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电气百科:剩余电流动作保护器

关键词:剩余电流动作保护器

时间:2018-02-24 14:05:43       来源:网络

剩余电流动作保护器(residual current operated protective devices)在规定的条件下,当剩余电流达到或超过基准值时,能断开被保护电路,或输出机械触点开闭信号或发出报警信号的机械电气或组合电器,简称剩余电流保护器,又称为漏电保护器、漏电开关。

剩余电流保护器(见图1)广泛使用在低压电网中,用来防止人体触电、电气火灾及因接地故障引起的人身伤害及电气设备损坏事故。剩余动作电流小于0.03A、动作时间小于0.1s,且在250mA时动作时间小于0.04s的保护器,可以用作直接接触电击的补充保护,其他动作特性的保护器用作电气火灾防护或间接接触电击保护。装设剩余电流动作保护器后,仍应以预防为主,并同时采取其他各项防止人体触电和电气设备损坏事故的技术措施。

一、工作原理

剩余电流动作保护器包括检测元件(剩余电流互感器)、判别元件(剩余电流脱扣器)、执行元件(机械开关电器或报警装置)、试验装置和电子信号放大器(仅电子式剩余电流保护器)等部分,如图2所示。

正常情况下,剩余电流动作保护器所控制的电路中没有发生触电、漏电或接地故障,此时通过剩余电流互感器一次回路的电流矢量和等于零,即IL1+IL2+IL3+IN=0

故电流IL1、IL2、IL3和IN在电流互感器铁芯中产生的磁通的矢量和也为零,即ΦL1+ΦL2+ΦL3+ΦN=0

这样在电流互感器的二次侧没有感应电压输出。

当电路中发横设备漏电、有人触电灯接地故障时,通过设备接地电阻RA有一个接地电流I0流过,这时通过剩余电流互感器的电流矢量和不等于零,为IL1+IL2+IL3+IN=I0

剩余电流互感器铁芯中产生的磁通的矢量和也不等于零,为

ΦL1+ΦL2+ΦL3+ΦN=Φ0

剩余电流互感器二次回路有感应电压输出,此电压直接或通过一个电子信号放大器施加在剩余电流脱扣器的脱扣线圈上,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。


图2 剩余电流保护电器的工作原理

二、分类

按动作功能与电源电压的相关性分为电磁式(与电源电压无关)和电子式(与电源电压有关);按极数和电流回路数分为单极二线式、二级二线式、二级三线式、三级三线式、三级四线式、四极四线式;按额定剩余电流的可调性分不可调式和可调式;按动作延时特性分为非延时型和延时型;按直流分量情况分为AC型、A型、B型。AC型保护器只在交流剩余电流时能正确动作,A型保护器在交流剩余电流和脉动直流剩余电流时都能正确动作,B型保护器在剩余正弦交流电流、剩余脉动直流电流和平滑直流电流时均能正确动作。

北美、日本等国家和地区主要使用电子式剩余电流动作保护器,电子式和电磁式在中国都有应用,其中电子式较多,占80%以上。电磁式和电子式剩余电流动作保护器特点比较见表。

电磁式和电子式剩余电流动作保护器特点比较

项目 电磁式剩余电流动作保护器 电子式剩余电流动作保护器
辅助电源 不需要 需要
电压波动对特性的影响 有(采取稳压措施可减少影响)
电压故障时工作状况 不受影响 电源故障时不能动作(电压跌落或电源线断开)
温度对特性的影响 很小 有(有温度补偿措施可减少影响)
绝缘耐压能力
耐过电压能力 弱(有过电压保护器可提高耐过电压能力)
外界电磁场的影响 抗电磁干扰性能好 抗电磁干扰性能差(电子电路中采用抗干扰措施可减少影响)
结构 较复杂 简单
工艺要求
接线要求 进出线可反接 进出线不能反接(电子回路有断开装置可反接)
电流等级 大额定电流等级制造困难,一般在125A以下 大额定电流等级制造方便。配电装置用的剩余电流保护器额定电流较大
剩余动作电流 一般大于等于10mA 可以制成高灵敏度的,剩余动作电流为6mA
制造成本 较高 较低
派生功能 只能制成快速动作型或S型(不驱动时间0,06s) 可派生延时、预报警、故障报警、显示等多种功能
耐冲击振动性能 受到一定的限制 较好
安装规划 不受限制 欧洲及澳洲有些国家非专业人员使用电子式剩余电流动作保护器

三、应用场合

1、以末端保护为基础。

必须安装剩余电流动作保护器的设备和场所包括:属于I类的移动式电气设备及手持式电动工具;生产用的电气设备;施工工地的电气机械设备;安装在户外的电气装置;临时用电的电气设备;机关、学校、宾馆、饭店、企事业单位和住宅等除壁挂式空调电源插座外的其他电源插座或插座回路;游泳池、喷水池、浴池的电气设备;安装在水中的供电线路和设备;医院中可能直接接触人体的电气医用设备;其他需要安装剩余电流动作保护器的场所。

2、作为企事业单位、公共场所、住宅等建筑物电气线路的分级 保护。

在总电源端、分支线首端或线路末端安装剩余电流动作保护器。电源端的第一级剩余电流动作保护器应满足防接地故障引起电气火灾和间接接触电击保护的要求,线路末端的剩余电流动作保护器应满足直接接触保护的要求。

3、作为农村电网电气线路的分级保护。

第一级保护(配电变压器低压侧总保护或各条低压出线的保护)主要考虑架空线路的接地故障保护,第二级保护主要作为分支线或农村集中安装电表箱、农业生产设备的电源配电箱后面线路的电气火灾保护和接地故障保护,末端保护包括居民住宅的保护和排灌站、农业加工厂的电气设备等固定安装的农业机械的保护。

四、选择依据

1、按电网情况及电源条件选择。

剩余电流动作保护器的极数和额定电压应与供电系统的相数和额定电压想匹配。

2、考虑自然条件、气候条件及环境对选择的影响。

剩余电流动作保护器应与使用环境条件相适应;对电源电压偏差较大地区的电气设备应优先选用动作功能与线路电压无关的剩余电流动作保护器;在高温或特低温环境中的电气设备应选用非电子型剩余电流动作保护器;作为家用电器保护用的剩余电流动作保护器,必要时可选用具有过电压波阿虎的剩余电流动作保护器;安装在易燃、易爆、潮湿或有腐蚀性气体等恶劣环境中时,应根据有关标准选用特殊防护条件的剩余电流动作保护器,或采取相应的防护措施。如潮湿场所适宜安装额定剩余动作电流为0.03A及以下一般型的剩余电流动作保护器。

3、按被保护负荷的性质选择。

对应用电子元器件较多的电气设备,电源装置故障含有脉动直流分量时,应选用A型剩余电流动作保护器。对负荷带有变频器、三相交流整流器、逆变器、UPS装置及特殊医疗设备(例如X射线设备、CT)等产生平滑直流剩余电流的电气设备,应选用B型剩余电流保护电器。

五、安装注意事项

1、符合安装运行规程的要求。

2、在不同的系统接地形式中应正确接线,安装剩余电流动作保护器后,不能撤掉低压供电线路和电气设备的保护接地措施,但应按有关规程要求进行检查和调整。

3、剩余电流动作保护器安装前应检查额定电压、额定电流、额定剩余动作电流及分断时间等是否与所安装的线路相匹配。

4、剩余电流动作保护器的接线端标有电源和负载时的接线要求时,必须按标志要求进行接线,电源侧与电源进线连接,负载侧连接用电设备,不得反接。

5、严格区分中性线和保护线,中性线应接入三极四线式或四极式剩余电流动作保护器。经过剩余动作电流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。保护线不得接入剩余电流动作保护器。

6、按制造厂规定的安装位置安装。

7、剩余电流断路器的短路能力应与安装地点可能发生的短路电流匹配,必须保证在电弧喷出方向有足够的飞弧距离。安装带有短路保护的剩余电流动作保护器外部连接的控制回路,应使用铜导线,其截面积不小于1.5mm2。

六、运行维护

剩余电流动作保护器安装好以后,应按有关电气设备安装规程的要求,检车绝缘电阻。电子式剩余电流动作保护器的电子线路会使电源线之间的绝缘电阻减低,但也不应小于几十千欧至几百千欧。在安装以后及投入使用以前至少应操作试验按钮试验3次,检查剩余电流动作保护器的动作功能。在以后的使用过程中,也要定期操作试验按钮,保证正常运行。雷雨季节应增加试验次数,雷击或其他不明原因使电流动作保护器动作后,应做检查。剩余电流动作保护器动作后,应查明事故原因,除经检查确属其本身发生故障外,严禁私自撤除剩余电流动作保护器强行送电。维修应由专业人员进行。

七、沿革

安全用电是衡量一个国家用电水平的重要标志之一。一些技术先进的国家对安全用电的基本理论和触点保护装置的生产和应用十分重视。1912年,德国研制出电压型保护器,用于保护电机外壳漏电;1940年,法国发明了电流型保护器;1962年,美国研制成功动作电流为5mA的电流型保护器;其后,德国、日本、法国等国家相继研制成功动作电流为30mA的电流型保护器。20世纪70年代,各国开始制定规程,强制在一些场所安装剩余电流动作保护器。

中国于20世纪70年代开始研制剩余电流动作保护器。1986年9月3日国家标准局颁发了GB6829—1986《漏电电流动作保护器(剩余电流动作保护器)》,1992年12月19日国家技术监督局批准了GB13955—1992《漏电保护器安装运行》,此后历经数次修订。规定了剩余电流动作保护器的性能要求、工作条件和试验方法。中国的低压电网基本上普及了剩余电流动作保护器。

随着电子技术、微电子技术、直流电流检测、信号处理等新技术的发展,剩余电流动作保护器具备的保护功能不断提高,出现以下新的保护特征。

1、B型剩余动作保护。

在对正弦交流和脉动直流剩余电流保护的基础上,可以对平滑直流剩余电流、频率至1000Hz的交流剩余电流行保护。

2、电弧故障保护。

通过故障电弧的特征与正常工作电弧(如电焊)的信号和其他类似信号进行区别,实现电弧故障引起的火灾的保护,在清除故障电弧时不影响正常线路的工作。

3、剩余电流保护无死区。

通过建立故障漏电动作与已存在的剩余电流无关的漏电保护模型,采用剩余电流变化量法对故障漏电的准确识别,消除了漏电保护死区,从根本上提高了漏电保护的可靠性。

4、剩余电流相量显示。

采用信号处理技术,由三个分量表示剩余电流,为用户准确掌握实际剩余电流状态提供了有效方法,提高了查找漏电故障的准确性和采取预防措施的有效性。

5、电流保护自动跟踪。

根据漏电电流的变化快慢实现故障漏电与正常漏电的区分,在正常漏电电流变化时,自动改变漏电动作阈值,实现自适应漏电保护,提高漏电保护的有效性。

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