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漏电保护器在中小型民用建筑物电气设计中的应用

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/30 17:33:22   

 关键词:  保护 电气

摘要:以国家现行规范为基础,对中小型民用建筑物电气设计中漏电保护器应用的必要性进行了分析,对漏电保护器在实际工程应用中设计配置方法进行了论述。另外提出了使用电子式漏电保护器应注意的事项。

主题词:民用建筑物漏电保护配电装置电气设计

漏电保护器(RCD)在我国应用已多年,积累了不少经验。但是在中小型民用建筑物,特别是住宅的电气设计中,应用尚不够重视。由于强制性国家标准《住宅设计规范》(GB50096-1999)自1999年6月1日起实施,进一步强调了居民用电的安全性和可靠性。因此,我们应重视中小型民用建筑物供配电线路设计中对漏电的保护。

一、安装漏电保护器的必要性
接地故障(接地短路)有金属性和电弧性两种形式。故障点熔焊,故障点阻抗可忽略不计的接地故障为金属性接地故障,如图1所示。这时设备外壳对地故障电压Uf为PEN线和PE线上电压降之和△U
Uf=△U=Id(ZPEN ZPE)
=(ZPEN ZPE)U0/Zs
=[U0(ZPEN ZPE)]/[ZL ZPEN ZPE]
式中Id——接地故障电流(A);
U0——相电压(220V);
ZL、ZPEN、ZPE——各为相线、PEN线、PE线阻抗(Ω)
ZS——接地故障回路总阻抗(Ω)
计算中忽略了变压器阻抗。如果相线和PEN线截面相同,则ZPEN ZPE=ZL
Uf=0.5U0=110V
考虑建筑物内等电位联结减少触电压的作用,按IEC61200-413间接接触防护-自动切断电源)标准,一般情况下,可减少约20的接触电压,则接触电压UC为:
UC=0.8Uf=0.8*110=88V>50V;此UC足以引起人身电击事故。因此,金属性接地故障能使设备外壳带危险接触电压,其主要后果是人身电击。

当故障电流Id足够大时,回路首端的过流保护器(断路器、熔断器)也能瞬间动作,避免事故的发生。但Id值不仅与线路截面、长度有关,也与线路连接质量、布线方式以及维护管理水平等难以估量的因素有关,所以靠过流保护电源并不可靠。这就是不论TT系统还是TN系统,要求在手握式、移动式设备供电的插座回路上必须安装额定动作电流I△n大于30mA的瞬动漏电保护器的原因所在。
发生接地故障时,故障点不熔焊而是产生电弧、电火花(密集的电火花即是电弧)的接地故障为电弧性接地故障,如图2所示。电弧、电火花具有很大的阻抗,它限制了接地故障电流Id,使过流保护电器不能动作或延缓许久才能动作,但故障点或连接不良的PE线接头上通过Id时迸发的电弧、电火花的局部高温可高达2000-3000℃,很容易引燃近旁可燃物质,引起电气火灾。
由于故障电弧的阻抗大,220V相电压大部分降落在电弧上,分配在线路上的电压降大大减少,其结果是UC和Uf大大小于50V,因此电弧性接地故障只能引起电气火灾而不会招致人身电击事故。


二、安装两级漏电保护器
只在插座回路上安装漏电保护器的做法不能防范插座回路以外电气线路和设备电弧性接地故障引起的电气火灾,为此应按IEC60364-4-482(火灾防护)和我国《低压配电设计规范》(GB50054-95)要求,在电源进线上再安装一级漏电保护器,其额定动作电流一般为300mA,并带有约0.15s的延时,以与插座回路上的漏电保护器有选择性配合。增加这一级漏电保护器对电气投资虽略有增加,但对防范常见多发的危险接地电弧火灾却是至关重要的。另外不可实现地建筑物配电线路电弧性和金属性的接地故障进行保护。

三、四极和二极漏电保护器的应用
电气安全的一个基本要求是尽量减少开关电器的级数和触头数以及线路的连接点。开关触头之类的活动连接和线路的固定连接由于种种原因都可能因导电不良而成为事故起因,而三相回路中的中性线导电不良危险尤甚,这是因为中性线导电不良时设备依然运转,隐患不易被发现,当三相负荷严重不平衡时将导致三相电压也严重不平衡而烧坏单相设备。所以,应尽可能限制在中性线增加触头。
目前存在一种误解,即认为由于三相负荷不平衡,而中性线截面又小于相线截面,为防中性线过截而装四极开关。但IEC364-4-473(过电流防护措施)标准和我国低压配电设计规范都规定不必为此断开中性线,只需在中性线上装设过流检测元件来断来三根相线,使中性线不再有电流,过载问题自然迎刃而解了。另一种误解,即认为带有单相负荷的三相漏电保护器应采用四极的。其实漏电保护器的标准名称是“剩余电流动作保护器”,它只能在回路中出现剩余电流(如绝缘损坏引起的对地泄漏电流)时动作,而与回路不平衡电流毫不相干。因此,这些误解造成了现时一些四级漏电保护器的应用过滥。
四极(单相为二极)漏电保护器主要用于TT系统,这可用图3来说明。图中TT系统回路有一相发生接地故障,故障电流Id在电源接地电阻Rb上产生电压降,使中性线带故障电压Uf=Id*Rb,因中性线是绝缘的,此Uf一时并不引起事故,但此时若电气设备又发生碰外壳接地故障,漏电保护器跳闸,Uf将沿着图中虚线所示路径传导至设备外壳。因中性线未被切断,如果Uf大于50V,则漏电保护器跳闸后仍难免发生电击事故。如果TT系统采用的是四极或二极漏电保护器,则在断开线的同时中性线也被断开,从而切断Uf的传导路径,事故就不致发生。TN-C系统因不允许PEN线通过漏电保护器而无法装设漏电保护器。TN-S和TN-C-S系统内设备外壳与N线相连通,不存在上述漏电保护器动作后外壳反而出现故障电压的问题。由此可知,四极或二极漏电保护器的应用与被保护回路三相负荷是否平衡无关,而与回路接地系统类型有关。


四、采用电子式漏电保护器应注意的事项
电子式漏电保护器制作简单,价格低廉,是我国广泛采用的漏电保护器类型。但它不同于电磁式漏电保护器类型。电磁式漏电保护器用故障电流的能量来脱扣,而电子式漏电保护器是用故障回路的残压来脱扣(发生接地故障时,回路电压下降,此残压指故障时漏电保护器接线端子上的电压,不是指公用电网的电压负偏差)。当接地故障点靠近漏电保护器时,其值过低,不能使漏电保护器动作来避免事故的发生。因此,当采用电子式漏电保护器时,应注意漏电保护器的安装位置不能离插座太近,以保证漏电保护器处有足够的故障残压。另外,当回路的中性线断线时,回路上的电子式漏电保护器也将因失压而不能动作,这时如手持绝缘损坏的手握式和移动式设备将是十分危险的。因此,在使用电子式漏电保护器时,要考虑上述因素。


来源:中国电力技术资讯
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