浅析低压配电系统中剩余电流动作保护器的使用

浅析低压配电系统中剩余电流动作保护器的使用

陈建国

湖北省城建设计院股份有限公司佛山分公司528000

摘要：结合《低压配电设计规范》GB50054-2011相关条款，从剩余电流动作保护器在低压配电系统中所起的作用等角度阐述了其使用的防护目的及作用、参数整定、型式选择等。

关键词：剩余电流动作保护器接地故障直接接触间接接触防电击防电气火灾

目前，随着低压供电设备的种类和数量的不断增加，人身电击事故和电气火灾事故在现实生活中时有发生，这两种事故已成为用电安全中的重要问题。剩余电流动作保护器简称剩余电流保护器（RCD），其功能是检测供电回路的剩余电流，将其与基准值相比较，当剩余电流超过该基准值时分断被保护电路。在低压配电系统中装设剩余电流动作保护装置，是防止直接和间接接触电击事故，以及防止电气线路或电气设备接地故障引起电气火灾和电气设备损坏的有效技术措施。

1、直接接触防护

在直接接触电击事故的防护中，剩余电流保护装置只作为直接接触电击事故基本防护措施的补充保护措施（不包括对相与相、相与N线间形成的直接接触电击事故的保护）。用于直接接触电击事故防护时，应选用一般型（无延时）的剩余电流保护装置。其额定剩余动作电流不超过30mA。

《低压配电设计规范》GB50054-2011第5.1.12条：额定剩余动作电流不超过30mA的剩余电流动作保护器，可作为其他直接接触防护措施失效或使用者疏忽时的附加防护，但不能单独作为直接接触防护措施。

假如其他防直接接触电击的措施因各种原因失效，例如家用电器电源插头线上的绝缘破损芯线外露，又如防护用的遮栏被人挪走，人体不慎接触到带电导体，这时如果回路上装有额定动作电流不大于30mA的瞬动RCD，则这时RCD还可以迅速切断电源避免电击伤亡事故。额定动作电流l△n为30mA的RCD额定不动作电流l△n0=0.5×l△n=15mA，它应大于被保护回路的正常泄漏电流，并且留有裕量，以适应长时间使用之后回路绝缘电阻降低、用电设备增加、电压正偏差以及气候变化等因素引起的泄漏电流增大。因此，在设计安装中应限制RCD所保护回路内的设备数量，使通过RCD的正常泄漏电流l△不超过0.3l△n，也即不超过30×0.3=9mA。需要特别说明的是，30mA的RCD只能作为附加防护，不能替代规范规定的其他防直接接触电击措施。这是因为发生直接接触时，如人体同时触及同一回路两个不同电位的带电导体，例如触及一回路内的相线和中性线，人体遭受电击而RCD因互感器内磁场抵消是无法动作的。另外，当站立地面的人体一手触及220V相线时，假设人体阻抗为1200gΩ，则接触电流约180mA（忽略其他电阻，实际值小于180mA），而根据《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB13955-2005附录表B.1，只有当剩余电流不小于250mA时，l△n为30mA的RCD才能保证在0.04s内切断电源，所以用RCD防直接接触电击，并非绝对可靠。因此不能因有l△n=30mA的RCD作附加防护而忽视其他基本的防直接接触电击措施。

2、间接接触防护

间接接触电击事故防护的主要措施是采用自动切断电源的保护方式，以防止由于电气设备绝缘损坏发生接地故障时，电气设备的外露可接近导体持续带有危险电压而产生电击事故或电气设备损坏事故。当电路发生绝缘损坏造成接地故障，其故障电流值小于过电流保护装置的动作电流值时，应安装剩余电流保护装置。

2.1、《低压配电设计规范》GB50054-2011第5.2.13条：TN系统中，配电线路采用过电流脱扣器兼作间接接触防护电器时，其动作特性应符合本规范第5.2.8条的规定，当不符合规定时，应采用剩余电流动作保护器。间接接触防护电器的动作特性应满足：

ZS×Ia≤U0（1）

式中la—使保护器在规定时间内可靠动作的电流（A），当采用RCD时，la为RCD的额定动作电流l△n。ZS—接地故障回路的阻抗，U0—相导体对地标称电压。TN系统中单相接地故障多为金属性短路，故障回路短路电流大，常采用过电流脱扣器兼作接地故障保护，当其动作特性不满足灵敏度和切断故障回路的时间要求时，采用剩余电流动作保护装置作专门接地故障保护。

2.2、《低压配电设计规范》GB50054-2011第5.2.18条：TT系统中，配电线路的间接接触防护的保护器应采用剩余电流动作保护器或过电流保护器。第5.2.15条，TT系统配电线路间接接触防护电器的动作特性应满足：

RA×Ia≤50V（2）

式中RA—外露可导电部分的接地电阻和保护导体电阻之和，la—使保护器在规定时间内可靠动作的电流（A），当采用RCD时，la为RCD的额定动作电流l△n。由于TT系统接地故障为非金属性短路，其故障电流一般比较小（几A到十几A之间），采用剩余电流动作保护器应按式（2）核算。

3、电气火灾防护

电气火灾事故的原因包括电器设备或导线过载、电器设备安装或使用不当，而造成温度升高至危险温度，引起设备本身或周围物体燃烧等。在配电线路短路起火中，接地故障电弧引起的火灾远多于带电导体间的电弧火灾，因为接地故障发生的几率远大于带电导体间的短路。由于电弧阻抗限制了短路电流，带电导体间的电弧性短路是难以用一般过电流防护电器切断电源的，但最容易引起火灾的接地故障，无论是金属性的还是电弧性的，都能用RCD有效的切断电源或发出型号，避免火灾发生。

《低压配电设计规范》GB50054-2011第5.2.13条：为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的剩余电流监测或保护器，其动作电流不应大300mA；当动作于切断电源时，应断开回路的所有带电导体。由于300mA以上的电弧能量才能引燃起火，在火灾危险场所或一般场所内，RCD对接地故障的动作灵敏度可以满足防护要求。实际工程可根据接地型式按上述式（1）或式（2）核算。

4、RCD参数整定

4.1、剩余电流动作保护器（RCD）所检测的是单相或三相电流加中性导体电流的相量和，即剩余电流l△=IU+lV+IW+IN。三相四线配电线路正常运行时，即使三相负荷不平衡，剩余电流也只是线路泄漏电流。当某一相发生接地故障时，则检测的三相电流加中性电流的相量和不为零，而等于接地故障电流l△G。为避免误动作，RCD保护整定值l△n应大于正常运行时线路和设备的泄漏电流总和l△的2.5~4倍。采用自动切断电源作为保护措施，应根据实际接地型式，计算线路和设备的泄漏电流及预期接地故障电流值，再确定整定值，以满足式（1）或式（2）要求。对于不超过32A的终端回路，最长切断时间的应满足GB16895.21–2011表41.1。除不超过32A的终端回路外，TN系统配电回路切断电源的时间不允许超过5s，TT系统配电回路切断电源的时间不允许超过1s。

4.2、GB16895.21–2011第411.1通则：采用自动切断电源作为保护措施，当有具体规定时，可采用符合415.1要求的额定剩余电流动作值不超过30mA的剩余电流动作保护器（RCD）作附加保护措施。例如，GB16895.21-2011第411.3.3条：额定电流不超过20A，供一般人使用的普通用途的插座和额定电流不超过32A的户外移动式设备应根据415.1的规定采用剩余电流动作保护器作为附加保护措施。另GB/T16895.28–2017第714.413.1条：在电话亭、公共汽车候车亭、广告牌、城市地图牌、路标牌和类似装置的配套照明设备采用额定动作剩余电流不大于30mA的剩余电流动作保护器（RCD）保护作为附加保护。

4.3、特殊装置及场所装设剩余电流动作保护器（RCD）整定值应满足相关规范的要求，本文不再一一列举。

5、RCD类型选择

根据动作的能量源，剩余电流动作保护器可以分为电磁式和电子式两种。电磁式剩余电流动作保护器依靠接地故障电流本身的能量动作，电子式剩余电流动作保护器借助剩余电流动作保护器所在回路处的故障残压提供的能量动作。若故障残压过低，电子式剩余电流动作保护器有可能会拒动。但电子式RCD对制作材料和生产工艺要求较低，价格较便宜。电子式RCD一般用在有其他间接接触防护措施的场所，例如在场所内设置了局部等电位联结，将故障时的接触电压Ut限制在其限值50V或25V以下，此时，即便动作残压不够，电子式RCD拒动，仍不会发生电击事故。因此若无其他间接接触防护措施，应使用电磁式RCD。

6、结语

装设剩余电流动作保护器只是防人身电击和防电气火灾事故的其中一个技术措施，工程应用中千万不能认为只要装设了剩余电流动作保护器而忽视其他基本的防护措施。另外，剩余电流动作保护器所检测的是单相或三相相线和中性线的电流矢量和，在实际运用中有一定局限性。例如剩余电流动作保护器不适用于低压配电系统接地型式为TN-C的接地系统，须单独设置PE线才能使用；剩余电流动作保护器对直接、间接电击防护和电气火灾防护都有较高的灵敏度，当N线受干扰或中线流过反向杂散电流时，可能误动或拒动。而且剩余电流动作保护器不能防范由它处沿PE线传导来的故障电压导致的电击事故，这种事故只能靠等电位联结等措施来消除。

参考文献：

【1】《低压配电设计规范》GB50054-2011

【2】《低压电气装置第4-41部分：安全防护电击防护》GB16895.21–2011

【3】《工业与民用配电设计手册》第四版中国航空工业规划设计研究院

【4】《建筑物电气装置600问》王厚余