淺談剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
李明君
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在不同的接地系統(tǒng)中有其適用性和嚴(yán)格的接線方式,錯(cuò)誤地選用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器或不規(guī)范地接線,會(huì)使剩余電流動(dòng)作保護(hù)器誤動(dòng)或拒動(dòng),甚至引起人身觸電和電氣火災(zāi)事故。從剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作原理出發(fā),著重于用電設(shè)備的電流矢量分析與計(jì)算,闡述剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在低壓配電接地系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定量地分析接地系統(tǒng)類型對(duì)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作的影響。電流矢量的分析方法為剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器;剩余電流互感器;電流矢量;接地系統(tǒng)
0引言
GB/T 6829—2017定義剩余電流為流過剩余電流保護(hù)電器主回路的電流瞬時(shí)值的矢量和(用有效值表示)[1]。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(residual currentoperated protective devices,RCD)在低壓供電系統(tǒng)中對(duì)人身觸電和漏電火災(zāi)等事故起到了有效的防護(hù)作用,在各類不同接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,各種電氣設(shè)備在生產(chǎn)和生活各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛,人們與電接觸的機(jī)會(huì)越來越多,觸電的可能性越來越大,用電設(shè)備導(dǎo)致人員觸電傷亡的事件時(shí)有發(fā)生。為了人身和設(shè)備安全,對(duì)RCD的使用要求越來越嚴(yán)格。GB/T 16895.1—2008規(guī)定了各類接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)[2],各類接地系統(tǒng)的特點(diǎn)和RCD的工作原理限制了RCD在一些接地系統(tǒng)中的應(yīng)用,且要求其接線方式有嚴(yán)格的規(guī)范性。
1 RCD的基本工作原理
RCD一般由剩余電流檢測(cè)模塊和斷路器組成,斷路器起接通、承載和分?jǐn)嚯娐返淖饔?,剩余電流檢測(cè)模塊一般由剩余電流互感器、信號(hào)放大器、信號(hào)判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負(fù)載線路接入RCD后即穿過了剩余電流互感器,形成一次繞組;剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時(shí),線路中剩余電流為零,即穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[3-7],有
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式中,Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和同樣為零,故不會(huì)在二次繞組中感應(yīng)出電流,信號(hào)判別元件判斷線路中沒有剩余電流,RCD不會(huì)動(dòng)作;當(dāng)發(fā)生故障使線路中產(chǎn)生正弦或脈動(dòng)直流剩余電流時(shí),即I_x0005_Δ≠0,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和不為零,此時(shí)會(huì)在二次繞組感應(yīng)出電流。當(dāng)剩余電流在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí),磁心工作在線性區(qū),二次側(cè)感應(yīng)電流與剩余電流大小成正比,該電流信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器后,在判別元件中與設(shè)定的剩余電流動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比,當(dāng)檢測(cè)到的剩余電流值超過設(shè)定值時(shí),判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號(hào),執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作,切斷電源,從而起到漏電保護(hù)的作用。
由此可見,剩余電流互感器是整個(gè)RCD的核心部件,RCD能否起到漏電保護(hù)作用,取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當(dāng)線路中電流為正弦型或脈動(dòng)直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線性區(qū)時(shí),RCD動(dòng)作與否取決于穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。
2用電負(fù)載的電流矢量分析與計(jì)算
在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下,RCD能否正常工作,取決于流經(jīng)其進(jìn)、出線端的電流矢量和,故用電負(fù)載的電流矢量分析對(duì)于RCD的應(yīng)用至關(guān)重要[10]。低壓供電網(wǎng)可提供單相和三相兩種供電方式,其中三相供電時(shí)根據(jù)負(fù)載的分布和接線方式可分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。
2.1單相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
圖1為單相供電負(fù)載接線示意圖,無論Z為純阻性負(fù)載還是復(fù)阻抗負(fù)載,流經(jīng)負(fù)載Z的電流矢量如圖1所示,根據(jù)KCL定律可得
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式中,Il、In分別為負(fù)載的相線與中性線電流矢量。式(2)表明,無論負(fù)載Z的大小如何,在無電流泄漏的情況下,流經(jīng)負(fù)載的電流矢量和始終為零。
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2.2三相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
1)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載星形聯(lián)結(jié)示意圖如圖2所示。負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí),如果三相負(fù)載對(duì)稱平衡,可不需要中性線,如圖2(a)所示。但是在圖2(a)的情形下,存在負(fù)載異常導(dǎo)致三相負(fù)載不平衡的情況,此時(shí)會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)漂移。圖2(a)中,設(shè)Z2 1=λZ,Z3 1=μZ,分別取a、b、c節(jié)點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得
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式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;λ為阻值Z2與Z1之比;μ為阻值Z3與Z1之比。解析式(3)得
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特別地,當(dāng)λ=μ=1時(shí),三相負(fù)載對(duì)稱平衡;當(dāng)λ≠μ時(shí),三相負(fù)載不平衡,中性點(diǎn)發(fā)生漂移。結(jié)合式(3)、式(4)可知,無論三相負(fù)載平衡與否,式(4)總是成立,表明三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)不帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相的線電流矢量和始終為零。
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2(b)中,中性點(diǎn)連接零線,構(gòu)成中性線,此時(shí)相電壓Up與線電壓Ul有固定的關(guān)系,即Ul=3Up。線電壓Ul取決于電源系統(tǒng),電源系統(tǒng)穩(wěn)定則線電壓不會(huì)改變,故Up不因各相負(fù)載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等,即Il p=I,若認(rèn)為三相負(fù)載電流由各相線流入,由中性線流出,取中性點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
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式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;In為中性線電流矢量。由式(5)可知,三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。
2)負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)示意圖如圖3所示。圖3中負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié),分別取三根相線與負(fù)載的連接點(diǎn)e、f、g作為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
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式中:
Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載的線電流矢量;Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。
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結(jié)合式(6)、式(7)可知,無論三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何,式(7)總是成立,表明負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相線電流矢量和始終為零,與各相負(fù)載的阻值大小無關(guān),也與三相負(fù)載是否平衡無關(guān)。
3 RCD在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
低壓配電網(wǎng)的接地系統(tǒng)分為TT、TN、IT三種,其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點(diǎn),因RCD的工作原理,其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類型和接線方式有關(guān),若應(yīng)用和接線方式有誤,RCD會(huì)拒動(dòng)或誤動(dòng),從而引發(fā)安全事故[11-12]。
3.1 RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖4所示。TT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地極接地。
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安裝RCD時(shí),相線與中性線全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極,如圖4(a)中A所示,結(jié)合式(5),此時(shí)有
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式中,I_x0005_Δ為穿過RCD的所有線路電流矢量和,也可稱作剩余電流。若相線或中性線與負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分因絕緣故障發(fā)生漏電,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分與大地之間就存在電壓,進(jìn)而負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地線PE或人體(當(dāng)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地不良而人體觸摸到時(shí))產(chǎn)生接地故障電流,也稱泄漏電流或剩余電流。結(jié)合式(5),此時(shí)該電流為
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剩余電流的大小視絕緣故障的程度而定,當(dāng)I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD會(huì)動(dòng)作切斷電源,保護(hù)設(shè)備和人身安全。還有一種情況如圖4(a)中B所示,負(fù)載中性線未接入RCD,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,此時(shí)有
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式(10)表明,僅當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱平衡時(shí),有IΔ_x0005_=-In=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;一旦負(fù)載不平衡,則有IΔ=-In≠0。若|IΔ|比較大,則RCD立即動(dòng)作?,F(xiàn)實(shí)中,當(dāng)采用三相四線制供電時(shí),眾多因素會(huì)導(dǎo)致負(fù)載無法*全對(duì)稱平衡,進(jìn)而無法保證不平衡電流的大小,RCD會(huì)經(jīng)常誤動(dòng)作而斷電,影響負(fù)載正常工作。4(b)中,負(fù)載無中性線,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;若接地線PE有電流通過或人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,則有
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|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。式(11)表明,TT接地系統(tǒng)中采用三相三線制供電時(shí)可選用不帶中性極的RCD。
3.2 RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用
TN接地系統(tǒng)有TN-C、TN-S、TN-C-S三種,這三種接地系統(tǒng)的本質(zhì)是一樣的,即供電側(cè)電源系統(tǒng)中性點(diǎn)接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接中性線,接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地系統(tǒng)中的應(yīng)用原理是一樣的,為減少篇幅,此處以TN-C接地系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說明。RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖5所示。
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圖5中負(fù)載帶中性線時(shí),相線與中性線要全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極。正常情況下,如圖5中C所示,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,穿過RCD的所有線路電流矢量和為零,參考式(5)、式(8),RCD正常工作;異常情況下,接地線PE有電流通過或負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過人體產(chǎn)生接地故障電流,參考式(9),|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。但是,若錯(cuò)誤地將接地線PE與負(fù)載中性線一起接入RCD,如圖5中D所示,則有
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式中,IPE為接地線PE中的電流矢量。由式(12)可知,當(dāng)接地線PE有電流通過時(shí),RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這將給用電負(fù)載造成極大的安全隱患。圖5中負(fù)載不帶中性線時(shí),正常情況下,如圖5中E所示,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;異常情況下,參考式(11),I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。TN接地系統(tǒng)中,用電負(fù)載不帶中性線時(shí)可選用不帶中性極的RCD。但是,如果選用了帶中性極的RCD,并且將接地線PE接入了RCD的中性極,如圖5中F所示,則有
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式(13)表明,無論接地線PE中有無電流通過,始終有I_x0005_Δ=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這種情況也會(huì)對(duì)用電負(fù)載造成極大的安全隱患。
3.3 RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖6所示。
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IT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過高阻抗接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地。IT接地系統(tǒng)是三相三線制供電,假如選用不帶中性極的RCD,結(jié)合式(4)、式(7),此時(shí)有
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因供電側(cè)電源系統(tǒng)與大地隔離,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分對(duì)地電壓很低,接地線PE對(duì)大地、負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)人體對(duì)大地很難有電流產(chǎn)生,由式(14)可知,流過RCD的電流矢量和恒為零,RCD不會(huì)動(dòng)作,不能起到漏電保護(hù)的作用,故RCD在IT接地系統(tǒng)中不適用。
4安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹
安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護(hù)裝置,主要適用于交流50Hz,額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路,用來對(duì)電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù),防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故,也可用來對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀
4.1功能介紹
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能:A型或者AC型剩余電流測(cè)量,剩余電流越限報(bào)警指示,額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定,極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定,兩組繼電器輸出,具有就地,遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能;
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能:16路剩余電流監(jiān)測(cè),1路預(yù)警繼電器輸出,16路報(bào)警繼電器輸出,2路DI輸入,自動(dòng)重合閘功能,遠(yuǎn)程通訊功能,遠(yuǎn)程分合閘功能。
4.2技術(shù)指標(biāo)
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
AC型
A型
輔助電源
電壓
AC110/220V(±10%)
AC/DC85~270V
功耗
<5W
<5W
輸入
額定剩余動(dòng)作
電流I△n
0.03、0.1、0.3、0.5(A)
0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A)
極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間△t
0.1、0.5(s)
0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s)
額定剩余不動(dòng)作
電流I△no
50%I△n
50%I△n
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流
AC正弦交流電流、
脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
50Hz±5Hz
動(dòng)作誤差
-20% ~ -10%I△n
-20% ~ -10%I△n
輸出
輸出方式
一組常開、一組轉(zhuǎn)換
一組常閉或常開、一組轉(zhuǎn)換
觸點(diǎn)容量
5A 250VAC
5A 30VDC
AL1:8A 250VAC; 5A 30VDC
AL2:6A 250VAC; 5A 30VDC
復(fù)位方式
就地、遠(yuǎn)程
就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng)
環(huán)境
工作溫度
運(yùn)行溫度:-20℃ ~ +55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃ ~ +70℃
工作濕度
≤95%RH,不結(jié)露,無腐蝕性氣體場(chǎng)所
海拔高度
≤2000m
污染等級(jí)
3級(jí)
安裝類別
Ⅲ類
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
電源
電壓范圍
AC/DC85V~265V
*大功耗
≤10VA
輸入
*大測(cè)量支路數(shù)
16路
剩余電流測(cè)量范圍
1mA~30A
額定剩余動(dòng)作電流I△n
1 mA ~30A連續(xù)可調(diào)
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流及脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
動(dòng)作延時(shí)
0~10s可設(shè)
開關(guān)量
2路無源干接點(diǎn)輸入
輸出
輸出方式
1路水浸報(bào)警繼電器(常開)
16路剩余電流報(bào)警繼電器(常開)
觸點(diǎn)容量
AC 250V/3A DC 30V/3A
重合閘
次數(shù)
0~99連續(xù)可設(shè)
間隔時(shí)間
0~999秒連續(xù)可設(shè)
通訊
方式1
RS485通訊,Modbus-RTU協(xié)議
方式2(可選)
4G無線通訊
環(huán)境要求
溫度
工作溫度:-10℃~55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃~70℃
濕度
≤95%,不結(jié)露
海拔
≤2500m
平均*故障工作時(shí)間
≥50000小時(shí)
4.3選用說明
剩余電流動(dòng)作繼電器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意低壓系統(tǒng)的接線型式。
系統(tǒng)形式
系統(tǒng)接線
說明
TT系統(tǒng)
采用ASJ。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流很小,且較難估計(jì),達(dá)不到開關(guān)的動(dòng)作電流,外殼上將出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓。
TN-S系統(tǒng)
可采用ASJ。更快速靈敏切斷故障,以提高安全可靠性,此時(shí)PE線不得穿過互感器,N線穿互感器,且不得重復(fù)接地。
其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用,防止出線誤動(dòng)作或者不動(dòng)作的情況。剩余電流互感器的選擇應(yīng)根據(jù)主回路的額定電流為參考選擇,
型號(hào)
孔徑
主回路額定電流
變比
AKH-0.66L45
45mm
80A
1A:1mA
AKH-0.66L80
80mm
250A
1A:1mA
AKH-0.66L100
100mm
400A
1A:1mA
AKH-0.66L150
150mm
630A
1A:1mA
AKH-0.66L200
200mm
1000A
1A:1mA
AKH-0.66L-260*100II
265*104mm
1000A
1A:1mA
實(shí)際應(yīng)如圖所示,互感器安裝在主回路或者支路上,通過測(cè)量剩余電流判斷是否驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。
ASJ10/20剩余電流繼電器典型應(yīng)用
ASJ60剩余電流監(jiān)測(cè)儀典型應(yīng)用
4.4注意事項(xiàng)
當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)作為電擊防護(hù)附加防護(hù)措施時(shí),應(yīng)符合下列規(guī)定:
額定剩余電流動(dòng)作值不應(yīng)大于30mA;
額定電流不超過32A的下列回路應(yīng)裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD):
供一般人員使用的電源插座回路;
室內(nèi)移動(dòng)電氣設(shè)備;
人員可觸及的室外電氣設(shè)備。
剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)不應(yīng)作為保護(hù)措施;
采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)時(shí)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)接地導(dǎo)體(PE)。
5結(jié)論
RCD是一種非常重要的用電保護(hù)電器,廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)、工控箱、電氣設(shè)備控制系統(tǒng)等場(chǎng)所,保護(hù)人身安全和設(shè)備安全。本文基于用電設(shè)備的電流矢量計(jì)算,闡述了RCD在交流低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定性定量地分析了供電方式(單相、三相三線、三相四線)、負(fù)載接線方式(三角形聯(lián)結(jié)、星形聯(lián)結(jié)帶中性線、星形聯(lián)結(jié)不帶中性線)、接地系統(tǒng)類型(TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng))對(duì)RCD工作的影響。結(jié)合上述內(nèi)容可知,RCD適用于TT接地系統(tǒng)和TN接地系統(tǒng),不適用于IT接地系統(tǒng);但在TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)中,還需要根據(jù)供電方式和負(fù)載接線方式選擇合適的RCD(帶中性極、不帶中性極),并進(jìn)行正確接線,以起到漏電保護(hù)的作用。特別地,若圖4(a)中B所示的情景忽略人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分觸電(禁止非相關(guān)人員靠近),根據(jù)預(yù)期的不平衡電流選擇合適額定值的RCD,參考式(10),可以用RCD作三相不平衡保護(hù)。另外,根據(jù)電流矢量的分析方法,還可以排查因RCD導(dǎo)致的電氣故障,以快速恢復(fù)正常用電。
隨著電網(wǎng)的發(fā)展及用電設(shè)備的更新?lián)Q代,只具備剩余電流保護(hù)功能的保護(hù)器已經(jīng)不能滿足需求,現(xiàn)通常將過電流保護(hù)、剩余電流保護(hù)、隔離等功能融為一體,如帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的塑殼斷路器(molded case circuit breaker,MCCB)、帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operatedcircuit-breakers with integral overcurrent protection,RCBO)和不帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operated circuit-breakers withoutintegral overcurrent protection,RCCB)等,這些用電保護(hù)電器在剩余電流動(dòng)作保護(hù)模塊上與文中的RCD原理是一致的。
參考文獻(xiàn)
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[2]低壓電氣裝置第1部分:基本原則、一般特性評(píng)估和定義:GB/T 16895.1—2008[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.
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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.06版
作者簡(jiǎn)介:李明君,男,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用
淺談剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
張豪
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在不同的接地系統(tǒng)中有其適用性和嚴(yán)格的接線方式,錯(cuò)誤地選用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器或不規(guī)范地接線,會(huì)使剩余電流動(dòng)作保護(hù)器誤動(dòng)或拒動(dòng),甚至引起人身觸電和電氣火災(zāi)事故。從剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作原理出發(fā),著重于用電設(shè)備的電流矢量分析與計(jì)算,闡述剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在低壓配電接地系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定量地分析接地系統(tǒng)類型對(duì)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作的影響。電流矢量的分析方法為剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器;剩余電流互感器;電流矢量;接地系統(tǒng)
0引言
GB/T 6829—2017定義剩余電流為流過剩余電流保護(hù)電器主回路的電流瞬時(shí)值的矢量和(用有效值表示)[1]。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(residual currentoperated protective devices,RCD)在低壓供電系統(tǒng)中對(duì)人身觸電和漏電火災(zāi)等事故起到了有效的防護(hù)作用,在各類不同接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,各種電氣設(shè)備在生產(chǎn)和生活各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛,人們與電接觸的機(jī)會(huì)越來越多,觸電的可能性越來越大,用電設(shè)備導(dǎo)致人員觸電傷亡的事件時(shí)有發(fā)生。為了人身和設(shè)備安全,對(duì)RCD的使用要求越來越嚴(yán)格。GB/T 16895.1—2008規(guī)定了各類接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)[2],各類接地系統(tǒng)的特點(diǎn)和RCD的工作原理限制了RCD在一些接地系統(tǒng)中的應(yīng)用,且要求其接線方式有嚴(yán)格的規(guī)范性。
1 RCD的基本工作原理
RCD一般由剩余電流檢測(cè)模塊和斷路器組成,斷路器起接通、承載和分?jǐn)嚯娐返淖饔?,剩余電流檢測(cè)模塊一般由剩余電流互感器、信號(hào)放大器、信號(hào)判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負(fù)載線路接入RCD后即穿過了剩余電流互感器,形成一次繞組;剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時(shí),線路中剩余電流為零,即穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[3-7],有
式中,Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和同樣為零,故不會(huì)在二次繞組中感應(yīng)出電流,信號(hào)判別元件判斷線路中沒有剩余電流,RCD不會(huì)動(dòng)作;當(dāng)發(fā)生故障使線路中產(chǎn)生正弦或脈動(dòng)直流剩余電流時(shí),即I_x0005_Δ≠0,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和不為零,此時(shí)會(huì)在二次繞組感應(yīng)出電流。當(dāng)剩余電流在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí),磁心工作在線性區(qū),二次側(cè)感應(yīng)電流與剩余電流大小成正比,該電流信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器后,在判別元件中與設(shè)定的剩余電流動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比,當(dāng)檢測(cè)到的剩余電流值超過設(shè)定值時(shí),判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號(hào),執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作,切斷電源,從而起到漏電保護(hù)的作用。
由此可見,剩余電流互感器是整個(gè)RCD的核心部件,RCD能否起到漏電保護(hù)作用,取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當(dāng)線路中電流為正弦型或脈動(dòng)直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線性區(qū)時(shí),RCD動(dòng)作與否取決于穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。
2用電負(fù)載的電流矢量分析與計(jì)算
在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下,RCD能否正常工作,取決于流經(jīng)其進(jìn)、出線端的電流矢量和,故用電負(fù)載的電流矢量分析對(duì)于RCD的應(yīng)用至關(guān)重要[10]。低壓供電網(wǎng)可提供單相和三相兩種供電方式,其中三相供電時(shí)根據(jù)負(fù)載的分布和接線方式可分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。
2.1單相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
圖1為單相供電負(fù)載接線示意圖,無論Z為純阻性負(fù)載還是復(fù)阻抗負(fù)載,流經(jīng)負(fù)載Z的電流矢量如圖1所示,根據(jù)KCL定律可得
式中,Il、In分別為負(fù)載的相線與中性線電流矢量。式(2)表明,無論負(fù)載Z的大小如何,在無電流泄漏的情況下,流經(jīng)負(fù)載的電流矢量和始終為零。
2.2三相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
1)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載星形聯(lián)結(jié)示意圖如圖2所示。負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí),如果三相負(fù)載對(duì)稱平衡,可不需要中性線,如圖2(a)所示。但是在圖2(a)的情形下,存在負(fù)載異常導(dǎo)致三相負(fù)載不平衡的情況,此時(shí)會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)漂移。圖2(a)中,設(shè)Z2 1=λZ,Z3 1=μZ,分別取a、b、c節(jié)點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得
式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;λ為阻值Z2與Z1之比;μ為阻值Z3與Z1之比。解析式(3)得
特別地,當(dāng)λ=μ=1時(shí),三相負(fù)載對(duì)稱平衡;當(dāng)λ≠μ時(shí),三相負(fù)載不平衡,中性點(diǎn)發(fā)生漂移。結(jié)合式(3)、式(4)可知,無論三相負(fù)載平衡與否,式(4)總是成立,表明三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)不帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相的線電流矢量和始終為零。
2(b)中,中性點(diǎn)連接零線,構(gòu)成中性線,此時(shí)相電壓Up與線電壓Ul有固定的關(guān)系,即Ul=3Up。線電壓Ul取決于電源系統(tǒng),電源系統(tǒng)穩(wěn)定則線電壓不會(huì)改變,故Up不因各相負(fù)載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等,即Il p=I,若認(rèn)為三相負(fù)載電流由各相線流入,由中性線流出,取中性點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;In為中性線電流矢量。由式(5)可知,三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。
2)負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)示意圖如圖3所示。圖3中負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié),分別取三根相線與負(fù)載的連接點(diǎn)e、f、g作為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
式中:
Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載的線電流矢量;Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。
結(jié)合式(6)、式(7)可知,無論三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何,式(7)總是成立,表明負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相線電流矢量和始終為零,與各相負(fù)載的阻值大小無關(guān),也與三相負(fù)載是否平衡無關(guān)。
3 RCD在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
低壓配電網(wǎng)的接地系統(tǒng)分為TT、TN、IT三種,其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點(diǎn),因RCD的工作原理,其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類型和接線方式有關(guān),若應(yīng)用和接線方式有誤,RCD會(huì)拒動(dòng)或誤動(dòng),從而引發(fā)安全事故[11-12]。
3.1 RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖4所示。TT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地極接地。
安裝RCD時(shí),相線與中性線全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極,如圖4(a)中A所示,結(jié)合式(5),此時(shí)有
式中,I_x0005_Δ為穿過RCD的所有線路電流矢量和,也可稱作剩余電流。若相線或中性線與負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分因絕緣故障發(fā)生漏電,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分與大地之間就存在電壓,進(jìn)而負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地線PE或人體(當(dāng)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地不良而人體觸摸到時(shí))產(chǎn)生接地故障電流,也稱泄漏電流或剩余電流。結(jié)合式(5),此時(shí)該電流為
剩余電流的大小視絕緣故障的程度而定,當(dāng)I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD會(huì)動(dòng)作切斷電源,保護(hù)設(shè)備和人身安全。還有一種情況如圖4(a)中B所示,負(fù)載中性線未接入RCD,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,此時(shí)有
式(10)表明,僅當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱平衡時(shí),有IΔ_x0005_=-In=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;一旦負(fù)載不平衡,則有IΔ=-In≠0。若|IΔ|比較大,則RCD立即動(dòng)作?,F(xiàn)實(shí)中,當(dāng)采用三相四線制供電時(shí),眾多因素會(huì)導(dǎo)致負(fù)載無法****對(duì)稱平衡,進(jìn)而無法保證不平衡電流的大小,RCD會(huì)經(jīng)常誤動(dòng)作而斷電,影響負(fù)載正常工作。4(b)中,負(fù)載無中性線,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;若接地線PE有電流通過或人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,則有
|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。式(11)表明,TT接地系統(tǒng)中采用三相三線制供電時(shí)可選用不帶中性極的RCD。
3.2 RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用
TN接地系統(tǒng)有TN-C、TN-S、TN-C-S三種,這三種接地系統(tǒng)的本質(zhì)是一樣的,即供電側(cè)電源系統(tǒng)中性點(diǎn)接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接中性線,接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地系統(tǒng)中的應(yīng)用原理是一樣的,為減少篇幅,此處以TN-C接地系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說明。RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖5所示。
圖5中負(fù)載帶中性線時(shí),相線與中性線要全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極。正常情況下,如圖5中C所示,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,穿過RCD的所有線路電流矢量和為零,參考式(5)、式(8),RCD正常工作;異常情況下,接地線PE有電流通過或負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過人體產(chǎn)生接地故障電流,參考式(9),|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。但是,若錯(cuò)誤地將接地線PE與負(fù)載中性線一起接入RCD,如圖5中D所示,則有
式中,IPE為接地線PE中的電流矢量。由式(12)可知,當(dāng)接地線PE有電流通過時(shí),RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這將給用電負(fù)載造成極大的安全隱患。圖5中負(fù)載不帶中性線時(shí),正常情況下,如圖5中E所示,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;異常情況下,參考式(11),I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。TN接地系統(tǒng)中,用電負(fù)載不帶中性線時(shí)可選用不帶中性極的RCD。但是,如果選用了帶中性極的RCD,并且將接地線PE接入了RCD的中性極,如圖5中F所示,則有
式(13)表明,無論接地線PE中有無電流通過,始終有I_x0005_Δ=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這種情況也會(huì)對(duì)用電負(fù)載造成極大的安全隱患。
3.3 RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖6所示。
IT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過高阻抗接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地。IT接地系統(tǒng)是三相三線制供電,假如選用不帶中性極的RCD,結(jié)合式(4)、式(7),此時(shí)有
因供電側(cè)電源系統(tǒng)與大地隔離,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分對(duì)地電壓很低,接地線PE對(duì)大地、負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)人體對(duì)大地很難有電流產(chǎn)生,由式(14)可知,流過RCD的電流矢量和恒為零,RCD不會(huì)動(dòng)作,不能起到漏電保護(hù)的作用,故RCD在IT接地系統(tǒng)中不適用。
4安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹
安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護(hù)裝置,主要適用于交流50Hz,額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路,用來對(duì)電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù),防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故,也可用來對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀
4.1功能介紹
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能:A型或者AC型剩余電流測(cè)量,剩余電流越限報(bào)警指示,額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定,極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定,兩組繼電器輸出,具有就地,遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能;
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能:16路剩余電流監(jiān)測(cè),1路預(yù)警繼電器輸出,16路報(bào)警繼電器輸出,2路DI輸入,自動(dòng)重合閘功能,遠(yuǎn)程通訊功能,遠(yuǎn)程分合閘功能。
4.2技術(shù)指標(biāo)
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
AC型
A型
輔助電源
電壓
AC110/220V(±10%)
AC/DC85~270V
功耗
<5W
<5W
輸入
額定剩余動(dòng)作
電流I△n
0.03、0.1、0.3、0.5(A)
0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A)
極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間△t
0.1、0.5(s)
0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s)
額定剩余不動(dòng)作
電流I△no
50%I△n
50%I△n
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流
AC正弦交流電流、
脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
50Hz±5Hz
動(dòng)作誤差
-20% ~ -10%I△n
-20% ~ -10%I△n
輸出
輸出方式
一組常開、一組轉(zhuǎn)換
一組常閉或常開、一組轉(zhuǎn)換
觸點(diǎn)容量
5A 250VAC
5A 30VDC
AL1:8A 250VAC; 5A 30VDC
AL2:6A 250VAC; 5A 30VDC
復(fù)位方式
就地、遠(yuǎn)程
就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng)
環(huán)境
工作溫度
運(yùn)行溫度:-20℃ ~ +55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃ ~ +70℃
工作濕度
≤95%RH,不結(jié)露,無腐蝕性氣體場(chǎng)所
海拔高度
≤2000m
污染等級(jí)
3級(jí)
安裝類別
Ⅲ類
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
電源
電壓范圍
AC/DC85V~265V
*大功耗
≤10VA
輸入
*大測(cè)量支路數(shù)
16路
剩余電流測(cè)量范圍
1mA~30A
額定剩余動(dòng)作電流I△n
1 mA ~30A連續(xù)可調(diào)
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流及脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
動(dòng)作延時(shí)
0~10s可設(shè)
開關(guān)量
2路無源干接點(diǎn)輸入
輸出
輸出方式
1路水浸報(bào)警繼電器(常開)
16路剩余電流報(bào)警繼電器(常開)
觸點(diǎn)容量
AC 250V/3A DC 30V/3A
重合閘
次數(shù)
0~99連續(xù)可設(shè)
間隔時(shí)間
0~999秒連續(xù)可設(shè)
通訊
方式1
RS485通訊,Modbus-RTU協(xié)議
方式2(可選)
4G無線通訊
環(huán)境要求
溫度
工作溫度:-10℃~55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃~70℃
濕度
≤95%,不結(jié)露
海拔
≤2500m
平均***工作時(shí)間
≥50000小時(shí)
4.3選用說明
剩余電流動(dòng)作繼電器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意低壓系統(tǒng)的接線型式。
系統(tǒng)形式
系統(tǒng)接線
說明
TT系統(tǒng)
采用ASJ。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流很小,且較難估計(jì),達(dá)不到開關(guān)的動(dòng)作電流,外殼上將出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓。
TN-S系統(tǒng)
可采用ASJ。更快速靈敏切斷故障,以提高安全可靠性,此時(shí)PE線不得穿過互感器,N線穿互感器,且不得重復(fù)接地。
其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用,防止出線誤動(dòng)作或者不動(dòng)作的情況。剩余電流互感器的選擇應(yīng)根據(jù)主回路的額定電流為參考選擇,
型號(hào)
孔徑
主回路額定電流
變比
AKH-0.66L45
45mm
80A
1A:1mA
AKH-0.66L80
80mm
250A
1A:1mA
AKH-0.66L100
100mm
400A
1A:1mA
AKH-0.66L150
150mm
630A
1A:1mA
AKH-0.66L200
200mm
1000A
1A:1mA
AKH-0.66L-260*100II
265*104mm
1000A
1A:1mA
實(shí)際應(yīng)如圖所示,互感器安裝在主回路或者支路上,通過測(cè)量剩余電流判斷是否驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。
ASJ10/20剩余電流繼電器典型應(yīng)用
ASJ60剩余電流監(jiān)測(cè)儀典型應(yīng)用
4.4注意事項(xiàng)
當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)作為電擊防護(hù)附加防護(hù)措施時(shí),應(yīng)符合下列規(guī)定:
額定剩余電流動(dòng)作值不應(yīng)大于30mA;額定電流不超過32A的下列回路應(yīng)裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD):供一般人員使用的電源插座回路;室內(nèi)移動(dòng)電氣設(shè)備;人員可觸及的室外電氣設(shè)備。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)不應(yīng)作為保護(hù)措施;采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)時(shí)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)接地導(dǎo)體(PE)。5結(jié)論
RCD是一種非常重要的用電保護(hù)電器,廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)、工控箱、電氣設(shè)備控制系統(tǒng)等場(chǎng)所,保護(hù)人身安全和設(shè)備安全。本文基于用電設(shè)備的電流矢量計(jì)算,闡述了RCD在交流低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定性定量地分析了供電方式(單相、三相三線、三相四線)、負(fù)載接線方式(三角形聯(lián)結(jié)、星形聯(lián)結(jié)帶中性線、星形聯(lián)結(jié)不帶中性線)、接地系統(tǒng)類型(TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng))對(duì)RCD工作的影響。結(jié)合上述內(nèi)容可知,RCD適用于TT接地系統(tǒng)和TN接地系統(tǒng),不適用于IT接地系統(tǒng);但在TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)中,還需要根據(jù)供電方式和負(fù)載接線方式選擇合適的RCD(帶中性極、不帶中性極),并進(jìn)行正確接線,以起到漏電保護(hù)的作用。特別地,若圖4(a)中B所示的情景忽略人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分觸電(禁止非相關(guān)人員靠近),根據(jù)預(yù)期的不平衡電流選擇合適額定值的RCD,參考式(10),可以用RCD作三相不平衡保護(hù)。另外,根據(jù)電流矢量的分析方法,還可以排查因RCD導(dǎo)致的電氣故障,以快速恢復(fù)正常用電。
隨著電網(wǎng)的發(fā)展及用電設(shè)備的更新?lián)Q代,只具備剩余電流保護(hù)功能的保護(hù)器已經(jīng)不能滿足需求,現(xiàn)通常將過電流保護(hù)、剩余電流保護(hù)、隔離等功能融為一體,如帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的塑殼斷路器(molded case circuit breaker,MCCB)、帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operatedcircuit-breakers with integral overcurrent protection,RCBO)和不帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operated circuit-breakers withoutintegral overcurrent protection,RCCB)等,這些用電保護(hù)電器在剩余電流動(dòng)作保護(hù)模塊上與文中的RCD原理是一致的。
參考文獻(xiàn)
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[2]低壓電氣裝置第1部分:基本原則、一般特性評(píng)估和定義:GB/T 16895.1—2008[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.
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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.06版
作者簡(jiǎn)介:李明君,男,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用淺談剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
李明君
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在不同的接地系統(tǒng)中有其適用性和嚴(yán)格的接線方式,錯(cuò)誤地選用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器或不規(guī)范地接線,會(huì)使剩余電流動(dòng)作保護(hù)器誤動(dòng)或拒動(dòng),甚至引起人身觸電和電氣火災(zāi)事故。從剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作原理出發(fā),著重于用電設(shè)備的電流矢量分析與計(jì)算,闡述剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在低壓配電接地系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定量地分析接地系統(tǒng)類型對(duì)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作的影響。電流矢量的分析方法為剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器;剩余電流互感器;電流矢量;接地系統(tǒng)
0引言
GB/T 6829—2017定義剩余電流為流過剩余電流保護(hù)電器主回路的電流瞬時(shí)值的矢量和(用有效值表示)[1]。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(residual currentoperated protective devices,RCD)在低壓供電系統(tǒng)中對(duì)人身觸電和漏電火災(zāi)等事故起到了有效的防護(hù)作用,在各類不同接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,各種電氣設(shè)備在生產(chǎn)和生活各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛,人們與電接觸的機(jī)會(huì)越來越多,觸電的可能性越來越大,用電設(shè)備導(dǎo)致人員觸電傷亡的事件時(shí)有發(fā)生。為了人身和設(shè)備安全,對(duì)RCD的使用要求越來越嚴(yán)格。GB/T 16895.1—2008規(guī)定了各類接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)[2],各類接地系統(tǒng)的特點(diǎn)和RCD的工作原理限制了RCD在一些接地系統(tǒng)中的應(yīng)用,且要求其接線方式有嚴(yán)格的規(guī)范性。
1 RCD的基本工作原理
RCD一般由剩余電流檢測(cè)模塊和斷路器組成,斷路器起接通、承載和分?jǐn)嚯娐返淖饔?,剩余電流檢測(cè)模塊一般由剩余電流互感器、信號(hào)放大器、信號(hào)判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負(fù)載線路接入RCD后即穿過了剩余電流互感器,形成一次繞組;剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時(shí),線路中剩余電流為零,即穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[3-7],有
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式中,Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和同樣為零,故不會(huì)在二次繞組中感應(yīng)出電流,信號(hào)判別元件判斷線路中沒有剩余電流,RCD不會(huì)動(dòng)作;當(dāng)發(fā)生故障使線路中產(chǎn)生正弦或脈動(dòng)直流剩余電流時(shí),即I_x0005_Δ≠0,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和不為零,此時(shí)會(huì)在二次繞組感應(yīng)出電流。當(dāng)剩余電流在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí),磁心工作在線性區(qū),二次側(cè)感應(yīng)電流與剩余電流大小成正比,該電流信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器后,在判別元件中與設(shè)定的剩余電流動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比,當(dāng)檢測(cè)到的剩余電流值超過設(shè)定值時(shí),判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號(hào),執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作,切斷電源,從而起到漏電保護(hù)的作用。
由此可見,剩余電流互感器是整個(gè)RCD的核心部件,RCD能否起到漏電保護(hù)作用,取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當(dāng)線路中電流為正弦型或脈動(dòng)直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線性區(qū)時(shí),RCD動(dòng)作與否取決于穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。
2用電負(fù)載的電流矢量分析與計(jì)算
在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下,RCD能否正常工作,取決于流經(jīng)其進(jìn)、出線端的電流矢量和,故用電負(fù)載的電流矢量分析對(duì)于RCD的應(yīng)用至關(guān)重要[10]。低壓供電網(wǎng)可提供單相和三相兩種供電方式,其中三相供電時(shí)根據(jù)負(fù)載的分布和接線方式可分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。
2.1單相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
圖1為單相供電負(fù)載接線示意圖,無論Z為純阻性負(fù)載還是復(fù)阻抗負(fù)載,流經(jīng)負(fù)載Z的電流矢量如圖1所示,根據(jù)KCL定律可得
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式中,Il、In分別為負(fù)載的相線與中性線電流矢量。式(2)表明,無論負(fù)載Z的大小如何,在無電流泄漏的情況下,流經(jīng)負(fù)載的電流矢量和始終為零。
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2.2三相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
1)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載星形聯(lián)結(jié)示意圖如圖2所示。負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí),如果三相負(fù)載對(duì)稱平衡,可不需要中性線,如圖2(a)所示。但是在圖2(a)的情形下,存在負(fù)載異常導(dǎo)致三相負(fù)載不平衡的情況,此時(shí)會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)漂移。圖2(a)中,設(shè)Z2 1=λZ,Z3 1=μZ,分別取a、b、c節(jié)點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得
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式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;λ為阻值Z2與Z1之比;μ為阻值Z3與Z1之比。解析式(3)得
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特別地,當(dāng)λ=μ=1時(shí),三相負(fù)載對(duì)稱平衡;當(dāng)λ≠μ時(shí),三相負(fù)載不平衡,中性點(diǎn)發(fā)生漂移。結(jié)合式(3)、式(4)可知,無論三相負(fù)載平衡與否,式(4)總是成立,表明三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)不帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相的線電流矢量和始終為零。
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2(b)中,中性點(diǎn)連接零線,構(gòu)成中性線,此時(shí)相電壓Up與線電壓Ul有固定的關(guān)系,即Ul=3Up。線電壓Ul取決于電源系統(tǒng),電源系統(tǒng)穩(wěn)定則線電壓不會(huì)改變,故Up不因各相負(fù)載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等,即Il p=I,若認(rèn)為三相負(fù)載電流由各相線流入,由中性線流出,取中性點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
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式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;In為中性線電流矢量。由式(5)可知,三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。
2)負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)示意圖如圖3所示。圖3中負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié),分別取三根相線與負(fù)載的連接點(diǎn)e、f、g作為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
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式中:
Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載的線電流矢量;Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。
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結(jié)合式(6)、式(7)可知,無論三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何,式(7)總是成立,表明負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相線電流矢量和始終為零,與各相負(fù)載的阻值大小無關(guān),也與三相負(fù)載是否平衡無關(guān)。
3 RCD在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
低壓配電網(wǎng)的接地系統(tǒng)分為TT、TN、IT三種,其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點(diǎn),因RCD的工作原理,其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類型和接線方式有關(guān),若應(yīng)用和接線方式有誤,RCD會(huì)拒動(dòng)或誤動(dòng),從而引發(fā)安全事故[11-12]。
3.1 RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖4所示。TT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地極接地。
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安裝RCD時(shí),相線與中性線全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極,如圖4(a)中A所示,結(jié)合式(5),此時(shí)有
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式中,I_x0005_Δ為穿過RCD的所有線路電流矢量和,也可稱作剩余電流。若相線或中性線與負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分因絕緣故障發(fā)生漏電,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分與大地之間就存在電壓,進(jìn)而負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地線PE或人體(當(dāng)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地不良而人體觸摸到時(shí))產(chǎn)生接地故障電流,也稱泄漏電流或剩余電流。結(jié)合式(5),此時(shí)該電流為
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剩余電流的大小視絕緣故障的程度而定,當(dāng)I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD會(huì)動(dòng)作切斷電源,保護(hù)設(shè)備和人身安全。還有一種情況如圖4(a)中B所示,負(fù)載中性線未接入RCD,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,此時(shí)有
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式(10)表明,僅當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱平衡時(shí),有IΔ_x0005_=-In=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;一旦負(fù)載不平衡,則有IΔ=-In≠0。若|IΔ|比較大,則RCD立即動(dòng)作?,F(xiàn)實(shí)中,當(dāng)采用三相四線制供電時(shí),眾多因素會(huì)導(dǎo)致負(fù)載無法*全對(duì)稱平衡,進(jìn)而無法保證不平衡電流的大小,RCD會(huì)經(jīng)常誤動(dòng)作而斷電,影響負(fù)載正常工作。4(b)中,負(fù)載無中性線,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;若接地線PE有電流通過或人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,則有
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|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。式(11)表明,TT接地系統(tǒng)中采用三相三線制供電時(shí)可選用不帶中性極的RCD。
3.2 RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用
TN接地系統(tǒng)有TN-C、TN-S、TN-C-S三種,這三種接地系統(tǒng)的本質(zhì)是一樣的,即供電側(cè)電源系統(tǒng)中性點(diǎn)接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接中性線,接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地系統(tǒng)中的應(yīng)用原理是一樣的,為減少篇幅,此處以TN-C接地系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說明。RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖5所示。
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圖5中負(fù)載帶中性線時(shí),相線與中性線要全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極。正常情況下,如圖5中C所示,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,穿過RCD的所有線路電流矢量和為零,參考式(5)、式(8),RCD正常工作;異常情況下,接地線PE有電流通過或負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過人體產(chǎn)生接地故障電流,參考式(9),|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。但是,若錯(cuò)誤地將接地線PE與負(fù)載中性線一起接入RCD,如圖5中D所示,則有
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式中,IPE為接地線PE中的電流矢量。由式(12)可知,當(dāng)接地線PE有電流通過時(shí),RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這將給用電負(fù)載造成極大的安全隱患。圖5中負(fù)載不帶中性線時(shí),正常情況下,如圖5中E所示,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;異常情況下,參考式(11),I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。TN接地系統(tǒng)中,用電負(fù)載不帶中性線時(shí)可選用不帶中性極的RCD。但是,如果選用了帶中性極的RCD,并且將接地線PE接入了RCD的中性極,如圖5中F所示,則有
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式(13)表明,無論接地線PE中有無電流通過,始終有I_x0005_Δ=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這種情況也會(huì)對(duì)用電負(fù)載造成極大的安全隱患。
3.3 RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖6所示。
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IT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過高阻抗接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地。IT接地系統(tǒng)是三相三線制供電,假如選用不帶中性極的RCD,結(jié)合式(4)、式(7),此時(shí)有
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因供電側(cè)電源系統(tǒng)與大地隔離,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分對(duì)地電壓很低,接地線PE對(duì)大地、負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)人體對(duì)大地很難有電流產(chǎn)生,由式(14)可知,流過RCD的電流矢量和恒為零,RCD不會(huì)動(dòng)作,不能起到漏電保護(hù)的作用,故RCD在IT接地系統(tǒng)中不適用。
4安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹
安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護(hù)裝置,主要適用于交流50Hz,額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路,用來對(duì)電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù),防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故,也可用來對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀
4.1功能介紹
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能:A型或者AC型剩余電流測(cè)量,剩余電流越限報(bào)警指示,額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定,極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定,兩組繼電器輸出,具有就地,遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能;
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能:16路剩余電流監(jiān)測(cè),1路預(yù)警繼電器輸出,16路報(bào)警繼電器輸出,2路DI輸入,自動(dòng)重合閘功能,遠(yuǎn)程通訊功能,遠(yuǎn)程分合閘功能。
4.2技術(shù)指標(biāo)
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
AC型
A型
輔助電源
電壓
AC110/220V(±10%)
AC/DC85~270V
功耗
<5W
<5W
輸入
額定剩余動(dòng)作
電流I△n
0.03、0.1、0.3、0.5(A)
0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A)
極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間△t
0.1、0.5(s)
0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s)
額定剩余不動(dòng)作
電流I△no
50%I△n
50%I△n
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流
AC正弦交流電流、
脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
50Hz±5Hz
動(dòng)作誤差
-20% ~ -10%I△n
-20% ~ -10%I△n
輸出
輸出方式
一組常開、一組轉(zhuǎn)換
一組常閉或常開、一組轉(zhuǎn)換
觸點(diǎn)容量
5A 250VAC
5A 30VDC
AL1:8A 250VAC; 5A 30VDC
AL2:6A 250VAC; 5A 30VDC
復(fù)位方式
就地、遠(yuǎn)程
就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng)
環(huán)境
工作溫度
運(yùn)行溫度:-20℃ ~ +55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃ ~ +70℃
工作濕度
≤95%RH,不結(jié)露,無腐蝕性氣體場(chǎng)所
海拔高度
≤2000m
污染等級(jí)
3級(jí)
安裝類別
Ⅲ類
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
電源
電壓范圍
AC/DC85V~265V
*大功耗
≤10VA
輸入
*大測(cè)量支路數(shù)
16路
剩余電流測(cè)量范圍
1mA~30A
額定剩余動(dòng)作電流I△n
1 mA ~30A連續(xù)可調(diào)
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流及脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
動(dòng)作延時(shí)
0~10s可設(shè)
開關(guān)量
2路無源干接點(diǎn)輸入
輸出
輸出方式
1路水浸報(bào)警繼電器(常開)
16路剩余電流報(bào)警繼電器(常開)
觸點(diǎn)容量
AC 250V/3A DC 30V/3A
重合閘
次數(shù)
0~99連續(xù)可設(shè)
間隔時(shí)間
0~999秒連續(xù)可設(shè)
通訊
方式1
RS485通訊,Modbus-RTU協(xié)議
方式2(可選)
4G無線通訊
環(huán)境要求
溫度
工作溫度:-10℃~55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃~70℃
濕度
≤95%,不結(jié)露
海拔
≤2500m
平均*故障工作時(shí)間
≥50000小時(shí)
4.3選用說明
剩余電流動(dòng)作繼電器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意低壓系統(tǒng)的接線型式。
系統(tǒng)形式
系統(tǒng)接線
說明
TT系統(tǒng)
采用ASJ。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流很小,且較難估計(jì),達(dá)不到開關(guān)的動(dòng)作電流,外殼上將出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓。
TN-S系統(tǒng)
可采用ASJ。更快速靈敏切斷故障,以提高安全可靠性,此時(shí)PE線不得穿過互感器,N線穿互感器,且不得重復(fù)接地。
其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用,防止出線誤動(dòng)作或者不動(dòng)作的情況。剩余電流互感器的選擇應(yīng)根據(jù)主回路的額定電流為參考選擇,
型號(hào)
孔徑
主回路額定電流
變比
AKH-0.66L45
45mm
80A
1A:1mA
AKH-0.66L80
80mm
250A
1A:1mA
AKH-0.66L100
100mm
400A
1A:1mA
AKH-0.66L150
150mm
630A
1A:1mA
AKH-0.66L200
200mm
1000A
1A:1mA
AKH-0.66L-260*100II
265*104mm
1000A
1A:1mA
實(shí)際應(yīng)如圖所示,互感器安裝在主回路或者支路上,通過測(cè)量剩余電流判斷是否驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。
ASJ10/20剩余電流繼電器典型應(yīng)用
ASJ60剩余電流監(jiān)測(cè)儀典型應(yīng)用
4.4注意事項(xiàng)
當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)作為電擊防護(hù)附加防護(hù)措施時(shí),應(yīng)符合下列規(guī)定:
額定剩余電流動(dòng)作值不應(yīng)大于30mA;
額定電流不超過32A的下列回路應(yīng)裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD):
供一般人員使用的電源插座回路;
室內(nèi)移動(dòng)電氣設(shè)備;
人員可觸及的室外電氣設(shè)備。
剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)不應(yīng)作為保護(hù)措施;
采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)時(shí)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)接地導(dǎo)體(PE)。
5結(jié)論
RCD是一種非常重要的用電保護(hù)電器,廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)、工控箱、電氣設(shè)備控制系統(tǒng)等場(chǎng)所,保護(hù)人身安全和設(shè)備安全。本文基于用電設(shè)備的電流矢量計(jì)算,闡述了RCD在交流低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定性定量地分析了供電方式(單相、三相三線、三相四線)、負(fù)載接線方式(三角形聯(lián)結(jié)、星形聯(lián)結(jié)帶中性線、星形聯(lián)結(jié)不帶中性線)、接地系統(tǒng)類型(TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng))對(duì)RCD工作的影響。結(jié)合上述內(nèi)容可知,RCD適用于TT接地系統(tǒng)和TN接地系統(tǒng),不適用于IT接地系統(tǒng);但在TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)中,還需要根據(jù)供電方式和負(fù)載接線方式選擇合適的RCD(帶中性極、不帶中性極),并進(jìn)行正確接線,以起到漏電保護(hù)的作用。特別地,若圖4(a)中B所示的情景忽略人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分觸電(禁止非相關(guān)人員靠近),根據(jù)預(yù)期的不平衡電流選擇合適額定值的RCD,參考式(10),可以用RCD作三相不平衡保護(hù)。另外,根據(jù)電流矢量的分析方法,還可以排查因RCD導(dǎo)致的電氣故障,以快速恢復(fù)正常用電。
隨著電網(wǎng)的發(fā)展及用電設(shè)備的更新?lián)Q代,只具備剩余電流保護(hù)功能的保護(hù)器已經(jīng)不能滿足需求,現(xiàn)通常將過電流保護(hù)、剩余電流保護(hù)、隔離等功能融為一體,如帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的塑殼斷路器(molded case circuit breaker,MCCB)、帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operatedcircuit-breakers with integral overcurrent protection,RCBO)和不帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operated circuit-breakers withoutintegral overcurrent protection,RCCB)等,這些用電保護(hù)電器在剩余電流動(dòng)作保護(hù)模塊上與文中的RCD原理是一致的。
參考文獻(xiàn)
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[2]低壓電氣裝置第1部分:基本原則、一般特性評(píng)估和定義:GB/T 16895.1—2008[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.
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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.06版
作者簡(jiǎn)介:李明君,男,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用
淺談剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
張豪
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在不同的接地系統(tǒng)中有其適用性和嚴(yán)格的接線方式,錯(cuò)誤地選用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器或不規(guī)范地接線,會(huì)使剩余電流動(dòng)作保護(hù)器誤動(dòng)或拒動(dòng),甚至引起人身觸電和電氣火災(zāi)事故。從剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作原理出發(fā),著重于用電設(shè)備的電流矢量分析與計(jì)算,闡述剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在低壓配電接地系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定量地分析接地系統(tǒng)類型對(duì)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作的影響。電流矢量的分析方法為剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器;剩余電流互感器;電流矢量;接地系統(tǒng)
0引言
GB/T 6829—2017定義剩余電流為流過剩余電流保護(hù)電器主回路的電流瞬時(shí)值的矢量和(用有效值表示)[1]。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(residual currentoperated protective devices,RCD)在低壓供電系統(tǒng)中對(duì)人身觸電和漏電火災(zāi)等事故起到了有效的防護(hù)作用,在各類不同接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,各種電氣設(shè)備在生產(chǎn)和生活各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛,人們與電接觸的機(jī)會(huì)越來越多,觸電的可能性越來越大,用電設(shè)備導(dǎo)致人員觸電傷亡的事件時(shí)有發(fā)生。為了人身和設(shè)備安全,對(duì)RCD的使用要求越來越嚴(yán)格。GB/T 16895.1—2008規(guī)定了各類接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)[2],各類接地系統(tǒng)的特點(diǎn)和RCD的工作原理限制了RCD在一些接地系統(tǒng)中的應(yīng)用,且要求其接線方式有嚴(yán)格的規(guī)范性。
1 RCD的基本工作原理
RCD一般由剩余電流檢測(cè)模塊和斷路器組成,斷路器起接通、承載和分?jǐn)嚯娐返淖饔?,剩余電流檢測(cè)模塊一般由剩余電流互感器、信號(hào)放大器、信號(hào)判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負(fù)載線路接入RCD后即穿過了剩余電流互感器,形成一次繞組;剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時(shí),線路中剩余電流為零,即穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[3-7],有
式中,Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和同樣為零,故不會(huì)在二次繞組中感應(yīng)出電流,信號(hào)判別元件判斷線路中沒有剩余電流,RCD不會(huì)動(dòng)作;當(dāng)發(fā)生故障使線路中產(chǎn)生正弦或脈動(dòng)直流剩余電流時(shí),即I_x0005_Δ≠0,在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和不為零,此時(shí)會(huì)在二次繞組感應(yīng)出電流。當(dāng)剩余電流在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí),磁心工作在線性區(qū),二次側(cè)感應(yīng)電流與剩余電流大小成正比,該電流信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器后,在判別元件中與設(shè)定的剩余電流動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比,當(dāng)檢測(cè)到的剩余電流值超過設(shè)定值時(shí),判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號(hào),執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作,切斷電源,從而起到漏電保護(hù)的作用。
由此可見,剩余電流互感器是整個(gè)RCD的核心部件,RCD能否起到漏電保護(hù)作用,取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當(dāng)線路中電流為正弦型或脈動(dòng)直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線性區(qū)時(shí),RCD動(dòng)作與否取決于穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。
2用電負(fù)載的電流矢量分析與計(jì)算
在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下,RCD能否正常工作,取決于流經(jīng)其進(jìn)、出線端的電流矢量和,故用電負(fù)載的電流矢量分析對(duì)于RCD的應(yīng)用至關(guān)重要[10]。低壓供電網(wǎng)可提供單相和三相兩種供電方式,其中三相供電時(shí)根據(jù)負(fù)載的分布和接線方式可分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。
2.1單相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
圖1為單相供電負(fù)載接線示意圖,無論Z為純阻性負(fù)載還是復(fù)阻抗負(fù)載,流經(jīng)負(fù)載Z的電流矢量如圖1所示,根據(jù)KCL定律可得
式中,Il、In分別為負(fù)載的相線與中性線電流矢量。式(2)表明,無論負(fù)載Z的大小如何,在無電流泄漏的情況下,流經(jīng)負(fù)載的電流矢量和始終為零。
2.2三相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量
1)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載星形聯(lián)結(jié)示意圖如圖2所示。負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí),如果三相負(fù)載對(duì)稱平衡,可不需要中性線,如圖2(a)所示。但是在圖2(a)的情形下,存在負(fù)載異常導(dǎo)致三相負(fù)載不平衡的情況,此時(shí)會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)漂移。圖2(a)中,設(shè)Z2 1=λZ,Z3 1=μZ,分別取a、b、c節(jié)點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得
式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;λ為阻值Z2與Z1之比;μ為阻值Z3與Z1之比。解析式(3)得
特別地,當(dāng)λ=μ=1時(shí),三相負(fù)載對(duì)稱平衡;當(dāng)λ≠μ時(shí),三相負(fù)載不平衡,中性點(diǎn)發(fā)生漂移。結(jié)合式(3)、式(4)可知,無論三相負(fù)載平衡與否,式(4)總是成立,表明三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)不帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相的線電流矢量和始終為零。
2(b)中,中性點(diǎn)連接零線,構(gòu)成中性線,此時(shí)相電壓Up與線電壓Ul有固定的關(guān)系,即Ul=3Up。線電壓Ul取決于電源系統(tǒng),電源系統(tǒng)穩(wěn)定則線電壓不會(huì)改變,故Up不因各相負(fù)載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等,即Il p=I,若認(rèn)為三相負(fù)載電流由各相線流入,由中性線流出,取中性點(diǎn)為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
式中:Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量;In為中性線電流矢量。由式(5)可知,三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí),在無電流泄漏的情況下,所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。
2)負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量
三相供電負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)示意圖如圖3所示。圖3中負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié),分別取三根相線與負(fù)載的連接點(diǎn)e、f、g作為參考對(duì)象,根據(jù)KCL定律可得
式中:
Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載的線電流矢量;Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。
結(jié)合式(6)、式(7)可知,無論三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何,式(7)總是成立,表明負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí),在無電流泄漏的情況下,各相線電流矢量和始終為零,與各相負(fù)載的阻值大小無關(guān),也與三相負(fù)載是否平衡無關(guān)。
3 RCD在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
低壓配電網(wǎng)的接地系統(tǒng)分為TT、TN、IT三種,其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點(diǎn),因RCD的工作原理,其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類型和接線方式有關(guān),若應(yīng)用和接線方式有誤,RCD會(huì)拒動(dòng)或誤動(dòng),從而引發(fā)安全事故[11-12]。
3.1 RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖4所示。TT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地極接地。
安裝RCD時(shí),相線與中性線全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極,如圖4(a)中A所示,結(jié)合式(5),此時(shí)有
式中,I_x0005_Δ為穿過RCD的所有線路電流矢量和,也可稱作剩余電流。若相線或中性線與負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分因絕緣故障發(fā)生漏電,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分與大地之間就存在電壓,進(jìn)而負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過接地線PE或人體(當(dāng)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地不良而人體觸摸到時(shí))產(chǎn)生接地故障電流,也稱泄漏電流或剩余電流。結(jié)合式(5),此時(shí)該電流為
剩余電流的大小視絕緣故障的程度而定,當(dāng)I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD會(huì)動(dòng)作切斷電源,保護(hù)設(shè)備和人身安全。還有一種情況如圖4(a)中B所示,負(fù)載中性線未接入RCD,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,此時(shí)有
式(10)表明,僅當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱平衡時(shí),有IΔ_x0005_=-In=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;一旦負(fù)載不平衡,則有IΔ=-In≠0。若|IΔ|比較大,則RCD立即動(dòng)作。現(xiàn)實(shí)中,當(dāng)采用三相四線制供電時(shí),進(jìn)而無法保證不平衡電流的大小,RCD會(huì)經(jīng)常誤動(dòng)作而斷電,影響負(fù)載正常工作。4(b)中,負(fù)載無中性線,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;若接地線PE有電流通過或人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,則有
|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。式(11)表明,TT接地系統(tǒng)中采用三相三線制供電時(shí)可選用不帶中性極的RCD。
3.2 RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用
TN接地系統(tǒng)有TN-C、TN-S、TN-C-S三種,這三種接地系統(tǒng)的本質(zhì)是一樣的,即供電側(cè)電源系統(tǒng)中性點(diǎn)接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接中性線,接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地系統(tǒng)中的應(yīng)用原理是一樣的,為減少篇幅,此處以TN-C接地系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說明。RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖5所示。
圖5中負(fù)載帶中性線時(shí),相線與中性線要全部接入RCD,且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極。正常情況下,如圖5中C所示,接地線PE無電流通過或無人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電,穿過RCD的所有線路電流矢量和為零,參考式(5)、式(8),RCD正常工作;異常情況下,接地線PE有電流通過或負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過人體產(chǎn)生接地故障電流,參考式(9),|IΔ|達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。但是,若錯(cuò)誤地將接地線PE與負(fù)載中性線一起接入RCD,如圖5中D所示,則有
式中,IPE為接地線PE中的電流矢量。由式(12)可知,當(dāng)接地線PE有電流通過時(shí),RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這將給用電負(fù)載造成極大的安全隱患。圖5中負(fù)載不帶中性線時(shí),正常情況下,如圖5中E所示,參考式(4)、式(7),所有相線電流矢量和恒等于零,RCD正常工作;異常情況下,參考式(11),I_x0005_Δ達(dá)到或超過RCD的額定值時(shí),RCD動(dòng)作切斷電源。TN接地系統(tǒng)中,用電負(fù)載不帶中性線時(shí)可選用不帶中性極的RCD。但是,如果選用了帶中性極的RCD,并且將接地線PE接入了RCD的中性極,如圖5中F所示,則有
式(13)表明,無論接地線PE中有無電流通過,始終有I_x0005_Δ=0,RCD不會(huì)動(dòng)作;僅當(dāng)人體觸碰到負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而產(chǎn)生接地故障電流且該電流大小達(dá)到或超過RCD額定值時(shí),RCD才會(huì)動(dòng)作,這種情況也會(huì)對(duì)用電負(fù)載造成極大的安全隱患。
3.3 RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用
RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖6所示。
IT接地系統(tǒng)中,供電側(cè)電源系統(tǒng)所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過高阻抗接地,用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地。IT接地系統(tǒng)是三相三線制供電,假如選用不帶中性極的RCD,結(jié)合式(4)、式(7),此時(shí)有
因供電側(cè)電源系統(tǒng)與大地隔離,負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分對(duì)地電壓很低,接地線PE對(duì)大地、負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)人體對(duì)大地很難有電流產(chǎn)生,由式(14)可知,流過RCD的電流矢量和恒為零,RCD不會(huì)動(dòng)作,不能起到漏電保護(hù)的作用,故RCD在IT接地系統(tǒng)中不適用。
4安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹
安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護(hù)裝置,主要適用于交流50Hz,額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路,用來對(duì)電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù),防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故,也可用來對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀
4.1功能介紹
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能:A型或者AC型剩余電流測(cè)量,剩余電流越限報(bào)警指示,額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定,極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定,兩組繼電器輸出,具有就地,遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能;
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能:16路剩余電流監(jiān)測(cè),1路預(yù)警繼電器輸出,16路報(bào)警繼電器輸出,2路DI輸入,自動(dòng)重合閘功能,遠(yuǎn)程通訊功能,遠(yuǎn)程分合閘功能。
4.2技術(shù)指標(biāo)
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
AC型
A型
輔助電源
電壓
AC110/220V(±10%)
AC/DC85~270V
功耗
<5W
<5W
輸入
額定剩余動(dòng)作
電流I△n
0.03、0.1、0.3、0.5(A)
0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A)
極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間△t
0.1、0.5(s)
0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s)
額定剩余不動(dòng)作
電流I△no
50%I△n
50%I△n
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流
AC正弦交流電流、
脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
50Hz±5Hz
動(dòng)作誤差
-20% ~ -10%I△n
-20% ~ -10%I△n
輸出
輸出方式
一組常開、一組轉(zhuǎn)換
一組常閉或常開、一組轉(zhuǎn)換
觸點(diǎn)容量
5A 250VAC
5A 30VDC
AL1:8A 250VAC; 5A 30VDC
AL2:6A 250VAC; 5A 30VDC
復(fù)位方式
就地、遠(yuǎn)程
就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng)
環(huán)境
工作溫度
運(yùn)行溫度:-20℃ ~ +55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃ ~ +70℃
工作濕度
≤95%RH,不結(jié)露,無腐蝕性氣體場(chǎng)所
海拔高度
≤2000m
污染等級(jí)
3級(jí)
安裝類別
Ⅲ類
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目
指標(biāo)
電源
電壓范圍
AC/DC85V~265V
*大功耗
≤10VA
輸入
*大測(cè)量支路數(shù)
16路
剩余電流測(cè)量范圍
1mA~30A
額定剩余動(dòng)作電流I△n
1 mA ~30A連續(xù)可調(diào)
動(dòng)作特性
AC正弦交流電流及脈動(dòng)直流電流
頻率
50Hz±5Hz
動(dòng)作延時(shí)
0~10s可設(shè)
開關(guān)量
2路無源干接點(diǎn)輸入
輸出
輸出方式
1路水浸報(bào)警繼電器(常開)
16路剩余電流報(bào)警繼電器(常開)
觸點(diǎn)容量
AC 250V/3A DC 30V/3A
重合閘
次數(shù)
0~99連續(xù)可設(shè)
間隔時(shí)間
0~999秒連續(xù)可設(shè)
通訊
方式1
RS485通訊,Modbus-RTU協(xié)議
方式2(可選)
4G無線通訊
環(huán)境要求
溫度
工作溫度:-10℃~55℃,存儲(chǔ)溫度:-30℃~70℃
濕度
≤95%,不結(jié)露
海拔
≤2500m
平均***工作時(shí)間
≥50000小時(shí)
4.3選用說明
剩余電流動(dòng)作繼電器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意低壓系統(tǒng)的接線型式。
系統(tǒng)形式
系統(tǒng)接線
說明
TT系統(tǒng)
采用ASJ。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流很小,且較難估計(jì),達(dá)不到開關(guān)的動(dòng)作電流,外殼上將出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓。
TN-S系統(tǒng)
可采用ASJ。更快速靈敏切斷故障,以提高安全可靠性,此時(shí)PE線不得穿過互感器,N線穿互感器,且不得重復(fù)接地。
其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用,防止出線誤動(dòng)作或者不動(dòng)作的情況。剩余電流互感器的選擇應(yīng)根據(jù)主回路的額定電流為參考選擇,
型號(hào)
孔徑
主回路額定電流
變比
AKH-0.66L45
45mm
80A
1A:1mA
AKH-0.66L80
80mm
250A
1A:1mA
AKH-0.66L100
100mm
400A
1A:1mA
AKH-0.66L150
150mm
630A
1A:1mA
AKH-0.66L200
200mm
1000A
1A:1mA
AKH-0.66L-260*100II
265*104mm
1000A
1A:1mA
實(shí)際應(yīng)如圖所示,互感器安裝在主回路或者支路上,通過測(cè)量剩余電流判斷是否驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。
ASJ10/20剩余電流繼電器典型應(yīng)用
ASJ60剩余電流監(jiān)測(cè)儀典型應(yīng)用
4.4注意事項(xiàng)
當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)作為電擊防護(hù)附加防護(hù)措施時(shí),應(yīng)符合下列規(guī)定:
額定剩余電流動(dòng)作值不應(yīng)大于30mA;額定電流不超過32A的下列回路應(yīng)裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD):供一般人員使用的電源插座回路;室內(nèi)移動(dòng)電氣設(shè)備;人員可觸及的室外電氣設(shè)備。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)不應(yīng)作為保護(hù)措施;采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD)時(shí)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)接地導(dǎo)體(PE)。5結(jié)論
RCD是一種非常重要的用電保護(hù)電器,廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)、工控箱、電氣設(shè)備控制系統(tǒng)等場(chǎng)所,保護(hù)人身安全和設(shè)備安全。本文基于用電設(shè)備的電流矢量計(jì)算,闡述了RCD在交流低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用特性,定性定量地分析了供電方式(單相、三相三線、三相四線)、負(fù)載接線方式(三角形聯(lián)結(jié)、星形聯(lián)結(jié)帶中性線、星形聯(lián)結(jié)不帶中性線)、接地系統(tǒng)類型(TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng))對(duì)RCD工作的影響。結(jié)合上述內(nèi)容可知,RCD適用于TT接地系統(tǒng)和TN接地系統(tǒng),不適用于IT接地系統(tǒng);但在TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)中,還需要根據(jù)供電方式和負(fù)載接線方式選擇合適的RCD(帶中性極、不帶中性極),并進(jìn)行正確接線,以起到漏電保護(hù)的作用。特別地,若圖4(a)中B所示的情景忽略人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分觸電(禁止非相關(guān)人員靠近),根據(jù)預(yù)期的不平衡電流選擇合適額定值的RCD,參考式(10),可以用RCD作三相不平衡保護(hù)。另外,根據(jù)電流矢量的分析方法,還可以排查因RCD導(dǎo)致的電氣故障,以快速恢復(fù)正常用電。
隨著電網(wǎng)的發(fā)展及用電設(shè)備的更新?lián)Q代,只具備剩余電流保護(hù)功能的保護(hù)器已經(jīng)不能滿足需求,現(xiàn)通常將過電流保護(hù)、剩余電流保護(hù)、隔離等功能融為一體,如帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的塑殼斷路器(molded case circuit breaker,MCCB)、帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operatedcircuit-breakers with integral overcurrent protection,RCBO)和不帶過電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器(residual current operated circuit-breakers withoutintegral overcurrent protection,RCCB)等,這些用電保護(hù)電器在剩余電流動(dòng)作保護(hù)模塊上與文中的RCD原理是一致的。
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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.06版
作者簡(jiǎn)介:李明君,男,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事剩余電
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