剩余电流动作保护装置详解.

单元三课题五剩余电流动作保护装置防止间接触电常用的技术措施装设自动切断电源装置(采用过流保护)、采用接地保护、电气设备采用双重绝缘或加强绝缘、（将有触电危险的场所绝缘）构成不导电环境、采用等电位连接保护或采取等电位均压措施、采用特低电压、采用剩余电流动作保护、实行电气隔离等。一、概述1．剩余电流保护低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零而产生的电流称为剩余电流。通常所说的接地故障电流即漏电电流就是一种常见的剩余电流。剩余电流保护是利用剩余电流动作保护装置来防止电气事故的一种安全技术措施。2、作用：（1）用于防止由剩余电流引起的单相电击事故；（2）用于防止由剩余电流引起的火灾和设备烧毁事故；（3）用于检测和切断各种一相接地故障；（4）有的剩余电流保护装置还可用于过载、过压、欠压和缺相保护。二、结构与工作原理（一）结构剩余电流动作保护装置的结构主要由三个基本部分构成，即检测元件、中间环节(包括放大元件和比较元件)和执行机构。1．检测元件（剩余电流互感器）如图4-21所示，剩余电流保护装置的电流互感器一般采用空心式的环形互感器。它的主要功能是把一次回路检测到的剩余电流I1变换成二次回路的输出电压E2、E2施加到剩余电流脱扣器的脱扣线圈上，推动脱扣器动作，或通过信号放大装置，将信号放大以后施加到脱扣线圈上，使脱扣器动作。2．信号放大装置（放大元件）剩余电流互感器二次回路的输出功率很小，一般仅达到mVA的等级。在剩余电流互感器和脱扣器之间增加一个信号放大装置，不仅可以降低对脱扣器的灵敏度要求，而且可以减少对剩余电流互感器输出信号要求，减轻互感器的负担，从而可以大大地缩小互感器的重量和体积，使剩余电流保护装置的成本大大降低。信号放大装置一般采用电子式放大器。3．脱扣器（比较元件）剩余电流保护装置的脱扣器是一个比较元件，用它来判别剩余电流是否达到预定值，从而确定剩余电流保护装置是否应该动作。4．执行元件根据剩余电流保护装置的功能不同，执行元件也不同。对剩余电流断路器，其执行元件是一个可开断主电路的机械开关电器。对剩余电流继电器，其执行元件一般是一对或几对控制触头，输出机械开闭信号。（二）工作原理1．电子式剩余电流动作保护装置的工作原理4-22所示，为电子式剩余电流动作保护装置原理图。在零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路E。在正常情况下，电路中没有发生人身电击、设备漏电或接地故障时，剩余电流保护装置通过电流互感器一次侧电路的电流矢量和等于零，即IL1+IL2+IL3+IN=0。此时，电流IL1、IL2、IL3和IN在电流互感器中产生磁通的矢量和等于零，即ΦL1+ΦL2+ΦL3+ΦN=0。这样在电流互感器的二次线圈中没有感应电压输出，因此剩余电流保护装置保持正常供电。当电路中发生人身电击、设备漏电、故障接地时，通过设备接地电阻RA有一个接地电流IN流过，则通过互感器电流的矢量和不等于零，为IL1+IL2+IL3+IN≠0，剩余电流互感器中产生磁通矢量和也不等于零，即ΦL1+ΦL2+ΦL3+ΦN≠0。此时，互感器二次回路中有一个感应电压输出，此电压直接或通过电子信号放大器施加在脱扣线圈上，产生一个工作电流。二次回路的感应电压输出随着故障电流的增大而增大，当接地故障电流达到额定值时，脱扣线圈中的电流足以推动脱扣机构动作，使主开关断开电路，或使报警装置发出报警信号。2、电磁式剩余电流动作保护装置的工作原理如图所示，电磁式剩余电流动作保护装置的检测元件是零序电流互感器，中间环节是由电磁铁（放大器）、衔铁、弹簧（比较器）、脱扣机构组成；执行机构是断路器，SB是试验按钮。（1）正常工作时：各相电流的相量和等于零，零序电流互感器的环形铁芯所感应磁通的相量和也为零，零序电流互感器的二次绕组中没有感应电压输出，极化电磁铁T线圈没有电流流过，T的吸力克服弹簧反作用力，使衔铁X保持在闭合位置，脱扣机构TK不动作，漏电保护断路器QF不动作，保持电路正常供电。（2）保护动作时：当因某种原因产生剩余电流时，通过零序电流互感器一次侧各导线电流的相量和不再为零（此时产生的电流被称作“剩余”电流）。这时环形铁芯将有交变磁通产生，在互感器二次绕组中有感应电压输出，电磁铁T线圈中将有交流电流通过，并产生交变磁通与永久磁铁的磁通叠加使电磁铁去磁，从而使其对衔铁X的吸力减小，于是衔铁被弹簧的反作用力拉开，脱扣机构TK动作，断路器QF断开电源。（3）试验时：按下试验按钮SB，相间出现电流，模拟剩余电流，同样使通过零序电流互感器一次侧各导线电流的相量和不再为零，而使装置动作。三、技术参数1、关于漏电动作性能的技术参数（1）额定剩余动作电流（I△n）:是指在规定的条件下，剩余动作保护装置必须动作的漏电动作电流值。它反映了剩余动作保护装置的灵敏度。（2）额定剩余不动作电流(I△n0)：是指在规定的条件下，剩余动作保护装置必须不动作的剩余电流值。（3）分断时间。指剩余电流动作保护装置从突然加上动作电流时起，至被保护电路切断为止的全部时间。2、其他技术参数①额定频率：50Hz;②额定电压：220V或380V;③额定电流(I△n)：6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、(60A)、63A、(80A)、100A(125A)、160A、200A、250A(带括号值不推荐优先采用)。四、剩余电流动作保护装置分类1．按照检测信号和工作原理分类可分为电流动作型、交流脉冲型、电压动作型。目前广泛使用的是反映零序电流的电流型剩余电流动作保护装置。2．按照中间环节所采用的元件分类可分为电磁式、电子式两种，区别见图4-28所示。我国生产的剩余电流动作保护装置绝大部分为电子式的，约占90％左右。电磁式剩余电流动作保护装置因制造成本高、价格贵，使用量较少。（1）电磁式剩余电流动作保护装置的工作特点：零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，其动作功能与线路电压无关，因此不会因线路电压降低而影响动作可靠性。（2）电子式剩余电流动作保护装置的工作特点：零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，其动作功能与线路电压有关。3．按照功能分类（1）剩余电流开关(剩余电流动作断路器，用于接通、承载和分断正常工作条件下电流，以及在规定条件下当剩余电流达到一个规定值时，使触头断开的机械开关电器)；（2）剩余电流继电器(组合式剩余电流动作保护装置，在规定的条件下，当剩余电流达到一个规定值时，发出动作指令的电器)；（3）剩余电流保护插座（插头）等。①剩余电流开关(剩余电流断路器)是指不仅它与其它断路器一样可将主电路接通或断开，而且具有对剩余电流流检测和判断的功能，当主回路中发生剩余电流或绝缘破坏时，剩余电流保护开关可根据判断结果将主电路接通或断开的开关元件。它与熔断器、热继电器配合可构成功能完善的低压开关元件。目前这种形式的剩余电流保护装置应用最为广泛，就是常说的剩余电流保护器。剩余电流开关一般每月要做一次功能试验剩余电流开关结构特点是检测装置、脱口装置、跳闸机构都装配在一个绝缘外壳内。②剩余电流继电器（组合式剩余电流保护装置）剩余电流继电器是指具有对漏电流检测和判断的功能，而不具有直接切断和接通主回路功能的漏电保护装置。它可与大电流的自动开关配合，作为低压电网的总保护或主干路的剩余电流、接地或绝缘监视保护。组成开关继电器剩余电流保护继电器由零序互感器、脱扣器和输出信号的辅助接点组成。零序互感器脱扣器辅助接点组成与工作原理零序互感器开关电流互感器继电器③剩余电流保护插座（插头）是指具有对剩余电流检测和判断并能切断回路的电源插座。其额定电流一般为20A以下，剩余动作电流6～30mA，灵敏度较高，常用于手持式电动工具和移动式电气设备的保护及家庭、学校等民用场所。电热水器漏电保护插头4、按照剩余动作电流分类：我国标准规定的额定剩余动作电流值为：6mA、10mA、（15mA）、30mA、（50mA）、（75mA）、100mA、200mA、300mA、500mA、1000mA、3000mA、5000mA、10000mA、20000mA共15个等级（带括号的值不推荐优先采用）。①高灵敏度型：额定剩余动作电流为30mA及以下者属于高灵敏度（6mA、10mA、（15mA）、30mA），主要用于防止各种人身触电事故。②中灵敏度型：30mA以上至1000mA（（50mA）、（75mA）、100mA、200mA、300mA、500mA、1000mA）者属中灵敏度，用于防止触电事故和漏电火灾。③低灵敏度型：1000mA以上（3000mA、5000mA、10000mA、20000mA）者属低灵敏度，用于防止剩余电流火灾和监视一相接地事故。5、按其动作时间分类：快速(瞬时)型：快速型剩余电流保护装置没有人为的延时，适用于单级保护或分级保护的末级保护。用于直接接触保护时其剩余动作电流小于30mA，选用快速型剩余电流保护器,其动作时间与动作电流的乘积不应超过30mA﹒s.。延时型：延时剩余电流保护装置加有人为的延时部件，适用于分级保护的首级保护，因此它只适用于间接接触保护，其剩余动作电流大于30mA。延时时间的优选值为：0.2s、0.4s、0.8s、1s、1.5s、2s。反时限型：反时限型剩余电流保护装置是为了更好地配合电流-时间曲线而设计的产品，其特点是剩余电流越大，分断时间越短；剩余电流越小，分断时间越长。其适用于直接接触保护。但目前我国没有进行推广。“30mA·s”的安全性是什么？通过大量的动物试验和研究表明，引起心室颤动不仅与通过人体的电流（I）有关，而且与电流在人体中持续的时间（t）有关，即由通过人体的安全电量Q=I×t来确定，一般为50mA·s。就是说当电流不大于50mA，电流持续时间在ls以内时，一般不会发生心室颤动。但是，如果按照50mA·s控制，当通电时间很短而通人电流较大时（例如500mA×0.1s），仍然会有引发心室颤动的危险。虽然低于50mA·s不会发生触电致死的后果，但也会导致触电者失去知觉或发生二次伤害事故。实践证明，用30mA·s作为电击保护装置的动作特性，无论从使用的安全性还是制造方面来说都比较合适，与50mA·s相比较有1.67倍的安全率（K=50/30=1.67）。从“30mA·s”这个安全限值可以看出，即使电流达到100mA，只要剩余电流动作保护装置在0.3s之内动作并切断电源，人体尚不会引起致命的危险。故30mA·s这个限值也成为剩余电流保护器产品的选用依据。五、剩余电流动作保护装置分级保护1、什么是分级保护根据线路和负载的情况，按照不同的保护要求，在低压干线、分支线路和线路末端，分别安装具有不同剩余电流动作特性的保护装置，形成分级剩余电流保护网。2、目的低压供用电系统中剩余电流动作保护装置采用分级保护的目的就是在保证安全的同时，缩小发生人身电击事故和接地故障切断电源时引起的停电范围。3、为什么要分级保护？低压供配电一般都采用分级配电。如果只在线路末端（开关箱内）安装剩余电流动作保护装置，虽然发生剩余电流时，能断开故障线路，但保护范围小；同样，若只在分支干线（分配箱内）或干线（总配电箱内）安装剩余电流保护器，虽然保护范围大，如果某一用电设备因剩余电流跳闸时，将造成整个系统全部停电，既影响无故障设备的正常运行，又不便查找事故，显然这些保护方式都有不足之处。4．分级保护的形式与作用分级保护方式的选择：应根据用电负荷和线路具体情况的需要，一般可分为两级或三级保护。在总电源端、分支线首端和线路末端都安装剩余电流动作保护装置就是三级保护，如图4-41所示。（1）第一级保护（总保护）安装在变压器低压侧的第一级保护（总保护）仅对网络中出现的间接接触触电进行保护，不具备防止人身直接接触触电的功能。其主要作用是在达到动作整