住宅電氣安全升級(jí)：揭秘剩余電流保護(hù)裝置的應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】剩余電流保護(hù)裝置(RCD)在應(yīng)用中要使其額定漏電不動(dòng)作電流不小于電氣線路和設(shè)備的正常泄漏電流的大值的2倍。RCD的設(shè)置位置要考慮到泄漏電流和工程造價(jià)因素。作者提出將GB50096-19996．5．2．7條改為：“每幢住宅的總電源進(jìn)線或相關(guān)處的斷路器應(yīng)具有漏電保護(hù)功能"，不僅增加規(guī)范的可執(zhí)45-性，也增強(qiáng)了規(guī)范的嚴(yán)謹(jǐn)性。文章后列出了住宅用配電箱系統(tǒng)的兩個(gè)例子，以及與之配合的防火災(zāi)RCD設(shè)置的舉例。

【關(guān)鍵詞】工廠與建筑；安全性；漏電保護(hù)器；設(shè)計(jì)

0前言

在住宅電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置的應(yīng)用是至關(guān)重要的。這種裝置能夠有效預(yù)防電氣火災(zāi)和人身安全事故的發(fā)生。我們需要理解什么是剩余電流。在理想情況下，電流從電源出發(fā)，經(jīng)過用電設(shè)備后，應(yīng)全部返回電源。然而，在實(shí)際使用過程中，由于絕緣損壞、線路老化等原因，部分電流可能沒有按預(yù)定路徑流動(dòng)，這就是所謂的“剩余電流"。剩余電流雖然數(shù)值較小，但其潛在危害極大。一旦人體接觸到帶有剩余電流的設(shè)備或線路，就可能發(fā)生觸電事故。同時(shí)，剩余電流還可能引發(fā)電氣火災(zāi)。因此，對(duì)剩余電流的監(jiān)控和保護(hù)就顯得尤為重要。

 在住宅電氣設(shè)計(jì)中，剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置，就是一種有效的防護(hù)手段。當(dāng)檢測到剩余電流超過設(shè)定值時(shí)，RCD會(huì)自動(dòng)切斷電源，從而避免觸電和火災(zāi)事故的發(fā)生。RCD還能提供過載保護(hù)和短路保護(hù)功能。這意味著，無論是電器設(shè)備自身的問題，還是外部因素導(dǎo)致的異常情況，RCD都能及時(shí)作出反應(yīng)，確保住宅電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置在住宅電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅能有效預(yù)防觸電和火災(zāi)事故，還能提供全面的電氣保護(hù)。因此，我們強(qiáng)烈建議在住宅設(shè)計(jì)中廣泛采用此類裝置。

剩余電流保護(hù)裝置(也稱漏電保護(hù)電器，本文簡稱RCD)作為防電擊的重要措施之一，在生活、工作中得到了廣泛的應(yīng)用。RCD在切斷供電回路保護(hù)措施中，與過電流保護(hù)電器相比，對(duì)接地故障引起的電擊事故的防范具有很高的動(dòng)作靈敏度。因此，在因經(jīng)常挪動(dòng)而易發(fā)生接地故障的手持或移動(dòng)式設(shè)備的配電回路中得到了廣泛應(yīng)用，以確保人身安全。

1RCD的參數(shù)選擇

I、la．o及t是RCD極為重要的參數(shù)。，為該電器的額定漏電動(dòng)作電流，，是額定漏電不動(dòng)作電流，t為RCD的動(dòng)作時(shí)間。通常，及，的關(guān)系是：I=1／21或者說額定漏電不動(dòng)作電流la．o小值為0．51△。正常運(yùn)行時(shí)，由于電氣設(shè)備及線路對(duì)地電阻和電容形成的阻抗不可能無窮大，因此電氣設(shè)備及線路對(duì)地是有泄漏電流的。這種泄漏不會(huì)引起對(duì)人身

的傷害乃至火災(zāi)危險(xiǎn)，但會(huì)引起RCD誤動(dòng)作。國標(biāo)GB13955-1992((漏電保護(hù)器安裝和運(yùn)行》5．3．1條對(duì)此作了規(guī)定：“選擇漏電保護(hù)器的額定漏電動(dòng)作電流值時(shí)，應(yīng)充分考慮到被保護(hù)線路和設(shè)備可能發(fā)出的正常泄漏電流，必要時(shí)可通過實(shí)際測量取得被保護(hù)線路或設(shè)備的泄漏電流值"。5．3．2條還規(guī)定：“選用的漏電保護(hù)器的額定漏電不動(dòng)作電流，應(yīng)不小于電氣線路和設(shè)備的正常泄漏電流的大值的2倍"。如果用，表示住宅用電設(shè)備的大正常泄漏電流，其與I…la．o之間的關(guān)系為：

21△∞=I

即

I≤0．5IA∞=0．25I△

國標(biāo)GB4706．1《家用和類似用途電器安全通用要求》列出有關(guān)家用電器正常泄漏電流見表1及表2。用電設(shè)備的泄漏電流是隨多種因素而變化的，

有人在天津7月～8月期間對(duì)住宅家用電器及BV導(dǎo)線穿PVC管暗設(shè)時(shí)的正常泄漏電流進(jìn)行測試，見表3。額定動(dòng)作電流為30mA的RCD能充分保證人身安全，所以在防電擊的保護(hù)措施中，I△n =30mA的RCD得到廣泛應(yīng)用。

2RCD的設(shè)置位置

一直以來，不少人對(duì)GB50096-1999《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》6．5．2條關(guān)于RCD設(shè)置位置有異議。筆者認(rèn)為，規(guī)范的要求是一個(gè)低標(biāo)準(zhǔn)，它要求手握式或移動(dòng)式供電回路一定要設(shè)RCD。對(duì)住宅電源進(jìn)戶處是否安裝RCD并未規(guī)定。關(guān)鍵是設(shè)計(jì)人員要注意正常泄漏電流，與RC之，之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，避免RCD誤動(dòng)作。

對(duì)于前述被測住宅而言，其正常泄漏電流之和達(dá)11．19mA。若在住戶用配電箱進(jìn)線處設(shè)，An：30mA的RCD，則無法滿足I≤0．25I的要求，電源進(jìn)線處設(shè)置的RCD有誤動(dòng)作的可能。

注：1)落地?zé)艨砂礋晒鉄粲?jì)算泄漏電流。

2)空調(diào)器為室內(nèi)機(jī)，落地式或墻掛式。

3)熒光燈裝于鋼筋混凝土頂板上，附電感式整流器。

如要在手握式或移動(dòng)式設(shè)備的供電回路上裝設(shè)I=30mA的RCD，在電源進(jìn)線處設(shè)置，△≥100mA的RCD那當(dāng)然好，問題是工程造價(jià)許可與否。據(jù)悉。因經(jīng)濟(jì)上的原因房地產(chǎn)開發(fā)商是不同意此種設(shè)計(jì)方案的。同樣，在空調(diào)供電回路及照明回路是否需裝設(shè)RCD亦應(yīng)由工程造價(jià)決定。

空調(diào)設(shè)備因體大量重屬固定設(shè)備，發(fā)生接地故障時(shí)，對(duì)人體的危害遠(yuǎn)不如手握式(或移動(dòng)式)設(shè)備。這是因?yàn)槭治帐皆O(shè)備接地故障時(shí)，人的手掌肌肉對(duì)電流的反應(yīng)是不受大腦指令的，會(huì)對(duì)帶電導(dǎo)體緊握不放，無法迅速脫離帶電體，因此要求快速切斷電源回路就極為重要。所以，規(guī)范要求對(duì)供電給手握式和移動(dòng)式電氣設(shè)備的末端配電線路切斷電源大時(shí)間為0．4s(GB50054-1995之4．4．7條)。對(duì)于供電給固定式設(shè)備的末端線路，由于固定設(shè)備體大量重，不易被手抓住，發(fā)生故障時(shí)，人體易于掙脫。綜合考慮各類技術(shù)及經(jīng)濟(jì)因素，規(guī)范將此類固定設(shè)備的切斷時(shí)間定為“不宜大于5s"。固定的照明器常是高高掛起(不含臺(tái)燈、落地?zé)舻炔遄╇娬彰髌?，其照明線路多暗設(shè)于樓板或墻體內(nèi)，發(fā)生接地故障時(shí)，其造成的危害也遠(yuǎn)不如手握式或移動(dòng)式設(shè)備。

當(dāng)然?？照{(diào)設(shè)備、照明設(shè)備(不含臺(tái)燈、落地?zé)簟⒋差^燈等由插座供電的照明設(shè)備)供電回路不裝設(shè)RCD，并不等于說這些設(shè)備或線路不會(huì)發(fā)生接地故障。發(fā)生故障時(shí)，由于PE線貫通整個(gè)裝置，故障引起的危險(xiǎn)對(duì)地電壓通過PE線蔓延至所有的手握式和移動(dòng)式設(shè)備的金屬外殼，對(duì)于空調(diào)等固定設(shè)備，其切斷故障電路的允許時(shí)間達(dá)5s，必然給正在使用手握或移動(dòng)式設(shè)備的人帶來危險(xiǎn)。為此，可遵循規(guī)范GB50o54—19954．4．9條之二：使配電箱至總等電位回路之間的一段PE線的阻抗不大于Zs（UL為安全電壓，50V；Uo為相線對(duì)地電壓；Z為故障回路阻抗)。

另一措施是實(shí)施局部等電位聯(lián)結(jié)，以消除或降低可導(dǎo)電部分的電位，這一措施在設(shè)計(jì)中利用土建工程已有的鋼筋加以聯(lián)結(jié)便可實(shí)施，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)且實(shí)用的方法。

至于在空調(diào)回路設(shè)置RCD，令其故障時(shí)切斷電源時(shí)間小于0．4s亦是可以的，仍是那句話：工程造價(jià)允許方可實(shí)施。

RCD不僅能對(duì)人身提供安全保護(hù)，而且也能對(duì)漏電引起的火災(zāi)進(jìn)行防范?？茖W(xué)家的研究告訴我們，500mA(0．5A)是引起火災(zāi)的小點(diǎn)燃電流，也就是說500mA以下的電弧能量是不足以引燃起火的。當(dāng)然僅有500mA的點(diǎn)燃電流并不見得會(huì)引起火災(zāi)，因?yàn)榛馂?zāi)的形成不僅要有火源(此處為點(diǎn)燃電流)，還要有可燃物及火災(zāi)蔓延的可能。這就是說，當(dāng)泄漏電流達(dá)到500mA時(shí)，有發(fā)生火災(zāi)的可能，但不一定會(huì)發(fā)生火災(zāi)。

隨著人們生活水平提高，全國各地都在開發(fā)不同類型的住宅小區(qū)，盡管住宅小區(qū)所處位置不同，其面積大小各異，豪華程度參差不齊，然而對(duì)安全的要求都是相同的。GB50096

-19996．5．2之7條要求“每幢住宅的總電流進(jìn)線斷路器，應(yīng)具有漏電保護(hù)功能"。在電氣火災(zāi)日趨增多的今天，編制該條文是有現(xiàn)實(shí)意義的，對(duì)于多層及低層住宅而言，上述條文是合理的，給設(shè)計(jì)工作提供了依據(jù)。

一般的多、低層住宅，按一梯兩戶計(jì)，每門棟的住戶不會(huì)超12戶或6戶，按6．5．2之7條規(guī)定，在總電流進(jìn)線斷路器設(shè)漏電保護(hù)功能，一旦發(fā)生漏電，查詢范圍小，受停電影響的戶數(shù)較少。

如果住宅樓為高層，例如24層，若按一梯7戶計(jì)，則為168戶。每戶安裝容量為6kW，用電量則達(dá)1008kW。有人用一路電源供電，總開關(guān)容量應(yīng)在700A以上，設(shè)計(jì)者將框架式斷路器(ACB)的接地故障保護(hù)作為防電氣火災(zāi)的措施。通常ACB接地故障整定電流為其額定電流的20％，ACB的額定電流，若為800A，接地故障動(dòng)作電流為800×0．2=160A，這么大的動(dòng)作電流對(duì)防電擊和電氣火災(zāi)幾無功效，它的作用在于發(fā)生接地故障時(shí)，提高保護(hù)線路絕緣的過電流防護(hù)靈敏度。

出于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的原因，我國規(guī)范也允許采用分離式零序電流互感器加繼電器作用于斷路器或令其報(bào)警(IEC標(biāo)準(zhǔn)中已不予考慮)。但這種零序電流互感器的窗口直徑無法做得很大，也難以滿足大容量回路的防火要求。即使能在實(shí)際中實(shí)施，由于戶數(shù)過多，查找故障需花費(fèi)時(shí)日，影響面實(shí)在太大。

于是有人采用兩回電源或三回電源進(jìn)線，每回線需負(fù)擔(dān)84戶或56戶用電，按6．5．2之7條規(guī)定，在上述電源總進(jìn)線裝設(shè)RCD，一旦發(fā)生危及火災(zāi)的漏電時(shí)，電源進(jìn)線跳閘或報(bào)警，故障面影響之大亦是不言而喻的，再加上查找漏電故障有一定難度，會(huì)給住戶帶來不便。

高層住宅往往采用母線槽或預(yù)分支電纜，或電纜分支箱等作為供電介質(zhì)。如果能令每兩層或三層共用的插接箱或分支箱處的斷路器具有漏電保護(hù)功能，也可以滿足6．5．2之條要求。這樣，就可較大限度地縮減故障面。

如果將6．5．2之7條改為“每幢住宅的總電源進(jìn)線或及其相關(guān)處的斷路器，應(yīng)具有漏電保護(hù)功能"，不僅增加規(guī)范的可執(zhí)行性，也增強(qiáng)了規(guī)范的嚴(yán)謹(jǐn)性。

3工程實(shí)例

圖1及圖2列出了住宅用配電箱系統(tǒng)的兩個(gè)方案，而圖3及圖4分別為與圖1、圖2配合的防火災(zāi)RCD設(shè)置的方案。經(jīng)濟(jì)條件允許的話，三級(jí)RCD的設(shè)計(jì)方案(圖4)當(dāng)然較優(yōu)，但在工程設(shè)計(jì)中。采用的仍是圖3方案。圖4中-=A"RCD的作用均不相同，插座處設(shè)置。In=30mA的RCD，在間接接觸防護(hù)中保護(hù)人身安全，且又是直接接觸保護(hù)的后備保護(hù)。In=100mA的RCD是作為防電氣火災(zāi)而設(shè)置的，由于其動(dòng)作時(shí)間要求小于0．2s，因而又可作為間接接觸防護(hù)的后備保護(hù)。In=0．3～1A的RCD的作用純粹是為防電氣火災(zāi)而設(shè)置。這種三級(jí)設(shè)置大優(yōu)點(diǎn)是大限度減小故障面，對(duì)于上述所述的一幢高層約要增加十余萬元的投資，不知投資商能否接受。

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“測試"、“復(fù)位"功能；

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測儀具有以下功能：16路剩余電流監(jiān)測，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)

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測儀技術(shù)指標(biāo)

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。

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，

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)作為的保護(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）。

• 剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置是住宅電氣系統(tǒng)中的安全設(shè)備。它可以有效地監(jiān)控電路中的剩余電流，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)迅速切斷電源。這種保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原理基于電流平衡原則，當(dāng)電流流入和流出電路的量不匹配時(shí)，RCD會(huì)檢測到剩余電流的存在并觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。在住宅電氣設(shè)計(jì)中，使用RCD可以顯著提高電氣系統(tǒng)的安全性。它可以預(yù)防因電器設(shè)備故障、接地故障或絕緣老化等原因?qū)е碌碾姄羰鹿?。此外，RCD還可以減少電氣火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楫?dāng)電路發(fā)生短路或過載時(shí)，它會(huì)迅速切斷電源，避免電線過熱引發(fā)火災(zāi)。
  

參考文獻(xiàn)：

【1】凌智敏.剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置在住宅電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.

【2】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.06版

作者簡介：劉細(xì)鳳，女，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