对漏电保护的分析

1低压配电漏电保护不容忽视人触电时，人受伤害的程度与通过人身的工频电流的大小、时间、频率有关。试验证明：人触电时，引起心室颤动不仅与通过人体的电流(I)有关，还与电流的持续时间(s)有关（见表1）。当电击能量为50mA•s时，一般不会引起心室颤动，但人体通过短时间大电流时(如500mA×0.1s)，仍有引起心室颤动的危险，虽不会致死，也可能使触电者失去知觉，发生二次伤害事故。若电击能量超过50mA•s，人就有生命危险。柯宾提出了安全电量Q=30mA•s的定则：即“通过人体的电流(时间30mA•s，人就不会受到伤害”（见图1）。人体对于频率50/60Hz的电流最敏感，对于更低频率或更高频率的电流，危害程度相对较低（见表2）。干燥环境中，人体电阻较大，潮湿环境人体电阻较小，皮肤浸入水中，人体电阻更小。同样接触电压下，潮湿环境或水中触电，通过人体的电流更大，危险性也更大。高压触电时，人体电阻就不起什么作用了。电气计算时，通常人体电阻为1700Ω.一般断路器、熔断器等能够在线路或短路、过负荷、接地故障等时候时切断电源，保护电气设施不致损坏或发生火灾。当电气设施如金属灯柱等发生漏电故障时，尚达不到开关、断路器、熔断器等保护设施的动作电流数值，在人触摸到因漏电或接地造成的灯杆、灯具等带电物体时，仍足以对人体造成伤害。长时间漏电可能引起火灾。有关规范和规定：配电线路与用电设备均应设短路保护、过负荷保护和接地故障保护，用于切断供电电源或发出报警信号。在配电系统中，总、中、末级保护应根据规定和要求，酌情选用带有短路、过负荷的断路器，或选用带短路、过负荷、接地故障保护功能的漏电断路器。漏电保护器只作为直接接触防护中基本保护措施的附加保护。室外照明系统有必要设置漏电保护装置。安装漏电保护器后，仍应以预防为主，并应同时采取其它各项防止电击和电气设备损坏事故的技术措施。2低压配电线路泄露电流2.1规定装有漏电保护装置的电气线路和设备的泄漏电流必须控制在允许范围内。JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》规定，漏电保护装置动作电流值：“手握式用电设备为15mA.环境恶劣或潮湿场所的用电设备(如高空作业、水下作业等易造成二次伤害的场所)为6～10mA.医疗电气设备为6～10mA.建筑施工工地的用电设备为15～30mA.家用电器回路或插座专用回路为30mA.成套开关柜、分配电盘等为100mA以上。防止电气火灾为300～500mA。”国际上公认30mA为人体安全电流值。有专家认为：不同场合，漏电保护装置动作电流值≤30mA，动作时间小于0.1s，即可保证人身安全。电击能量(电流(时间)的安全界限为30mA.s.2.2要求①单相线路单相线路中，相线和中性线穿过RCD.单相配电系统中，单相漏电保护装置正常时，检测到的电流为线路相线、中线和设备的正常泄漏电流。发生单相非金属性接地短路时，检测到的电流为正常泄漏电流和接地短路电流的矢量和。②三相线路三相线路，3相线和中性线都穿过RCD.三相正常泄漏电流平衡时，三相漏电保护装置检测到的电流基本为零。三相正常泄漏电流不平衡时，三相漏电保护装置检测到的是三相不平衡的正常泄漏电流，其大小与不平衡程度有关。三相正常泄漏电流平衡时，检测到的是不平衡的正常泄漏电流及事故短路电流的矢量和，其电流大小应视不平衡的程度而定。在某种情况下，三相检测到的电流可能会比事故相的短路电流或最大相的不平衡电流还小，不能反映每相真实的漏电电流的情况。2.3整定为保证漏电保护开关动作灵敏可靠，其整定值必须大于线路泄漏电流，即不动作电流；漏电断路器的额定脱扣电流IΔn一般选为大于等于正常动作电流的1.3倍；额定漏电不动作电流的优选值为额定漏电动作电流的1/2；上下级漏电保护器额定漏电动作电流应有级差1.2～2.5倍；漏电电流保护装置的瞬时动作时间不大于0.1s；多级漏电保护的时间差：上级比下级延时0.2s.主干线或全网总保护的漏电保护器，其动作电流应比实测泄漏电流大2倍；分支支路的漏电保护器，其动作电流比该电路正常运行中实测泄漏电流大2.5倍；单机配电的漏电断路器，其动作电流比正常运行中实测泄漏电流大4倍；电气线路和设备泄漏电流值与分级安装的漏电保护特性的配合；线路泄漏电流(包括谐波电流)应小于RCD动作电流的40%，即要求I△/I△n≤40%，必要时对线路泄漏电流(包括谐波电流)加以限制。2.4其它漏电保护选宜用电流动作型漏电保护。它适用于电源变压器中性点接地的TT系统和TN系统，也适用于对地电容较大的某些中性点不接地的IT系统(对相-相触电不适用)。配电线路的漏电保护，为减少非故障导线被切断，宜分别设置单相漏电保护。含有电动机的线路应采用三相四线或三相三线漏电保护装置，一相漏电，必须切断三相电源线路。照明线路宜采用单相二线漏电保护装置。无电气人员管理的场所宜采用电磁式RCD.建议移动设备电机，宜安装RCD进行漏电保护，增加安全性；固定设备电机，可不安装RCD，避免误跳。3漏电保护器的接触电击防护3.1直接接触电击防护直接接触电击防护除了加强绝缘、遮栏屏护、安全距离(2.5m)等措施外，漏电保护能起到很好的效果，漏电保护装置只作为直接接触防护中基本保护措施的后备保护。但应注意，不能因为采用了漏电保护器，而忽视了其它防直接接触电击的防护措施（见表3）。手持式电动工具、移动电器、家用电器、插座回路和临时线路等，操场作者经常与其发生接触，容易发生带电导体与人体直接接触电事故。为了尽量缩短人体的触电时间，应优先选用高灵敏度、快速动作型漏电保护器，漏电电流动作值IΔn≤30mA，动作时间≤0.1s.漏电保护器作为直接接触电击防护的补充保护，一般安装在线路末端，被保护设备前面。3.2间接接触电击防护间接接触电击防护，主要是采用自动切断电源的保护方式，应正确地与电网的系统接地型式相配合,以防止发生接地故障时电气设备的外露可导电部分持续带有危险电压而产生电击的危险。此外，降低接触电压限值(即使用安全电压)、PE线接地、等电位联接等都可以达到间接接触电击防护（见表4）。4TT系统漏电保护TT系统线路发生单相接地故障时，要求Id(RA≤50V；室外照明要求Id(RA≤25V（其安装见图2）。当短路电流Id≥150A时，断路器和熔断器最大的额定电流只有30A和15A及以下者甚少，RB和RA只有1.13Ω和0.333Ω，在工程中也较难以做到。若TT系统采用RCD保护单相接地故障，IΔn≤30mA，RA≤(25/0.03)=833.3Ω,在室外照明工程中非常容易实现。TT系统各设备外壳用自己的接地极，PE线不连通，杜绝了危险故障电压沿PE线窜入其它设备外壳的可能。漏电保护器应装在线路首端。漏电保护器后N线不能再做重复接地。宜采用四极(二极)开关，同时切断N线（见图3）。（1）TN-S系统漏电保护TN-S系统发生单相接地故障时，要求Id(RL+RN)≤220(V)。当RL=RN(RL表示相线电阻，RN表示PE线电阻)时，接地故障点就带有110V危险电压，必须进行接地故障保护，并及时切断故障线路。过电流保护装置一般可以切断接地故障电流，但是若线路过长，或芯线截面过小，会使Id过小，不足以使过电流保护装置动作，而漏电保护器的动作电流是mA级，可以更可靠地切断接地故障电流。TN-S系统N线不能重复接地，PE线可做重复接地（安装见图4，线路示意见图5）。（2）TN-C系统漏电保护（见图6）TN-C系统适用于三相负荷基本平衡场合。发生接地故障时，故障电流经PEN线回到中点，由于短路电流大，因此可采用过电流保护器切断故障电源。TN-C系统一般采用零序电流保护。如果三相负荷不平衡，则PEN线中有不平衡电流，或有谐波电流注入PEN，会中性线N带电高于50V，对人身造成不安全。因为PEN线不允许被漏电保护器切断，所以TN-C系统不宜安装漏电保护器作为保护电器。因安全性能较差，国际上基本不采用TN-C接地系统。（3）TN-C-S系统漏电保护（见图7）TN-C-S系统由两个接地系统组成：前面是TN-C系统，后面是TN-S系统，在N线与PE线连接点分界。PE线与N线分开后就不能再合并。电气设备单相接地，故障同TN-S系统。N线断开，故障情况与TN-S相同。PEN线严禁穿过RCD，也不得断开PEN线。N线应穿过RCD.TN-C-S系统的PEN应重复接地，但N线不宜重复接地。PE线连接的设备外壳在正常运行时始终不会带电，所以TN-C-S系统提高了操作人员及设备的安全性。（4）IT系统漏电保护（见图8）配电中性点与地绝缘(或经大阻抗接地)，用电设备经PE线接地。第一次接地故障时，忽略相线阻抗和故障接触阻抗，Id=U/(RA+RB+Z)，U=220V,Z=1000Ω(IEC推荐值)，故障电流不足0.218A(220V/1008Ω=0.218A)。故障接触电压0.782V(0.218A×4Ω=0.872V)，不会造成电击伤害，可由绝缘监视电器发出音响或灯光信号，其动作电流应符合安全要求：RA×Id≤50V.当设备外壳单独(或分组)接地：故障电流流经两个接地极电阻，故障回路的切断应符合TT系统接地故障保护的要求。当外露可导电部分为共同接地，则发生第二次异相接地故障时，故障回路的切断应符合TN系统接地故障保护的要求，应及时切断电源。采用熔断器或空气断路器作保护时，IT系统只能提供小容量负荷。如果采用RCD，则IT系统可以提供较大负荷量。IT系统由于安全可靠性高，可带故障运行，常被用于故障时不得间断供电的工业设备和要求使用安全的医疗设备。（5）低压配电系统漏电保护的建议TT系统：RCD适合进行漏电保护；TN-S、TN-C-S系统：RCD可进行漏电保护。断路器、熔断器有条件进行漏电保护；TN-C系统不宜采用RCD进行漏电保护。TN-C系统已不常采用；IT系统一般无需进行漏电保护；消防、医疗等配电系统不得安装RCD进行漏电保护；必要时，配电系统进行多级漏电保护。5漏电保护器极数和接线5.1极数单相220V电源供电的电气设备，应优先选用二极二线式漏电保护装置；三相三线式380V电源供电的电气设备，应选用三极三线式漏电保护装置；三相四线式380V电源供电的电气设备，三相设备与单相设备共用的电路应选用三极四线、四极四线式漏电保护装置。5.2接线PEN、PE线不得穿过RCD；电气装置内的N线不得接地，应保证绝缘良好；PE线和N线不得接反；不同回路不得共用N线。6配电线路多级漏电保护采用放射式供电时，宜采用多级漏电保护。以三级漏电保护为例（见表5）。7RCD位置（1）IT系统的接地故障保护在IT系统配电线路中，当发生第一次接地故障时，应由绝缘监视电器发出音响或灯光信号，其动作电流应符合下式要求：RB•Id≤50V（1）式（1）中，RB——外露导电体的接地电阻(Ω)；Id——相线和外露导电体之间第一次短路故障的故障电流(A)，它计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响。IT系统的外露可用共同的接地极接地，也可个别地或成组地用单独的接地极接地。当外露导电体为单独接地，发生第二次异相接地故障时故障回路的切断应符合TT系统接地故障保护的要求。IT系统的配电线路，当发生第二次异相接地故障时，应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路，并应符合下列要求。（1）当IT系统不引出中性线，线路标称电压为380/220V时，应符合下式要求：Z's•Iq≤1.5U0（2）式中：Z's──包括相线和PE线在内的故障回路阻抗(Ω)；Iq──保护电器切断故障回路的动作电流(A)。（2）IT系统不宜引出中性线。如果IT系统引出中性线，线路标称电压为380/220V时，保护电器应在0.8s内切断故障回路，并应符合下式要求：Z′s•Iq≤0.5U0（3）式中，Z′s表示包括相线、中性线和保护线在内的故障回路阻抗(Ω)。