四极电器的争论还在进行中，某些地区的使用近年来出现一窝蜂的趋势，各断路器制造厂也纷纷设计，制造各种型号的四极断路器投放市场。

四极断路器主要分以下几种类型
A型：N极不安装过电流脱扣器，且N极始终接通
B型：N极不安装过电流脱扣器，且N极与其它三极一起合分
C型：N极安装过电流脱扣器，且N极与其它三极一起合分
D型：N极安装过电流脱扣器，且N极始终接通
根据以上的用途，
1) TN-C系统中N线与保护线PE合二为一(PEN线)，考虑安全，任何时候
不允许断开PEN线，因此一般在TN-C系统中不使用四极断路器或推荐使用A型或D型四极断路器。

2)在TN-S、TN-C-S系统中确保维修时保障检修者的安全，推荐使用四极断
路器，TN-S系统中如使用四极断路器推荐使用B型或C型，在TN-C-S系统中前一部分推荐使用A型或D型，后部分推荐使用B型或C型。

3)TT系统内应为电气维修安全装用四极开关，一般在推荐使用B型。

4) IT系统一般不引出中性线，不存在采用四极断路器的问题。

5)装设双电源切换的场所，由于系统中所有的中性线(N线)是通联的，为了
确保被切换的电源开关(断路器)的检修安全，必须采用四极断路器。

2，考虑剩余电流保护断路器在供电系统中的应用
1）TN-C系统中由于PEN线的存在，四极剩余电流保护断路器不起作用，所以在TN-C系统中不能使用四极剩余电流保护断路器。

2）在TN-S、TN-C-S的后部分，为实现电气隔离以保证电气维护、测试和检修安全和剩余电流保护的要求，可使用四极剩余电流保护断路器。

3）在TT系统中为安全起见应使用四极剩余电流保护断路器。

4）装设双电源切换的场所的断路器如带RCB，不论是TN系统还是TT系统都应安装四极剩余电流保护断路器。

4 常见故障分析
1)剩余电流保护断路器的负载侧的导线较长，有的是紧贴地面敷设，存在着较
大的对地电容，这样就存在着较大的对地电容电流，有可能引起断路器误动。

解决方法：剩余电流保护断路器尽可能靠近负载安装，或者选用剩余电流保护动作稍大的断路器。

2)剩余电流保护断路器的负载侧的零线接地，会使正常工作电流经接地点分流
入地，造成漏电断路器误动作。

解决方法：将零线接到剩余电流保护断路器电源侧的零线。

3) 三极剩余电流保护断路器，误用于三相四线电路中。

零线中的正常工作电流
不经过零序电流互感器，例如在电梯中，主电路电源为三相供电，但电梯内存在220V照明回路，所以，只要接通照明回路，断路器就会动作。

解决方法：三相四线电路必须使用三相四线漏电断路器。

4）由于剩余电流保护动作，致使故障扩大化。

例如在西安某小区，四极剩余电流保护断路器CM1L-400，其三相相线分别负责三个住宅楼，其中由A、B二相供电的二个楼宅还未入住，由C相供电一个楼宅已入住并有多户在装修，致使断路器C相负载较大，而A、B二相无负载。

由于C相装修人员使用绝缘性能不良的手持式电动工具，使CM1L断路器多次动作，致使C相和N相触头损伤，造成N相断相。

“断零”事故造成楼层大部分电器设备损坏，造成严重影响。

解决方法：尽量使断路器各相负载平衡，如必须使用这种接线方式，断路器应使用A或D型断路器
5）剩余电流保护断路器在使用变频器时易跳闸。

变频器的输出波形含有高次谐波，而电机及变频器与电机间的电缆会产生泄漏电流，该泄漏电流比工频驱动电机时大了许多，所以产生该现象。

解决方法：选用剩余电流保护动作稍大或具有延时动作的断路器。

5 剩余电流保护断路器作用的有限性
1）剩余电流保护断路器只能在所保护的回路内发生故障时起作用，不能防止从别处沿PE线或装置外导电部分传导来的故障电压引起的电击事故。

2）有些电气设备，例如消防电气设备，是不允许装用剩余电流保护断路器。

3）电子式剩余电流保护断路器接地故障时，如断路器处残压低于50V，不能使断路器可靠动作，但50V对于人身电击还很危险,特别是在浴室和游泳池等特
别潮湿的场所，当然这只是对TN系统而言。

4）直流分量和高次谐波及雷电脉冲电压对电子式剩余电流保护断路器的干扰，使剩余电流保护断路器不能正常工作。

【参考文献】
1 《低压电气装置的设计安装和检验》王厚余中国电力出版社2003年
2 《低压开关设备和控制设备第2部份：断路器》GB14048.2-2008
3 《浅谈提高漏电断路器性能的试验及措施》刘德胜低压电器2009No19。