漏电保护器

漏电保护器工作原理

漏电保护器，用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护，也可以作为三相电动机的缺相保护。它有单相的，也有三相的。

由于其以漏电电流或由此产生的中性点对地电压变化为动作信号，所以不必以用电电流值来整定动作值，所以灵敏度高，动作后能有效地切断电源，保障人身安全。

根据保护器的工作原理，可分为电压型、电流型和脉冲型三种。电压型保护器接于变压器中性点和大地间，当发生触电时中性点偏移对地产生电压，以此来使保护动作切断电源，但由于它是对整个配变低压网进行保护，不能分级保护，因此停电范围大，动作频繁，所以已被淘汰。脉冲型电流保护器是当发生触电时使三相不平衡漏电流的相位、幅值产生的突然变化，以此为动作信号，但也有死区。目前应用广泛的是电流型漏电保护器，所以下面主要介绍电流型的保护器。一、电流型漏电保护器的分类

按动作结构分，可分为直接动作式和间接动作式。直接动作式是动作信号输出直接作用于脱扣器使掉闸断电。间接动作式是对输出信号经放大、蓄能等环节处理后使脱扣器动作掉闸。一般直接动作式均为电磁型保护器，电子型保护器均为间接动作式。

在型式上，按保护器具有的功能大体上可分为三类：

（1）漏电继电器。只具备检测、判断功能，不具备开闭主电路功能。

图1为漏电缆电器的结构示意图。它分组装式和分装两种。

图1电流型漏电继电器的结构示意图

组装式主要部件有零序电流互感器、漏电脱扣器、试验回路、触头系统和塑料外壳。触头系统有动断触头、动合触头各一，用以将执行信号送向执行机构。试验回路包括试验按钮和模拟漏电阻抗的电阻，用以在运行中试验漏电继电器动作是否正常和灵敏。分装式是将漏电脱扣器分离出来，再由外部接线连接。

（2）漏电开关。同时具备检测、判断、执行功能。它是漏电继电器和开关的结合体。

（3）漏电保护插座。将漏电开关和插座组合在一起，使插座具备触电保护功能。适用于移动电器和家用电器。

二、电流型漏电保护器的工作原理

图2为漏电保护器的工作原理图。图中LH为零序电流互感器，它由坡莫合金为材料的铁芯，和绕在环状铁芯上的二次线圈组成检测元件。电源相线和中性线穿过圆孔成为零序互感器的一次线圈。互感器的后部出线即为保护范围。

图2漏电保护器的工作原理图

正常情况下，三相负荷电流和对地漏电流基本平衡，流过互感器一次线圈电流的相量和约为零，即由它在铁芯中产生的总磁通为零，零序互感器二次线圈无输出。当发生触电时，触电电流通过大地成回路，亦即产生了零序电流。这个电流不经过互感器一次线圈流回，破坏了平衡，于是铁芯中便有零序磁通，使二次线圈输出信号。这个信号经过放大、比较元件判断，如达到预定动作值，即发执行信号给执行元件动作掉闸，切断电源。

由工作原理可见，当三相对地阻抗差异大，三相对地漏电流相量和达到保护器动作值时，将使断路器掉闸或送不上电。同时三相漏电流和触电电流相位不一致或反相，会降低保护器的灵敏度。

电流型漏电保护器可实施分级保护，以达到选择性动作。漏电保护器动作方框图见图3。

图3 电流型漏电保护器动作方框图

三、电流型漏电保护器的额定值

（1）额定频率为50HZ。

（2）额定电压Un为220V，380V。

（3）辅助电源电压Usn为：直流为 12、24、40、60、110、220V；交流为12、48、220、380V。

（4）额定电流In为6、10、16、2O、25、32、4O、 50、（60）、63、100、（125）、160、200、250A。带括号的不优先推荐采用。

（5）额定漏电动作电流In·dz为0.006、0.01、（0.015）、0.03、（0 .05）、（0.075）、0.1、（0.2）、0.3、0.5、1、3、5、10、20A。带括号的值不优先采用。

（6）额定漏电不动作电流的优选值为0.5I n·dz。

（7）漏电保护器的最大分断时间：

l）* 直接接触保护。当动作电流I n·dz≤0.03A时，若保护器流过的零序电流为1倍I n·dz时为0.2s，2倍时为0.1s，流过0.25A时为0.04s；

2）间接接触防护。流过l倍时为0.2S，2倍时为O.1S，5倍时为0.04s；

延时型漏电保护器只适用于间接接触保护，其In·dz＞0.03A。延时保护延时时间的优选值为0.2、0.4、0.8、1、1.5、2s。

四、应用范围

漏电保护器的应用范围如下：

（1）无双重绝缘，额定工作电压在110V以上时的移动电具。

（2）建筑工地。

（3）临时线路。

（4）家庭。

防止直接接触带电体保护的动作电流直为30mA，0.1s内动作。

可按需要安装间接接触保护的漏电保护器。

五、安装要求

（1）被保护回路电源线，包括相线和中性线均应穿入零序电流互感器。

（2）穿入零序互感器的一段电源线应用绝缘带包扎紧，捆成一束后由零序电流互感器孔的中心穿入。这样做主要是消除由于导线位置不对称而在铁芯中产生不平衡磁通。

（3）由零序互感器引出的零线上不得重复接地，否则在三相负荷不平衡时生成的不平衡电流，不会全部从零线返回，而有部份由大地返回，因此通过零序电流互感器电流的向量和便不为零，二次线圈有输出，可能会造成误动作。

（4）每一保护回路的零线，均应专用，不得就近搭接，不得将零线相互连接，否则三相的不平衡电流，或单相触电保护器相线的电流，将有部分分流到相连接的不同保护回路的零线上，会使二个回路的零序电流互感器铁芯产生不平衡磁动势。

（5）保护器安装好后，通电，按试验按钮试跳。

六、运行维护

漏电保护器运行维护注意事项如下：

（1）应制订制度，专人维护，定期试跳，并做好运行记录。

（2）遇有问题，应分析处理，不得擅自退出运行，或有意识使其失效。

（3）在正常运行时跳闸，若原因为电动机启动或大电流冲击，则采取交替启动，适当调整定位，或带短延时躲过冲击。若系下雨等原因使漏电流增加造成，则可临时调节灵敏

漏电保护器工作原理

从电路的基本原理上讲，任何电气回路都是需要电流流入和流出的导线构成回路才能实现能量传输。单相电源不管直流和交流都需要两根导线构成。

1，电压这一概念是相对的，比如：10伏直流电源的正极接地，则负极对地的电压就是-10伏。两极都不接地时，每一极对地电压都是虚电位，这个虚点位的数值由于环境、天气回路构成、设备对地绝缘情况等的影响有所不同，但是一般不会比电源电压高多少。交流电压是随时间不断交替变化极性的，也就是说把任何一极接地，另一极的电压都是从高到低、从正到负不断变化的，即使两端都不接地回路也照样能够正常工作。

2，一般我们日常接触到的直流回路的电压较低，在安全电压以下，所以没有危及人身安全的情况发生，所以，直流回路不需要接地。

3，民用交流电源回路的电压一般在220伏（单相），从发电机发出的电压一般为10千伏（为了使用户电压保持额定值抵消线路上的电压降低多数发电厂发电机发出的电压是13.8千伏），经过升压后传输到供电网络

（13.8kV--220kV--500kV）再降压传输到城市供电网

（500kV--220kV-66kV-10kV-380V）在传输过程中都是三相电源同时供电的，每一电压等级的变化都是通过变压器来转换的。

3.1 220千伏和500千伏三相电源的中性点是必须接地的，这是考虑到线路和变电设备的绝缘配合及发生短路故障时继电保护装置的实现所必须的。

3.2 66千伏至10千伏的供电线路，一般采取中性点不直接接地的方式。这种方式也是系统的绝缘配合和继电保护装置的要求实现的。

3.3 解释一下三相电源与单相电源的区别：发电机发出的电源都是三相的，三相电源的每一相与其中性点都可以构成一个单相回路为用户提供电力能源。注意在这里交流回路中不能称做正极或负极，应该叫线端（民用电中称火线）和中性线（民用电中称零线）。

3.4 按照规定，380伏（三相）的民用电源的中性点是不应该在进户端接地的（在变压器端接地，这个接地是考虑到不能因悬浮点位造成高于电源电压的点位，用户端的接地与变压器端的接地在大地中是存在一定的电阻的），供电方式是一根火线和一根零线（中性点引出线）构成回路，在单相三芯的电源插孔中还接有一根接地线。这是考虑到漏电保护器功能的实现，（漏电保护器的工作原理是：如果有人体触摸到电源的线端即火线，或电器设备内部漏电，这时电流从火线通过人体活电器设备外壳流入大地，而不流经零线，火线和零线的电流就会不相等，漏电保护器检测到这部分电流差别后立刻跳闸保护人身和电器的安全，一般这个

差流选择在几十毫安）如果，把电源的中性点直接接地（这在民用电施工中是不允许的），漏电保护器就失去了作用，不能保护人身和电器设备的短路了。

漏电保护器工作原理

低压配电系统中，为保证安全用电，对一般住宅用户均配有过负荷、短路速断和漏电三种保护，前两种保护贵报已有相关文章详细介绍。下面以笔者就使用中的某型电流型漏电保护器实物测绘的电原理图(见附图)，说明其工作原理。

电流型漏电保护器由电流互感器CT、触发控制电路、驱动继电器以及供继电器工作的电源几部分组成。电流互感器为一绕在环型铁芯上的线圈，即电流互感器的二次绕组，一次线圈是穿过互感器通向用户住宅室内的电源线。

正常情况下，即无漏电发生时，流过相线L和中性线N的电流大小相等，方向相反，两个电流通过互感器时，在铁芯中所产生的磁通也大小相等，但方向相反，磁通互相抵消。因无磁通的变化，互感器二次绕组中也就无感应电动势，回路中也无电流。

当被保护电路有漏电时，比如发生接地、人身触电等，这时部分电流将由人体或导电体经由大地返回，流经互感器的的两个电流抵消后还有剩余电流，这个剩余电流引起磁通变化，互感器二次绕组中就产生了感应电动势。这个感应电动势加至由电阻R1、R2、稳压二极管VD1(此处稳压二极管的作用是旁路感应电动势中的负向成分及将触发脉冲限制在可控硅触发极所能承受的电压范围之内的作用)及电容C组成的触发脉冲形成电路上，输出一正向触发脉冲到单向可控硅SCR

的控制极，可控硅导通，沟通继电器K的工作回路，K动作。再通过继电器的触点SW分断(这个SW一般由与之配套的带有过负荷和短路速断保护功能的低压断路器担任)，从而切断电源。

由于这一系列动作的时间非常短(设计要求小于或等于0.1秒)，电流也小(漏电流≤30mA动作)，所以不会对触电者造成损伤性触电。继电器K的工作电源，由交流220V经VD2～VD5组成的桥式整流电路整流后获得。

图中R3和自复式开关AN组成实验电路，可以很方便地在现场或定期测试该保护器是否正确动作。YM为一阈值为470V的压敏电阻，用以防止瞬时高电压的侵入。漏电保护器若干应用问题的分析探讨

１关于防火用ＲＣＤ的漏电动作电流ＩΔｎ选择

从电气火灾事故的统计分析表明，建筑电气接地故障中的电弧性对地短路引发电气火灾的机率甚高，电弧性对地短路相对于一般相线对地短路，其显著特点是故障回路阻抗较大，故障电流较小，不能足以使短路保护电器（断路器）及时动作切断回路电源。但是电弧性短路的故障电流往往足以引发电气火灾，因此ＩＥＣ标准和我国建筑电气有关规范都对应用ＲＣＤ防止电气火灾提出了要求。

根据一些资料的介绍，防火用ＲＣＤ的ＩΔｎ值在０．２～０．５Ａ之间选取。我国的《民用建筑电气设计规范》（ＪＧＪ／Ｔ１６—９２）提出ＩΔｎ值

可在０．３～０．５Ａ的范围中选定，《低压配电设计规范》（ＧＢ５００５４—９５）则规定ＩΔｎ值不大于０．５Ａ。此外《住宅设计规范》（ＧＢ５００９６—１９９９）也规定了每幢住宅建筑应装置防火用的总漏电保护器。

规定设置防火用ＲＣＤ的出发点是正确的，但在工程的实施中遇到不少问题，其中最主要的是难于选取ＩΔｎ的值，选取过大会影响防火功能，选得过小又怕频繁跳闸断电。影响ＩΔｎ取值的关键之一是如何避开线路和负载正常泄漏电流峰值的问题（即防止ＲＣＤ误动作的问题）。目前要确定正常泄漏电流峰值是十分困难的，它受到与线路负载相关的多种不定因素影响（下面将对此作专门的分析和探讨）。对于现行国标硬性规定ＩΔｎ取值不大于０．５Ａ，国内专家也有不同的看法。一些专家认为ＩΔｎ取值不应受０．５Ａ的限制，ＩＣＥ标准允许大于０．５Ａ，甚至可达２０Ａ。其次，ＩΔｎ值大于０．２Ａ的大容量ＲＣＤ极少具有现成产品，需要专门设计制造。较长的制造工期和较高的造价，对其在工程中应用有一定的影响。笔者曾向设计单位和供电部门有关人员征询对住宅建筑装置防火用ＲＣＤ的意见，设计和供电部门人员均表示目前难于实施，尤其是供电部门担心频繁跳闸断电带来运行维护管理的诸多麻烦和不良影响。据了解，目前在广州建筑电气工程中装置防火ＲＣＤ的甚少，可以说基本上未能实施规范的要求。鉴于上述，笔者认为有必要重视进一步研究解决ＩΔｎ准确选取的问题，并在修订相关标准中予以明确，以便为工程有关各方提供更加科学的可循之规。

２关于空调器回路装设ＲＣＤ的问题

由于《住宅设计规范》（ＧＢ５００９６—１９９９）提到：负载为空调器的供配电回路可以不设置漏电保护，故目前相当多的住宅（甚至是办公楼、商场、饭店等）空调器回路不装ＲＣＤ。其实看待这个问题应该一分为二。

从节省投资降低工程造价的出发点考虑，对于室内机为塑料外壳且室外机又装于不易触及外墙上的这种挂壁式分体空调器，空调器回路可不装ＲＣＤ。但是，随着城市人民生活水平的不断提高，居住环境条件的逐步改善，使用室内机为金属外壳的立柜式分体空调器的住户日益增多，而且室外机装在阳台易于触及之处的例子也不少。在这些情况下，假如空调器发生单相对地短路的接地故障，但断路器又不能及时动作切断故障回路电源，这样除了空调器外壳本身带电之外，还殃及其他非故障用电器，造成人身电击的几率明显增大。因此，不能一概而论地认为空调器的回路可以不装ＲＣＤ。

从以下两例可说明当金属外壳空调器回路不装ＲＣＤ时，发生接地故障造成的危险性。

如图１所示，在ＴＮ－Ｓ接地系统中，假设空调器Ｋ回路用断路器保护，而另一用电器Ｄ用ＲＣＤ保护。当空调器Ｋ发生不完全单相对地短路时，由于短路电流较小，不能使断路器动作切断故障回路电源，空调器Ｋ金属外壳上带有故障电压ＵＫ。通过ＰＥ的连线，又使ＵＫ被引到另一非故障用电器Ｄ的金属外壳上。可以推知，若该接地系统中还有其他金属外壳接地的用电器，则系统中所有外壳接地用电器的金属外壳均同时带电。即使系统中其他用电器（包括用电器Ｄ）回路装设有ＲＣＤ，也不能发挥漏电保护的效能。这样，接地故障面将大为扩展，危险性将大为增加。

又如图２所示，在ＴＴ接地系统中，假设空调器Ｋ发生近似于完全单相对地短路的故障。但由于ＴＴ系统故障电流较小，不能使断路器动作，致空调器外壳带有危险性极高的故障电压ＵＫ，

ＵＫ＝Ｕ０Ｒ１／（Ｒ＋Ｒ１）（１）

式（１）中：

Ｒ——电源侧接地电阻值（Ω）

Ｒ１——负荷侧接地电阻值（Ω）

Ｕ０——相线对地电压（Ｖ）

Ｕ０＝２２０Ｖ

设：Ｒ＝４Ω，Ｒ１＝４Ω，

则：ＵＫ＝２２０×４／（４＋４）＝１１０Ｖ。

此时系统中所有外壳接地用电器（包括空调器Ｋ和用电器Ｄ）的金属外壳均同时带电，且外壳的故障电压远大于安全电压。与图１例子同理，已装设的ＲＣＤ也不能发挥效能。因此，在ＴＴ接地系统中，若空调器回路不装设ＲＣＤ，则难以满足其系统接地故障保护动作特性的要求：ＩｄＲ１≤５０（Ｖ），（Ｉｄ为保证保护电器切断故障回路的动作电流）。

综上所述，笔者建议：应在有关规范中修改空调器回路可不装设ＲＣＤ的条文，并对金属外壳空调器的回路明确规定其应装设ＲＣＤ。

３关于消防设备供配电系统装设ＲＣＤ的问题

消防设备的供配电系统若装设ＲＣＤ，虽然具备漏电保护功能，但无论是正常动作还是误动作切断电源，都可能影响消防设备的正常功能，甚至造成事故，引起重大损失。因此，权衡利弊，还是认为消防设备的供配电系统一般不应装设断电式ＲＣＤ。如系统对漏电保护要求较高，只能装设不切断电源的报警式ＲＣＤ。另外，可以依靠加强接地装置（包括重复接地和等电位联结）的可靠性来弥补没有断电式ＲＣＤ的不足。

４关于电气线路和负载存在正常泄漏电流而造成ＲＣＤ误动作的问题

由于电气线路和用电负载的绝缘强度不可能无限大，所以供配电系统中总是存在一定的正常泄漏电流。当泄漏电流达到ＩΔｎ值时，ＲＣＤ动作断电。按一些电气装置泄漏电流的实验或估算资料介绍：低压配电的导线因截面变化及绝缘材料不同而导致正常泄漏电流有较大的差异。如：４ｍｍ２聚氯乙烯绝缘导线穿管敷设时，正常泄漏电流约为５２ｍＡ／ｋｍ；但同截面同敷设方式的橡皮绝缘导线，其正常泄漏电流约为２７ｍＡ／ｋｍ，两者相差近一倍。家用电器的正常泄漏电流也因不同类型而异，如：空调器约为１～５ｍＡ／台，电视机约为３．５ｍＡ／台，电脑约３．５ｍＡ／台。电动机的正常泄漏电流随功率增大而增大，且起动时较正常运行时有数倍之差。如：１．５ｋＷ电机正常运行时泄漏电流约为０．１５ｍＡ，起动时却达０．６ｍＡ；５５ｋＷ电机正常运行时泄漏电流约为１．２１ｍＡ，起动时却达近８ｍＡ。

从ＲＣＤ的工作原理可知：当系统的实际漏电的电流（即剩余电流）ＩΔ≤ＩΔｎｏ时，ＲＣＤ肯定不应动作；当ＩΔ≥ＩΔｎ时，ＲＣＤ肯定应动作；当ＩΔｎｏ＜ＩΔ＜ＩΔｎ时，ＲＣＤ可能动作，也可能不动作。为保证ＲＣＤ不因电气线路和负载存在正常泄漏电流而误动作，应使ＲＣＤ的额定漏电不动作电流ＩΔｎｏ不小于电气线路和用电负载正常泄漏电流ＩΔ１的Ｋ１倍，即满足下式：

ＩΔｎｏ≥Ｋ１ＩΔ１（２）

式（２）中：Ｋ１——可靠系数。Ｋ１的取值受ＲＣＤ和线路、设备所处环境的温湿度等多种因素的影响，为防止ＲＣＤ的误动作，保证其正常运行，一般取Ｋ１＝２．０。故式（２）化为：

ＩΔｎｏ≥２ＩΔ１（３）

又由ＲＣＤ的产品标准可知：

ＩΔｎ＝２ＩΔｎｏ（４）

由上式（３）、（４）得：

ＩΔｎ≥４ＩΔ１（５）

式（５）所表达的意义是：只有选择ＲＣＤ的额定漏电动作电流ＩΔｎ不小于其所保护系统（含线路和负载）正常泄漏电流的４倍，才能可靠保证ＲＣＤ不因正常泄漏电流而发生误动作。式（５）可称为ＲＣＤ运行可靠性条件。

以上一些正常泄漏电流的数据和ＲＣＤ运行可靠性条件，给我们提示了一个带有普遍性的问题：随着供配电线路长度的增加和多台用电器同时使用率提高，回路正常泄漏电流的增大在所难免，而按规范规定选用ＩΔｎ＝３０ｍＡ的ＲＣＤ作为末端线路及用电器防电击保护不能排除发生误动作跳闸的可能性。要解决这一矛盾，除应尽量选用绝缘强度高，正常泄漏电流小的导线和用电器之外，还应在受ＲＣＤ保护回路中尽量缩短导线长度和减少用电器数量，这些都是降低ＲＣＤ误动作几率行之有效的措施。

在上述减少正常泄漏电流，降低ＲＣＤ误动作的几率的措施中，减少受ＲＣＤ所控制的用电器数量是最为实用有效的一种。为此，在供配电系统中，有必要进行优化设计，使每一ＲＣＤ所控制的回路（含用电器）数尽量减少。

一个较为常见的低压配电设计方案，该方案虽然少用ＲＣＤ，但整体上可降低工程造价，误动作的机率将大大增加，往往影响用户的正常用电。而且，即使是ＲＣＤ实施漏电保护功能而正常动作，也会使受保护的各支路同时被断电，带来诸多不便。随着经济的不断发展，特别是小康住宅的不断发展，保证建筑电气设备和家用电器设备的正常可靠运行日益受到重视。这样，就要求住宅供配电系统（包括ＲＣＤ）的可靠性应不断提高。如将图３的设计方案改进为图４的设计方案，不但可使ＲＣＤ误动作几率大为减少，而且出现接地故障的支路ＲＣＤ动作断电后不影响其它支路正常工作，给用户带来极大的方便。

５结束语

笔者祈望通过上述对ＲＣＤ有关应用问题的分析探讨，抛砖引玉，使电气工程中正确（含优化）选用ＲＣＤ的问题得到同行的进一步重视，ＲＣＤ的应用技术得以进一步发展，从而尽量减少其副作用，促进其保护效能的提高。

参考文献

1 中华人民共和国国家标准.《漏电保护器安装和运行（GB13955-92）》中国标准出版社，1993

2 中华人民共和国国家标准.《低压配电设计规范（GB50054-95）》中国计划出版社，1996

3 中华人民共和国国家标准.《住宅设计规范（GB50096-1999）》中国建筑工业出版社，1999

4 中华人民共和国国家标准.《建筑电气工程施工质量验收规范

（GB50303-2002）》中国计划出版社，2002

5 中华人民共和国行业标准.《民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92）》中国计划出版社，1993