漏电保护

防止触电和漏电的安全保护电器，全称漏电电流动作保护器，俗称漏电开关。

漏电保护器从60年代进入实用阶段以来，大大地减少了人身触电和电器设备的漏电事故，因此世界各国均十分重视漏电保护器的研究。

随着技术与标准的不断发展和完善，漏电保护器的性能日益提高，不仅在工业中，而且在日用电器中也得到了普遍的应用。

一、分类
漏电保护器按极数和线数分为单极二线式(1根火线，1根零线)、二极三线式（2根火线，1根零线）、三极三线式（3根火线）和三极四线式（3根火线，1根零线）。

按动作灵敏度分为高灵敏度型、中灵敏度型、低灵敏度型。

按动作时间分为瞬动式、延时式和反时限式。

按结构又分为以下3种。

①漏电保护断路器:带有保护断路器，可作为线路的短路保护开关。

②漏电保护继电器：带有保护继电器，使用另外的主电路开关来分断主电路。

③漏电保护插座：带有保护断路器，所接负载可通过插头插入。

二、工作原理
用于单相电路的二线漏电保护器的原理结构见图1。

其主要组成部分是主开关、检测漏电电流用互感器和脱扣器。

由主开关输出的两根导线同时穿过环形铁心，再接至负载。

主开关手动闭合后，漏电电流Id=0，此时穿过环形铁心上的主电路电流I1和I2大小相等、方向相反，I1+I2=0。

在环形铁心中两电流分别产生的磁通Φ1与Φ2大小相等、方向相反。

铁心中产生的合成磁通Φ1+Φ2=0，故互感器环形铁心上的另一个二次绕组回路没有感应电压，U2=0，脱扣器不动作。

当发生漏电时，产生漏电电流Id，Id=I1+I2，此时环形铁心中产生的合成磁通Φ=Φ1+Φ2=Φd，则铁心上二次绕组回路产生感应电压U2。

当漏电电流增大到预定的数值时，脱扣器动作，主开关的锁扣被释放而分断电路。

快速高灵敏度的漏电保护器从电路发生故障到主开关分断的过程很快，即使发生了人身触电，当触电电流还没有引起致命的危害时，保护器即迅速分断电路，保护人身安全。

图1 单相电路的二线漏电保护器原理结构
图2是三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理示意图。

TA为零序电流互感器，GF为主开关，TL为主开关的分励脱扣器线圈。

图2 三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理
在被保护电路工作正常，没有发生漏电或触电的情况下，通过TA一次侧的电流相量和等于零，这使得TA铁心中的磁通的相量和也为零，这样TA的二次侧不产生感应电动势，漏电保护器不动作，系统保持正常供电。

当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，通过TA一次侧各相电流的相量和不再等于零，产生了漏电电流Ik，这使得TA铁心中的磁通的相量和也不为零，铁心中就出现了交变磁通。

在交变磁通作用下，TL二次侧线圈就有感应电动势产生，此漏电信号经中间环节进行处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈TL通电，驱动主开关GF自动跳闸，切断故障电路，从而实现保护。

三、漏电保护基本要求
人体触电死亡的主要原因是由于发生心室纤维性颤动所致，因此可以按是否引起心室纤维性颤动来确定人体安全电流的极限值。

国际电工委员会建筑电气设备分会曾推荐一组安全电流极限值曲线（图3），它表示触电电流和触电时间的
关系。

曲线分为5个区域：①对人体无任何反应区；②无病理学和生物学危险区；
③无心室纤维性颤动危险区；④可能有心室纤维性颤动危险区；⑤有心室纤维性颤动危险性区。

由曲线可看出，人体触电死亡不仅与触电电流大小有关，也与触电时间有关。

国际电工委员会以曲线 b作为危险与安全的界限。

一些国家根据经验取30毫安·秒为人体触电保护的安全值，即触电电流为30毫安时，触电时间在1秒以下，不会造成触电死亡事故。

图3 人体安全电流极限值曲线
四、漏电保护器选择和应用
为保障安全，市场出售的漏电保护器的动作电流值一般分为3档：①动作电流值在10毫安及以下的产品，主要用于防止潮湿场所的人身触电。

②动作电流为15～30毫安的产品，用于防止一般场所的人身触电，如电动工具等。

③动作电流100毫安及以上的产品，主要用于开关柜等，可防止漏电引起的火灾。

一般的漏电保护器的动作时间不大于 0.1秒。

具有反时限作用和防止漏电火灾用的保护器动作时间在0.1～2秒之间。

漏电保护器通常按保护要求来选择，保护要求主要有间接人体接触保护和直接人体接触保护。

①间接人体接触保护：当用电设备因绝缘发生故障而使金属外壳、构架等带电时，其外露可导电部件将呈现危险的接触电压。

为此，选择的漏电保护器应满足：Id<U/R,Id 为漏电保护器的额定漏电动作电流；U 为允许的接触电压，通常对干燥的场所取50伏，潮湿的场所取24伏；R为用电设备金属外壳、构架的接地阻抗或接零保护导体的阻抗。

②直接人体接触保护：通常选用漏电保护器的额定动作电流小于或等于30毫安的产品，并且应在故障电流达到2Id
时动作时间小于0.1秒；故障电流达到或超过250毫安时，漏电保护器应在0.04
秒内断开电路。

对于特别潮湿的场所，如浴室、水中，或在高空作业，因人体电阻低，危险性大，并且还可能有连锁性产生溺死和坠死的危险。

因此，应选用灵敏度更高的漏电保护器，如额定漏电动作电流为15、10或6毫安。

用来作直接人体接触保护的漏电保护器，一般都装在分支回路或电路的末端。

灵敏度选得越高，要求被控电路的正常泄漏电流也越小，否则会引起误动作。

以下给出了漏电保护器额定漏电动作电流选择具体方法和步骤：
正确合理地选择漏电保护器的额定漏电动作电流非常重要：一方面在发生触电或泄漏电流超过允许值时，漏电保护器需要有选择地动作；另一方面，漏电保护器在正常泄漏电流作用下不应动作，以防止供电中断而造成不必要的经济损失。

漏电保护器的额定漏电动作电流应满足以下三个条件：
(1)为了保证人身安全,额定漏电动作电流应不大于人体安全电流值；
(2)为了保证电网可靠运行，额定漏电动作电流应躲过低电压电网正常漏电电流；
(3)为了保证多级保护的选择性，下一级额定漏电动作电流应小于上一级额定漏电动作电流，各级额定漏电动作电流应有级差1.2～2.5倍。

一般情况下第一级漏电保护器安装在配电变压器低压侧出口处。

该级保护的线路长，漏电电流较大，其额定漏电动作电流在无完善的多级保护时，最大不得超过100mA；具有完善多级保护时，漏电电流较小的电网，非阴雨季节为75mA ，阴雨季节为200mA；漏电电流较大的电网，非阴雨季节为100 mA ，阴雨季节为300mA。

第二级漏电保护器安装于分支线路出口处，被保护线路较短，用电量不大，漏电电流较小。

漏电保护器的额定漏电动作电流应介于上、下级保护器额定漏电动作电流之间，一般取30～75mA。

第三级漏电保护器用于保护单个或多个用电设备，是直接防止人身触电的保护设备。

被保护线路和设备的用电量小，漏电电流小，一般不超过10mA，宜选
用额定动作电流为30mA，动作时间小于0.1s 的漏电保护器。

为了经常检查漏电保护器的动作性能，漏电保护器上必须装有一个试验按钮。

按下试验按钮时，可以模拟产生一个漏电电流，以检查漏电保护器能否正常脱扣。

但它只能检查脱扣器的功能是否正常，而不能检查漏电动作电流的数值和开断时间。

五、漏电保护器的接线方法
注：下图所示中，L1、L2、L3－相线；N－工作零线；PE－保护零线；
1－工作接地；2－重复接地；3－保护接地；M－电动机；H－灯；FQ－漏电保护器；T－隔离变压器
1. 单相漏电保护器的接线方法
2. TN-S系统三相（380/220）二极漏电保护器的接线方法（接零保护）
3. TN-S系统三相（380/220）三极漏电保护器的接线方法（接零保护）
4. TN-S系统三相（380/220）四极漏电保护器的接线方法（接零保护）
5. TT系统三相（380/220）二极漏电保护器的接线方法（接地保护）
6. TT系统三相（380/220）三极漏电保护器的接线方法（接地保护）
7.TT系统三相（380/220）四极漏电保护器的接线方法（接地保护）
六、漏电保护器的校验方法
关于漏电保护器的校验，主要是考虑如何模拟泄漏电流以及对泄漏电流的定量测试问题，下面介绍的是一种常规的漏电保护器动作电流和动作时间的测试方法，接线如图4所示：
图4：漏电保护器校验接线图
根据漏电保护器的额定动作电流以及所加测试电源U1的大小，可以计算出负载电阻的阻值，使负载电阻R1小于或略小于U1/Id ，关于滑线变阻器R2的选择，必须满足R1+R2>> U1/Id ,这样，在R2由大往小滑动的过程中，可以捕捉到不同大小的泄漏电流。

对于非反时限的漏电保护器，可以通过录波直接测出不同泄漏电流对应的漏电保护器动作时间；对于反时限的漏电保护器，测试分为两步。

第一步，通过滑动滑线变阻器选定一定的泄漏电流，然后断开测试电源。

第二步，加载测试电源，在滑线变阻器阻值不变的情况下（即泄漏电流恒定），根据漏电保护器动作前后过程的录波波形就可以测出漏电保护器准确的动作时间了。

参考文献：
《电工进网作业考试问答（低压类）》，黄梅，中国电力出版社，2007。