用电管理：一、漏电保护器的工作原理

用电管理：一、漏电保护器的工作原理、使用范围、接线方式国内外多年的运行经验表明， 推广使用漏电保护器， 对防止触电伤亡事故， 避免因漏电而引起的火灾事故 ,具有明显的效果。本文就广泛使用的电流型漏电保护器 (以下简称漏 电保护器 )的工作原理及应用作些介绍。1、漏电保护器的工作原理：漏电保护器主要包括检测元件 (零序电流互感器 )、 中间环节 (包括放大器、 比较器、 脱扣器等 )、执行元件 (主开关 )以及试验元件等几个部分。三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理示意图。 TA 为零序电流互感器 ,GF 为主开关 ,TL 为主开关的分励脱扣器线圈。在被保护电路工作正常 ,没有发生漏电或触电的情况下 ,由克希荷夫定律可知 ,通过 TA一次侧的电流相量和等于零 ,即： 这样 TA的二次侧不产生感应电动势 ,漏电保护器不动作 ,系统保持正常供电。 当被保护电路发生漏电或有人触电时 ,由于漏电电流的存在 ,通过 TA一次侧各相电流的相量和不再等于零 ,产生了漏电电流 Ik。在铁心中出现了交变磁通。在交变磁通作用下 ,TL 二次侧线圈就有感应电 动势产生 ,此漏电信号经中间环节进行处理和比较 ,当达到预定值时 ,使主开关分励脱扣器线圈 TL 通电 ,驱动主开关 GF 自动跳闸 ,切断故障电路 ,从而实现保护。用于单相回路及三相三线制的漏电保护器的工作原理与此相同 ,不赘述。2、装设漏电保护器的范围1992 年国家技术监督局发布的国标 GB13955292《漏电保护器安装和运行》 ,对全国 城乡装设漏电保护器做出统一规定。2.1 必须装漏电保护器 (漏电开关 )的设备和场所(1)属于 I 类的移动式电气设备及手持式电动工具 (I 类电气产品 ,即产品的防电击保护不仅依靠设备的基本绝缘 ,而且还包含一个附加的安全预防措施 ,如产品外壳接地 ); (2)安装在潮湿、强腐蚀性等恶劣场所的电气设备 ; (3)建筑施工工地的电气施工机械设备 ; (4)暂设临时用电的电器设备 ; (5)宾馆、饭店及招待所的客房内插座回路 ; (6)机关、学校、企业、住宅等建筑物内的插座回路 ; (7)游泳池、喷水池、浴池的水中照明设备 ; (8)安装在水中的供电线路和设备 ; (9)医院中直接接触人体的电气医用设备 ; (10)其它需要安装漏电保护器的场所。2.2 报警式漏电保护器的应用对一旦发生漏电切断电源时 ,会造成事故或重大经济损失的电气装置或场所 ,应安装 报警式漏电保护器 ,如 : (1)公共场所的通道照明、应急照明 ; (2)消防用电梯及确保公共场所安全的设备 ; (3)用于消防设备的电源 ,如火灾报警装置、消防水泵、消防通道照明等 ; (4)用于防盗报警的电源 ; (5)其它不允许停电的特殊设备和场所。3、漏电保护器额定漏电动作电流的选择正确合理地选择漏电保护器的额定漏电动作电流非常重要 :一方面在发生触电或泄 漏电流超过允许值时 ,漏电保护器可有选择地动作 ;另一方面 ,漏电保护器在正常泄漏电 流作用下不应动作 ,防止供电中断而造成不必要的经济损失。漏电保护器的额定漏电动作电流应满足以下三个条件 : (1)为了保证人身安全 ,额定漏电动作电流应不大于人体安全电流值 ,国际上公认 30mA 为人体安全电流值 ; (2)为了保证电网可靠运行 ,额定漏电动作电流应躲过低电压电网正常漏电电流 ; (3)为了保证多级保护的选择性 ,下一级额定漏电动作电流应小于上一级额定漏电 动作电流 ,各级额定漏电动作电流应有级差 112～ 215 倍。第一级漏电保护器安装在配电变压器低压侧出口处。该级保护的线路长 ,漏电电流较大 ,其额定漏电动作电流在无完善的多级保护时 ,最 大不得超过 100mA; 具有完善多级保护时 ,漏电电流较小的电网 ,非阴雨季节为 75mA, 阴雨季节为 200mA; 漏电电流较大的电网 ,非阴雨季节为 100mA, 阴雨季节为 300mA 。第二级漏电保护器安装于分支线路出口处 ,被保护线路较短 ,用电量不大 ,漏电电流 较小。漏电保护器的额定漏电动作电流应介于上、下级保护器额定漏电动作电流之间 , 一般取30～ 75mA。第三级漏电保护器用于保护单个或多个用电设备 ,是直接防止人身触电的保护设 备。 被保护线路和设备的用电量小 ,漏电电流小 ,一般不超过 10mA, 宜选用额定动作电 流为30mA, 动作时间小于 011s 的漏电保护器。4、漏电保护器的正确接线方式TN 系统是指配电网的低压中性点直接接地 ,电气设备的外露可导电部分通过保护 线与该接地点相接。TN 系统可分为 : TN2S 系统 整个系统的中性线与保护线是分开的。TN2C 系统 整个系统的中性线与保护线是合一的。TN2C2S 系统 系统干线部分的前一部分保护线与中性线是共用的 ,后一部分是分开的。TT 系统配电网低压侧的中性点直接接地 ,电气设备的外露可导电部分通过保护线 直接接地。漏电保护器在 TN 及 TT 系统中的各种接线方式如图 2～ 5 所示。安装时必须严格区分 中性线 N 和保护线 PE。三极四线或四极式漏电保护器的中性线 ,不管其负荷侧中性线是 否使用都应将电源中性线接入保护器的输入端。经过漏电保护器的中性线不得作为保护线 ,不得重复接地或接设备外露可导电部分 ;保护线不得接入漏电保护器。摘要 :漏电电流动作保护器简称漏电保护器，又叫漏电保护开关，主要是用来在设备发 生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电进行保护。漏电保护在电气安全领域尚属比 较新的技术。近三十年来，随着电子技术的发展，高灵敏度、快速动作型漏电保护装置 获得了极大的发展。德国、法国、英国、美国、日本等国乃至国际电工委员会都先后建 立漏电电流动作保护器简称漏电保护器，又叫漏电保护开关，主要用来在设备发生漏电 故障时以及对有致命危险的身触电进行保护。漏电保护在电气安全领域尚属比较新的技术。近三十年来，随着电子技术的发展，高灵敏度、快速动作型漏电保护装置获得了极大的发展。德、法国、英国、美国、日本等国乃至国际电工委员会都先后建立和修订了漏电保护装置的产品标准及其关联标准和法规。在我国漏电保护装置生产厂家众多，产品品种繁多，国家制订了国家标准《漏电电流动作保护器》 （ GB6829-86 ） ，该标准对漏电保护器的特性、分类、工作条件和 安装条件、结构与性能要求、试验方法、检验规则等方面作出了明确的规定。一、漏电保护器的原理和构成漏电保护器在反应触电和漏电保护方面具有高灵敏性和动作快速性，是其他保护电器，如熔断器、自动开关等无法比拟的。自动开关和熔断器正常时要通过负荷电流，他们的动作保护值要避越正常负荷电流来整定，因此他们的主要作用是用来切断系统的相间短路故障（有的自动开关还具有过载保护功能） 。而漏电保护器是利用系统的剩余电流反应和动作，正常运行时系统的剩余电流几乎为零，故它的动作整定值可以整定得很小（一般为 mA 级） ，当系统发生人身触电或设备外壳带电时，出现较大的剩余电流，漏电保护器则通过检测和处理这个剩余电流后可靠地动作，切断电源。那么漏电保护器是如何起到保护作用呢？我们知道， 电气设备漏电时， 将呈现异常的电流或电压信号， 漏电保护器通过检测、 处理此异常电流或电压信号，促使执行机构动作。我们把根据故障电流动作的漏电保护 器叫电流型漏电保护器，根据故障电压动作的漏电保护器叫电压型漏电保护器。由于电 压型漏电保护器结构复杂，受外界干扰动作特性稳定性差，制造成本高，现已基本淘汰。 目前国内外漏电保护器的研究和应用均以电流型漏电保护器为主导地位。电流型漏电保护器是以电路中零序电流的一部分 （通常称为残余电流） 作为动作信 号，且多以电子元件作为中间机构，灵敏度高，功能齐全，因此这种保护装置得到越来 越广泛的应用。电流型漏电保护器的构成分四部分：1.检测元件：检测元件可以说是一个零序电流互感器。被保护的相线、中性线穿过环形铁心，构成了互感器的一次线圈 N1 ，缠绕在环形铁芯上的绕组构成了互感器的二次线圈 N2 ，如果没有漏电发生，这时流过相线、中性线的电流向量和等于零，因此在N2 上也不能产生相应的感应电动势。如果发生了漏电，相线、中性线的电流向量和不等于零，就使 #$上产生感应电动势，这个信号就会被送到中间环节进行进一步的处理。2.中间环节： 中间环节通常包括放大器、 比较器、 脱扣器， 当中间环节为电子式时， 中间环节还要辅助电源来提供电子电路工作所需的电源。中间环节的作用就是对来自零 序互感器的漏电信号进行放大和处理，并输出到执行机构。3.执行机构：该结构用于接收中间环节的指令信号，实施动作，自动切断故障处的 电源。4.试验装置：由于漏电保护器是一个保护装置，因此应定期检查其是否完好、可靠。试验装置就是通过试验按钮和限流电阻的串联，模拟漏电路径，以检查装置能否正常动作。二、漏电保护器的分类漏电保护器可以按其保护功能、结构特征、安装方式、运行方式、极数和线数、动 作灵敏度等分类， 这里主要按其保护功能和用途分类进行叙述， 一般可分为漏电保护继 电器、漏电保护开关和漏电保护插座三种。1.漏电保护继电器是指具有对漏电流检测和判断的功能，而不具有切断和接通主回路功能的漏电保护装置。漏电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。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漏电、接地或绝缘监视保护。当主回路有漏电流时，由于辅助接点和主回路开关的分离脱扣器串联成一回路。因此辅助接点接通分离脱扣器而断开空气开关、交流接触器等，使其掉闸，切断主回路。辅助接点也可以接通声、光信号装置，发出漏电报警信号，反映线路的绝缘状况。2.漏电保护开关是指不仅它与其它断路器一样可将主电路接通或断开，而且具有对漏电 流检测和判断的功能，当主回路中发生漏电或绝缘破坏时，漏电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。目前这种形式的漏电保护装置应用最为广泛，市场上的漏电保护开关根据功能常用 的有以下几种类别：（ 1）只具有漏电保护断电功能，使用时必须与熔断器、热继电器、过流继电器等 保护元件配合。（ 2）同时具有过载保护功能。（ 3）同时具有过载、短路保护功能。（ 4）同时具有短路保护功能。（ 5）同时具有短路、过负荷、漏电、过压、欠压功能。3.漏电保护插座是指具有对漏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，漏电动作电流 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。三、漏电保护器的选用原则国家为了规范漏电保护器的正确使用，相继颁布了《漏电保护器安全监察规定》 （劳安字（ 1999） 16 号）和《漏电保护器安装与运行（ GB13955-92 ）等一系列标准和规定。依据这些标准和规定，我们在选用漏电保护器时应遵循以下主要原则：1.购买漏电保护器时应购买具有生产资质的厂家产品，且产品质量检测合格。在这里要提醒大家： 目前市场上销售的漏电保护器有不少是不合格品。 2002 年 10 月 28 日， 国家质检总局公布漏电保护器产品质量抽查结果，有 20%左右的产品不合格，其主要 问题为：有的不能正常分断短路电流，消除火灾隐患；有的起不到人身触电的保护作用； 还有一些不该跳闸时跳闸，影响正常用电。2.应根据保护范围、人身设备安全和环境要求确定漏电保护器的电源电压、工作电流、漏电电流及动作时间等数。3.电源采用漏电保护器做分级保护时，应满足上、下级开关动作的选择性。一般上一级漏电保护器的额定漏电电流不小于下一级漏电保护器的额定漏电电流，这样既可以灵敏 地保护人身和设备安全，又能避免越级跳闸，缩小事故检查范围。4.手持式电动工具（除 III 类外） 、移动式生活用家电设备（除 III 类外） 、其他移动式机电设备，以及触电危险性较大的用电设备，必须安装漏电保护器。5.建筑施工场所、临时线路的用电设备，应安装漏电保护器。这是《施工现场临时用电安全技术规范》 （ JGJ46-88）中明确要求的。6.机关、学校、企业、住宅建筑物内的插座回路，宾馆、饭店及招待所的客房内插座回路，也必须安装漏电保护器。7.安装在水中的供电线路和设备以及潮湿、高温、金属占有系数较大及其他导电良好的场所，如机械加工、冶金、纺织、电子、食品加工等行业的作业场所，以及锅炉房、水 泵房、食堂、浴室、医院等场所，必须使用漏电保护器进行保护。8.固定线路的用电设备和正常生产作业场所，应选用带漏电保护器的动力配电箱。临时使用的小型电器设备，应选用漏电保护插头（座）或带漏电保护器的插座箱。9.漏电保护器作为直接接触防护的补充保护时（不能作为唯一的直接接触保护） ，应选用高灵敏度、快速动作型漏电保护器。一般环境选择动作电流不超过 30mA ， 动作时间不超过 0.1s.， 这两个参数保证了 人体如果触电时，不会使触电者产生病理性生理危险效应。在浴室、游泳池等场所漏电保护器的额定动作电流不宜超过 10mA 。在触电后可能导致二次事故的场合，应选用额定动作电流为 6mA 的漏电保护器。10.对于不允许断电的电气设备，如公共场所的通道照明、应急照明、消防设备的电源、用于防盗报警的电源等，应选用报警式漏电保护器接通声、光报警信号，通知管理人员 及时处理故障。四、漏电保护器的安装除应遵守常规的电气设备安装规程外，还应注意以下几点：1.漏电保护器的安装应符合生产厂家产品说明书的要求。2.标有电源侧和负荷侧的漏电保护器不得接反。如果接反，会导致电子式漏电保护器的脱扣线圈无法随电源切断而断电，以致时间通电而烧毁。其五，由于中性点已经接地，中性线发生重复接地很难被发现，中性线重复接地会 使漏电保护器发生分流拒动和串流误动。可见漏电保护器的确存在着技术误区，而且这些技术误区与电网中性点接地是密切 相关的，而使用漏电保护器时，电网中性点又不能不接地，因此在漏电保护器的技术思 路内解决其频动、拒动问题是不大可能的。3.安装漏电保护器不得拆除或放弃原有的安全防护措施， 漏电保护器只能作为电气安全防护系统中的附加保护措施。4.安装漏电保护器时，必须严格区分中性线和保护线。使用三极四线式和四极四线式漏电保护器时，中性线应接入漏电保护器。经过漏电保护器的中性线不得作为保护线。5.工作零线不得在漏电保护器负荷侧重复接地，否则漏电保护器不能正常工作。6.采用漏电保护器的支路，其工作零线只能作为本回路的零线，禁止与其他回路工作零线相连，其他线路或设备也不能借用已采用漏电保护器后的线路或设备的工作零线。7.安装完成后，要按照《建筑电气工程施工质量验收规范（ GB50303-2002 ） 3.1.6 条款，即 “ 动力和照明工程的漏电保护器应做模拟动作试验 ” 的要求，对完工的漏电保护 器进行试验，以保证其灵敏度和可靠性。试验时可操作试验按钮三次，带负荷分合三次， 确认动作正确无误，方可正式投入使用。五、漏电保护器的运行漏电保护器的安全运行要靠一套行之有效的管理制度和措施来保证。除了做好定期 的维护外，还应定期对漏电保护器的动作特性（包括漏电动作值及动作时间、漏电不动 作电流值等）进行试验，做好检测记录，并与安装初始时的数值相比较，判断其质量是 否有变化。在使用中要按照使用说明书的要求使用漏电保护器，并按规定每月检查一次，即操 作漏电保护器的试验按钮，检查其是否能正常断开电源。在检查时应注意操作试验按钮 的时间不能太长，一般以点动为宜，次数也不能太多，以免烧毁内部元件。漏电保护器在使用中发生跳闸，经检查未发现开关动作原因时，允许试送电一次， 如果再次跳闸，应查明原因，找出故障，不得连续强行送电。漏电保护器一旦损坏不能使用时，应立即请专业电工进行检查或更换。如果漏电保 护器发生误动作和拒动作，其原因一方面是由漏电保护器本身引起，另一方面是来自线 路的缘由，应认真地具体分析，不要私自拆卸和调整漏电保护器的内部器件。最后还需特别指出两点：1.当发生人体单相触电事故时（这种事故在触电事故中几率最高） ，即在漏电保护器负载侧接触一根相线（火线）时它能起到很好的保护作用。如果人体对地绝缘，此时触及 一根相线一根零线时，漏电保护器就不能起到保护作用。2.由于漏电保护器的作用是防患于未然，电路工作正常时反映不出来它的重要，往往不易引起大家的重视。有的人在漏电保护器动作时不是认真地找原因，而是将漏电保护器 短接或拆除，这是极其危险的，也是绝对不允许的。在两网改造中，大量使用了剩余电流动作漏电保护器，几年过去了，事实证明，漏电保 护器损坏、人为解除运行现象非常严重。用电损耗问题，安全用电问题仍然严峻。纠其 原因是多方面的，但直接原因是漏电保护器的频动、拒动，严重影响了正常用电，使管、 用电人员对漏电保护器失去信心，甚至放弃。关键词：漏电保护器频动技术误区在两网改造中，大量使用了剩余电流动作漏电保护器，几年过去了，事实证明，漏 电保护器损坏、人为解除运行现象非常严重。用电损耗问题，安全用电问题仍然严峻。 纠其原因是多方面的，但直接原因是漏电保护器的频动、拒动，严重影响了正常用电， 使管、用电人员对漏电保护器失去信心，甚至放弃。漏电保护器的频动，包括两个方面：一是电网确有接地时，漏电保护器正常动作。在这种正常动作中，因电网老化、气 候环境变化， 电网产生接地点引起的动作占绝大多数， 而因人身触电引起的动作则是极 少数。可以想象，能够正常用电是人们的第一需求，为了防止发生概率极低的人身触电 伤害而招致频繁的停电，影响正常生产和生活当然会造成人们的烦恼。二是电网本来没有发生接地，而是漏电保护器在以下情况下可能产生误动：1，由于漏电保护器是信号触发动作的，那么在其它电磁干扰下也会产生信号触发漏电保护器动作，形成误动。2，当电源开关合闸送电时，会产生冲击信号造成漏电保护器误动。3，多分支漏电之和可以造成越级误动。4，中性线重复接地可能造成串流误动。可见，由于漏电保护器在技术上就存在这些产生误动的可能性，会使漏电保护器的 频动问题更加严重，更加复杂。从技术原理上分析，漏电保护器也存在可能产生拒动的技术误区。1， 当中性线产生重复接地时， 会使漏电保护器产生分流拒动， 而中性线重复接地点是 很难找到的。2，当电源缺相，所缺相又正好是漏电保护器的工作电源时，会产生拒动。由以上分析可以看出，漏电保护器在实际使用中发生的频动、拒动问题，既有客观 环境和管理的原因，也有漏电保护器本身技术上的误区。尤其是使用漏电保护器要求电 网中性点必须接地，而漏电保护器的技术误区大多与电网中性点接地有关：其一，由于中性点接地，电网相线的支撑物常年承受相电压，因而支撑物被击穿， 形成电网接地点，造成泄漏，引起漏电保护器频动。其二，由于中性点接地，当相线偶尔接地时，会立即产生很大的泄漏电流，不仅增 大电损，易引起火灾，更会加剧漏电保护器的频动。其三，由于中性点接地，当人身触电时，会立即产生很大的电击流，对人的生命威 胁非常大，即使有漏电保护器也是先遭电击，再动作保护，如果动作迟缓或失灵，后果 会更加严重。其四， 由于中性点接地， 电网对地分布电容接在回路中， 会加大开关合闸时的对地冲击电流，造成误动。