漏電保護器的工作原理和應用

1、漏電保護器的工作原理和應用國內(nèi)外多年的運行經(jīng)驗表明，推廣使用漏電保護器，對防止觸電傷亡事故，避免因漏電而引起的火災事故，具有明顯的效果。本文就廣泛使用的電流型漏電保護器(以下簡稱漏電保護器)的工作原理及應用作些介紹。    1 漏電保護器的工作原理    漏電保護器主要包括檢測元件(零序電流互感器)、中間環(huán)節(jié)(包括放大器、比較器、脫扣器等)、執(zhí)行元件(主開關(guān))以及試驗元件等幾個部分。    三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護器工作原理示意圖。TA為零序電流互感器，GF為主開關(guān)，TL為主開關(guān)的分勵脫扣器線圈。    在被保

2、護電路工作正常，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由克希荷夫定律可知，通過TA一次側(cè)的電流相量和等于零。即：這樣TA的二次側(cè)不產(chǎn)生感應電動勢，漏電保護器不動作，系統(tǒng)保持正常供電。    當被保護電路發(fā)生漏電或有人觸電時，由于漏電電流的存在，通過TA一次側(cè)各相電流的相量和不再等于零，產(chǎn)生了漏電電流Ik。    在鐵心中出現(xiàn)了交變磁通。在交變磁通作用下，TL二次側(cè)線圈就有感應電動勢產(chǎn)生，此漏電信號經(jīng)中間環(huán)節(jié)進行處理和比較，當達到預定值時，使主開關(guān)分勵脫扣器線圈TL通電，驅(qū)動主開關(guān)GF自動跳閘，切斷故障電，從而實現(xiàn)保護。    用于單相回路及三相

3、三線制的漏電保護器的工作原理與此相同，不贅述。    2 裝設漏電保護器的范圍    1992年國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的國標GB13955292漏電保護器安裝和運行，對全國城鄉(xiāng)裝設漏電保護器做出統(tǒng)一規(guī)定。    2.1必須裝漏電保護器(漏電開關(guān))的設備和場所    (1)屬于I類的移動式電氣設備及手持式電動工具(I類電氣產(chǎn)品，即產(chǎn)品的防電擊保護不僅依靠設備的基本絕緣，而且還包含一個附加的安全預防措施,如產(chǎn)品外殼接地)；    (2)安裝在潮濕、強腐蝕性等惡劣場所的電氣設備；   

4、 (3)建筑施工工地的電氣施工機械設備；    (4)暫設臨時用電的電器設備；    (5)賓館、飯店及招待所的客房內(nèi)插座回路；    (6)機關(guān)、學校、企業(yè)、住宅等建筑物內(nèi)的插座回路；    (7)游泳池、噴水池、浴池的水中照明設備；    (8)安裝在水中的供電線路和設備；    (9)醫(yī)院中直接接觸人體的電氣醫(yī)用設備；    (10)其它需要安裝漏電保護器的場所。    2.2報警式漏電保護器的應用    對一

5、旦發(fā)生漏電切斷電源時，會造成事故或重大經(jīng)濟損失的電氣裝置或場所，應安裝報警式漏電保護器，如：    (1)公共場所的通道照明、應急照明；    (2)消防用電梯及確保公共場所安全的設備；    (3)用于消防設備的電源，如火災報警裝置、消防水泵、消防通道照明等；    (4)用于防盜報警的電源；    (5)其它不允許停電的特殊設備和場所。    3 漏電保護器額定漏電動作電流的選擇    正確合理地選擇漏電保護器的額定漏電動作電流非常重要：一方面在發(fā)生觸

6、電或泄漏電流超過允許值時，漏電保護器可有選擇地動作；另一方面，漏電保護器在正常泄漏電流作用下不應動作，防止供電中斷而造成不必要的經(jīng)濟損失。    漏電保護器的額定漏電動作電流應滿足以下三個條件：    (1)為了保證人身安全，額定漏電動作電流應不大于人體安全電流值，國際上公認30mA為人體安全電流值；    (2)為了保證電網(wǎng)可靠運行，額定漏電動作電流應躲過低電壓電網(wǎng)正常漏電電流；    (3)為了保證多級保護的選擇性，下一級額定漏電動作電流應小于上一級額定漏電動作電流，各級額定漏電動作電流應有級差112215倍。

7、    第一級漏電保護器安裝在配電變壓器低壓側(cè)出口處。    該級保護的線路長，漏電電流較大，其額定漏電動作電流在無完善的多級保護時，最大不得超過100mA；具有完善多級保護時，漏電電流較小的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為75mA，陰雨季節(jié)為200mA；漏電電流較大的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為100mA，陰雨季節(jié)為300mA。    第二級漏電保護器安裝于分支線路出口處，被保護線路較短，用電量不大，漏電電流較小。漏電保護器的額定漏電動作電流應介于上、下級保護器額定漏電動作電流之間，一般取3075mA。    第三級漏電保護器用于保護單

8、個或多個用電設備，是直接防止人身觸電的保護設備。被保護線路和設備的用電量小，漏電電流小，一般不超過10mA，宜選用額定動作電流為30mA，動作時間小于011s的漏電保護器。    4 漏電保護器的正確接線方式    TN系統(tǒng)是指配電網(wǎng)的低壓中性點直接接地，電氣設備的外露可導電部分通過保護線與該接地點相接。    TN系統(tǒng)可分為：    TN2S系統(tǒng)整個系統(tǒng)的中性線與保護線是分開的。    TN2C系統(tǒng)整個系統(tǒng)的中性線與保護線是合一的。    TN2C2S系統(tǒng)系統(tǒng)干線部分的前一

9、部分保護線與中性線是共用的，后一部分是分開的。    TT系統(tǒng)配電網(wǎng)低壓側(cè)的中性點直接接地,電氣設備的外露可導電部分通過保護線直接接地。    漏電保護器在TN及TT系統(tǒng)中的各種接線方式，安裝時必須嚴格區(qū)分中性線N和保護線PE。三極四線或四極式漏電保護器的中性線，不管其負荷側(cè)中性線是否使用都應將電源中性線接入保護器的輸入端。經(jīng)過漏電保護器的中性線不得作為保護線，不得重復接地或接設備外露可導電部分；保護線不得接入漏電保護器。 漏電保護裝置安裝和動作原因分析1 漏電保護裝置安裝原則有金屬外殼的I類移動式電氣設備和手持電動工具、安裝在潮濕或強腐蝕等惡劣場所的電

10、氣設備、建筑施工工地的電氣施工機械設備、臨時性電氣設備、賓館等客房內(nèi)的插座、觸電危險性較大的民用建筑物內(nèi)的插座、游泳池或浴池類場所的水中照明設備、安裝在水中的供電線路和電氣設備，以及醫(yī)院直接接觸人體的電氣醫(yī)用設備(胸腔手術(shù)室的除外)等均應安裝漏電保護裝置。漏電保護裝置的防護類型和安裝方式要與電氣設備的環(huán)境條件和使用條件相適應。對于公共場所的通道照明電源和應急照明電源、消防用電梯及確保公共場所安全的電氣設備、用于消防設備的電源(如火災報警裝置、消防水泵、消防通道照明等)、用于防盜報警的電源，以及其他不允許突然停電的場所或電氣裝置的電源，漏電時立即切斷電源將會造成事故或重大經(jīng)濟損失。在以上這些情況

11、下，應裝設不切斷電源的漏電報警裝置。從防止電擊的角度考慮，使用安全電壓供電的電氣設備、一般環(huán)境條件下使用的具有雙重絕緣或加強絕緣結(jié)構(gòu)的電氣設備、使用隔離變壓器供電的電氣設備、在采用不接地的局部等電位聯(lián)結(jié)措施的場所中使用的電氣設備以及其他沒有漏電危險和電擊危險的電氣設備可以不安裝漏電保護裝置。裝有漏電保護裝置的電氣線路和設備的泄漏電流必須控制在允許范圍內(nèi)，所選用漏電保護裝置的額定不動作電流應不小于電氣線路和設備的正常泄漏電流的最大值的2倍。當電氣線路或設備的泄漏電流大于允許值時，必須更換絕緣良好的電氣線路或設備，當電氣設備裝有高靈敏度的漏電保護裝置時，電氣設備單獨接地裝置的接地電阻可適當放寬，但

12、應將預期的接觸電壓限制在允許范圍內(nèi)。安裝漏電保護裝置的電動機及其他電氣設備在正常運行時的絕緣電阻值不應低于05M。安裝漏電保護裝置前，應仔細檢查其外殼、銘牌、接線端子、試驗按鈕、合格證等是否完好。裝設在進戶線上的帶有剩余電流動作保護的斷路器，其室內(nèi)外配線的絕緣電阻，晴天不應小于05M，雨天不應小于008M。配電變壓器低壓側(cè)中性點的工作接地電阻，一般不應大于4，但當配電變壓器容量不大于100kVA時，接地電阻可不大于10。絕緣電阻以及接地電阻這兩項規(guī)定是保證配電系統(tǒng)安全運行及保護器能否正確動作所不可忽視的問題。用于防止觸電事故的漏電保護裝置只能作為附加保護。加裝漏電保護裝置的同時不得取消或放棄原

13、有的安全防護措施。安裝帶有短路保護的漏電開關(guān)，必須保證在電弧噴出方向留有足夠的飛弧距離，漏電保護裝置不宜裝在機械振動大或交變磁場強的位置。安裝漏電保護裝置應考慮到水、塵等因素的危害，采取必要的防護措施。2 漏電保護裝置的接線漏電保護裝置的接線必須正確。接線錯誤可能導致漏電保護裝置誤動作，也可能導致漏電保護裝置拒動作。接線前應分清漏電保護裝置的輸入端和輸出端、相線和零線，不得反接或錯接。輸入端與輸出端接錯時，電子式漏電保護裝置的電子線路可能由于沒有電源而不能正常工作。組合式漏電保護裝置控制回路的外部連接應使用銅導線，其截面積不應小于15mm2，連接線不宜過長。漏電保護裝置負載側(cè)的線路必須保持獨立

14、，即負載側(cè)的線路(包括相線和工作零線)不得與接地裝置連接，不得與保護零線連接，也不得與其他電氣回路連接。在保護接零線路中，應將工作零線分開，工作零線必須經(jīng)過保護器，保護零線不得經(jīng)過保護器，或者說保護裝置負載側(cè)的零線只能是工作零線，而不能是保護零線。應當指出，漏電保護器后方設備的保護線不得接在保護器后方的零線上，否則，設備漏電時的漏電流經(jīng)保護器返回，保護器將拒動作。保護器與刀閘一起安裝，按電源進線是先人保護器還是先入刀閘來分，一般是兩種連接方式。當采取進線先入刀閘方式時，經(jīng)過刀閘中的相線和中性線兩個保險熔絲，再接人保護器這種方式，就忽視了保護器前面刀閘中中性線熔絲熔斷后，使保護器“自身電路”失去

15、工作電源而不能動作的情況。此時如果相線熔絲并沒有被熔斷，各種電器雖然都停止工作，但刀閘以下線路仍然帶電，形成“假象”停電。當用戶動用電器或檢查 “假象”停電時，保護器因失電拒動極易發(fā)生觸電。在部分地區(qū)廣泛使用熔絲做短路保護，經(jīng)常發(fā)生只有中性線熔絲熔斷的現(xiàn)象。家用保護器作為末端保護，因此失效不動作，不但存在嚴重的安全隱患，還會使總保護器或中間級保護器越級動作，引發(fā)大面積停電，造成較大經(jīng)濟損失。為使保護器發(fā)揮其應有的作用，特做如下建議：(1)如果受安裝場所、環(huán)境等條件的限制，或多戶共用一個刀閘，戶保護器的人線端只能取自刀閘的出線端時，必須將刀閘中的中性線熔絲拆除，用相同規(guī)格的導線替換中性線熔絲；(

16、2)應采取進線先人保護器后人刀閘的安裝方式。此法能夠防止因中性線熔絲熔斷后，保護器失電的拒動問題，如經(jīng)常發(fā)生停電“假象”，應按照中性線不準安裝熔斷器的技術(shù)要求，將中性線熔絲改用導線連接；(3)有條件的用戶不必使用刀閘，應選用具有漏電保護、過電流(短路)保護、過電壓保護功能的“三合一”斷路器。  3 保護器動作值的確定首先，測量低壓網(wǎng)絡中的泄漏電流，測試步驟為：先將配電變壓器中性點的接地線斷開，在N線與PE線之間串人一個內(nèi)阻較小的mA表，先送出一分路，其它分路停用，所測的不平衡泄漏電流為這一分路的泄漏電流，用這種方法測出其它分路泄漏電流以及低壓網(wǎng)絡總泄漏電流。需要注意的是，由于低壓網(wǎng)絡

17、絕緣電阻值受氣候影響變化幅度較大(指一年內(nèi)的變化)，現(xiàn)場實測值應給予修正后，才能作為動作電流值，即：In=K×I0式中In剩余電流動作總保護器的動作電流值，mA；I0現(xiàn)場實測的不平衡泄漏電流，mA；K季節(jié)修正系數(shù)，非陰雨季節(jié)測量，K取30，陰雨季節(jié)測量，K取15；這樣確定的動作電流值，雖然能避免保護器的誤動作，但也降低了保護功效，最好的辦法是選用可調(diào)動作電流值的保護器，即在非陰雨季節(jié)時，將動作電流值調(diào)低；到了陰雨季節(jié)時，將動作電流值調(diào)高。這樣，動作電流值的確定方法應為：非陰雨季節(jié)和陰雨季節(jié)實測的不平衡泄漏電流分別乘以系數(shù)15，即為非陰雨季節(jié)和陰雨季節(jié)保護器的實際動作值，這樣整定的數(shù)值

18、，觸電危害后果會輕一些。為了避免總保護器發(fā)生頻繁的誤動作以及對網(wǎng)絡上的直接接觸電擊有較大的保護功能，其動作電流在躲開正常泄漏電流的情況下，應盡量選小。低壓電力網(wǎng)絡的允許最大泄漏電流應從我國低壓網(wǎng)絡的實情考慮，又要兼顧人身和設備安全。在有關(guān)規(guī)程中明確規(guī)定：凡安裝剩余電流動作總保護的低壓電力網(wǎng)，其泄漏電流不應大于保護器的額定剩余電流動作電流的50。4 誤動作和拒動作原因分析  誤動作是指線路或設備未發(fā)生預期的觸電或漏電時漏電保護裝置的動作；拒動作是指線路或設備已發(fā)生預期的觸電或漏電時漏電保護裝置拒動作。誤動作和拒動作是影響漏電保護裝置正常運行及充分發(fā)揮作用的主要問題。41 誤動作誤動作的

19、原因是多方面的，有來自線路方面的原因，也有來自保護器本身的原因。誤動作的主要原因及分析如下：(1)接線錯誤。例如，在TN系統(tǒng)中，如N線未與相線一起穿過保護器，一旦三相不平衡，保護器即發(fā)生誤動作；保護器后方的零線與其他零線連接或接地，或保護器后方的相線與其他支路的同相相線連接，或負荷跨接在保護器電源側(cè)和負載側(cè)，接通負載時，也都可能造成保護器誤動作。三極漏電保護器用于三相四線電路中，由于中性線中的正常工作電流不經(jīng)過零序電流互感器，因此，只要啟動單相負載，保護器就會動作。此外，漏電保護器負載側(cè)的中性線重復接地也會使正常的工作電流經(jīng)接地點分流人地，造成保護器誤動作。避免上述誤動作的辦法是：三相四線電路

20、要使用四極保護器或使用三相動力線路和單相分開，單獨使用三極和兩極的保護器；增強中性線與地的絕緣；排除零序電流互感器下口中性線重復接地點。(2)絕緣惡化。保護器后方一相或兩相對地絕緣破壞，或?qū)Φ亟^緣不對稱降低，都將產(chǎn)生不平衡的泄漏電流，導致保護器誤動作；(3)沖擊過電壓。迅速分斷低壓感性負載時，可能產(chǎn)生20倍額定電壓的沖擊過電壓，沖擊過電壓將產(chǎn)生較大的不平衡沖擊泄漏電流，導致快速型漏電保護裝置誤動作。解決辦法如下：選用沖擊電壓不動作型保護器；用正反向阻斷電壓較高的(正反向阻斷電壓均大于1000V以上)可控硅取代較低的可控硅。選用延時型保護器。(4)大型設備起動。大型設備的堵轉(zhuǎn)電流很大，如保護器內(nèi)

21、零序電流互感器的平衡特性不好，則啟動時互感器一次性的漏磁可能造成誤動作；(5)偏離使用條件。環(huán)境溫度、相對濕度、機械振動等超過保護器設計條件時均可能造成其誤動作；(6)保護器質(zhì)量低劣。由于零件質(zhì)量或裝配質(zhì)量不高、降低了保護器的可靠性和穩(wěn)定性，并導致誤動作；(7)附加磁場。如果保護屏蔽不好，附近裝有流經(jīng)大電流的導體，裝有磁性元件或較大的導磁體，均可能在互感器鐵芯中產(chǎn)生附加磁通量導致誤動作；(8)剩余電流和電容電流引起的誤動作。在一般情況下，三相對地電容差別不大，因此可以認為：三相對地形成的電流矢量和為零，保護器不會動作。如果開關(guān)電器各相合閘不同步，或因跳動等原因使各相對地電容不同等充電，就會導致

22、保護器誤動作。解決的辦法是：盡可能減小導線的對地電容，如將導線布置遠離地面；適當調(diào)大保護器的動作電流值；保護器盡可能靠近負載安裝；在無法避免電容電流的地方，應使用合閘同步性能良好的開關(guān)電器。(9)高次諧波引起的誤動作。高次諧波中的3次、9次諧波屬于零序?qū)ΨQ制，在這種情況下，電流通過對地泄漏電阻和對地電容就容易使保護器誤動作。解決的辦法是：盡量減少電源和負載可能帶來的高次諧波；盡量減少電路的對地泄漏和對地電容；保護器盡可能靠近負載安裝。(10)負載側(cè)有變頻器引起的誤動作。有些用戶的電氣設備上有變頻器(例如彩色膠印機等)，受其影響保護器極易發(fā)生誤動作。解決方法是：從制造廠家來講，主要是設法提高保護

23、器的抗于擾能力，通常可采用雙可控硅電路或以分立元件線路板取代集成電路板；從用戶角度出發(fā)，應選用抗電磁干擾性能好的產(chǎn)品。(11)變壓器并聯(lián)運行引起的誤動作。電源變壓器并聯(lián)運行時，由于各電源變壓器PE線阻抗大小不一致，因而供給負載的電流并不相等，其差值電流將經(jīng)電源變壓器工作接地線構(gòu)成回路，并被零序電流互感器所檢測，造成零序電流互感器誤動作。解決辦法是：將并聯(lián)的兩臺電源變壓器的中性點先連起來后再接地。42 拒動作拒動作比誤動作少見，但拒動作造成的危險性比誤動作大，拒動作的主要原因及分析如下：(1)接線錯誤。用電設備外殼上的保護線(PE線)接入保護器將導致設備漏電時拒動作，安裝接線錯誤多半發(fā)生在用戶自

24、行安裝的分裝式漏電保護器上，最常見的有：用戶把三極漏電保護裝置用于單相電路；把四極漏電保護裝置用于三相電路中時，將設備的接地保護線(PE線)也作為一相接入漏電保護裝置中；變壓器中性點接地不實或斷線。(2)動作電流選擇不當。保護器動作電流選擇過大或整定過大將造成保護器的拒動作；(3)自身的質(zhì)量問題。產(chǎn)品質(zhì)量低劣，互感器二次回路斷路、脫扣元件沾粘等質(zhì)量缺陷可造成保護器拒動作。若保護器投入使用不久或運行一段時間后發(fā)生拒動作，其原因大概有：電子線路板某點虛焊；零序電流互感器副邊線圈斷線；線路板上某個電子元件損壞；脫扣線圈燒毀或斷線；脫扣機構(gòu)卡死。(4)線路絕緣阻抗降低或線路太長。由于部分電擊電流不沿配

25、電網(wǎng)工作接地或保護器前方的絕緣阻抗而沿保護器后方的絕緣阻抗流經(jīng)保護器返回電源，將導致保護器拒動作。5 使用和維護目前，配電網(wǎng)系統(tǒng)設三級漏電保護裝置，一級是總保護器；二級是分路保護器；三級是進戶保護器。三級保護的可靠運行，使配電網(wǎng)系統(tǒng)得到安全保證，使設備免受損壞，避免人身傷亡事故發(fā)生。但有些供用電單位存在著對保護器運行管理不規(guī)范，使漏電保護器拒動、誤動越級跳閘等嚴重現(xiàn)象，有些甚至保護器已退出運行。根據(jù)運行經(jīng)驗及剩余電流保護器的運行規(guī)程，漏電保護裝置在運行管理上應遵循以下原則：(1)加強技術(shù)培訓，不定期地對配電室、分線箱及進戶的保護器進行測試，嚴格按照剩余電流動作保護器運行的要求，對保護器進行規(guī)范

26、管理，發(fā)現(xiàn)問題及時解決；(2)對運行中的保護器必須定期試驗，雷雨季節(jié)更應增加試驗次數(shù)，并把測試結(jié)果記錄在檔案；(3)雷擊或其他不明原因使保護器在運行中動作后，應作詳細的檢查；(4)對新安裝的保護器，投入運行前應先檢查接線是否正確，并按照GB13955-92漏電保護器安裝和運行規(guī)程要求檢查；(5)運行中的漏電保護裝置外殼各部及其上部件、連接端子應保持清潔，完好無損。連接應牢固，端子不應變色。漏電保護開關(guān)操作手柄靈活、可靠；(6)運行中漏電保護裝置外殼膠木件最高溫度不得超過65，外殼金屬件最高溫度不得超過55。保護裝置一次電路各部絕緣電阻不得低于15M；(7)總保護器每年至少測試一次，每季度至少檢

27、查試跳一次，低壓網(wǎng)絡的不平衡泄漏電流每年應測試一次，與安裝時測試的數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)比原始數(shù)據(jù)增大，應分析原因，進行妥善處理，確保總保護的安全、正常運行。漏電保護裝置的選用選用漏電保護裝置應當考慮多方面的因素。其中，首先是正確選擇漏電保護裝置的漏電動作電流。在浴室、游泳池、隧道等觸電危險性很大的場所，應選用高靈敏度、快速型漏電保護裝置（動作電流不宜超過 10mA ）。如果安裝場所發(fā)生人觸電事故時，能得到其他人的幫助及時脫離電源，則漏電保護裝置的動作電流可以大于擺脫電流；如系快速型保護裝置，動作電流可按心室顫動電流選取。如果是前級保護，即分保護前面的總保護，動作電流可超過心室顫動電流。如果作業(yè)場所得不到其他人的幫助及時脫離電源，則漏電保護裝置動作電流不應超過擺脫電流。在觸電后可能導至嚴重二次事故的場合，應選用動作電流 6mA 的快速型漏電保護裝置。為了保護兒童或病人，也應采用動作電流 10mA 以下的快速型漏電保護裝置。對于類手持電動工具，應視其工作場所危險性的大小，安裝動作電流 10 30mA 的快速型漏電保護裝置。選擇動作電流還應考慮誤動作的可能性。保護器應能避開線路不平衡的泄漏電流而不動作；還應能在安裝位置可能出現(xiàn)的電磁干擾下不誤動作。選擇動作電流還應考慮保護器制造的實際條件。例如，由于純電磁式