淺談住宅建筑剩余電流的保護與應用

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：國家設計規(guī)范在住宅建筑剩余電流保護上規(guī)定了防止觸電的保護和防止火災的保護，對保護配合未給出明確做法。本文根據(jù)現(xiàn)有設計規(guī)范對住宅建筑剩余電流保護配合問題進行研究，提出了幾種解決方案。

關鍵詞：住宅建筑；剩余電流；電氣火災；用電

0 引言

隨著人民美好生活需要的日益增長、國家行業(yè)標準不斷提升，標準提升可能引發(fā)新的矛盾，需要研究解決。居民住宅供電的應用中，20世紀90年代，國家設計規(guī)范先后增加了用于防止觸電傷害和防止火災的剩余電流保護，本文主要討論居民住宅剩余電流保護配合問題。

1 住宅剩余電流保護存在配合問題

1.1其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護

《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定：“8.7.2住宅供電系統(tǒng)的設計，應符合下列規(guī)定：除壁掛式分體空調(diào)電源插座外，電源插座回路應設置剩余電流保護裝置；"（根據(jù)條文解釋，TT系統(tǒng)所有插座需設置剩余電流保護裝置）。

《低壓配電設計規(guī)范（GB50054-2011）》5.1.12規(guī)定：“額定剩余動作電流不超過30mA的剩余電流動作保護器，可作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護，但不能單獨作為直接接觸防護措施。"

作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護，一般電源插座回路選擇30mA、動作時間＜0.1s的剩余電流保護開關，通過反時限設定30mA保證人身在觸電發(fā)生時不至于發(fā)生心室顫動引發(fā)致命危險。此保護是為了人身存在的，下文簡稱防觸電剩余電流保護。

1.2防止火災發(fā)生設定的保護

現(xiàn)行《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定：“住宅供電系統(tǒng)的設計，應符合下列規(guī)定：每幢住宅的總電源進線應設剩余電流動作保護或剩余電流動作報警。"較早規(guī)范是要求每幢住宅安裝漏電保護動作于跳閘的，后來調(diào)整為可動作于報警。跳閘與報警各有優(yōu)劣，本文不予以討論。筆者認為，規(guī)范的調(diào)整說明每幢住宅建筑使用漏電保護動作與跳閘存在一些問題，本文主要就這些問題剖析、研究，提出解決方案給大家參考。

1.3防火剩余電流保護與防觸電剩余電流保護設計存在配合問題原因

根據(jù)前文所述，設計規(guī)范要求一般插座要求設置防觸電剩余電流保護，照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源插座已被規(guī)范排除要求使用防觸電剩余電流保護外，《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.3規(guī)定：“每套住宅應設置戶配電箱，其電源總開關裝置應采用可同時斷開相線和中性線的開關電器。"戶配電箱只要求同時斷開相線和中性線的開關，也未要求采用防觸電剩余電流保護。這就造成了如果每幢建筑按規(guī)定設定不大于500mA的防火剩余電流保護，一旦戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座發(fā)生接地短路或漏電，就會造成整幢建筑停電，且不易查清故障。

2 剩余電流保護設定與配合

2.1增設剩余電流保護位置

如果建筑設置不大于500mA的防火剩余電流保護，為防止戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座發(fā)生接地短路或漏電，保護誤動作于整幢建筑總開關，可在防火剩余電流保護與戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座間設置剩余電流保護。存在以下幾種增設方案：

（1）戶內(nèi)照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源增設剩余電流保護。由于出線保護配合問題出現(xiàn)原因，是國家規(guī)范未要求戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座設立剩余電流保護，所以在該回路增設剩余電流保護，并且保護定值與上級防火剩余電流保護配合，可以解決剩余電流保護配合問題。由于戶內(nèi)照明回路和壁掛式分體空調(diào)電源插座回路普遍泄漏電流小，故裝設帶防觸電的剩余電流保護開關一般不會產(chǎn)生誤動，還能起到防止意外觸電作用，同時，也防止了手持式電動工具使用壁掛式分體空調(diào)電源插座時，插座無剩余電流保護的觸電風險。因此，采用此種方式解決保護配合問題。但由于戶內(nèi)開關一般產(chǎn)權歸住戶私有，住戶裝修時，可選擇更換開關，一旦因為某種原因（如安裝空間不足）更換為非剩余電流保護開關，該回路發(fā)生的剩余電流故障就會造成整幢樓動作。采用此種方式解決配合問題時，應考慮補充其他措施來解決長期管理問題。

（2）戶內(nèi)總開關增設剩余電流保護。戶內(nèi)總開關增設剩余電流保護，如實現(xiàn)良好配合，能實現(xiàn)故障限定在戶內(nèi)，也可防止故障擴大。但如果照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源開關回路不設剩余電流保護且故障時，會造成戶內(nèi)總開關斷電，照明插座同時失電，造成居民生活不便。根據(jù)筆者實際經(jīng)驗，照明燈具故障可能會造成剩余電流保護故障跳閘，如戶內(nèi)總開關增設剩余電流保護，照明、插座同時失電，可能造成居民不便。此方案是前一個方案的替換方案，既有建筑改造配電箱位置不足，為節(jié)約成本可考慮此方案。

（3）運維分界點處增設剩余電流保護。供電公司或物業(yè)公司與居民住戶運維有分界點，這個分界點一般在計量表處，分界點以下線路和設施運維責任歸居民住戶所有，在運維分界點設置剩余電流保護容易區(qū)分責任，避免影響其他*用戶。

（4）單元開關等處增設剩余電流保護。在下文提到保護定值整定需要增加保護層級時，可分區(qū)增設剩余電流保護，分區(qū)可設立在樓總箱單元開關或單元箱總開關等處。

2.2保護定值要求

防觸電剩余電流保護的保護限定值來源于人體電流要求，限定值30mA，0.1s。由于設定已足夠小，生產(chǎn)設定更靈敏的開關產(chǎn)品會增加成本且容易誤動，所以防觸電保護限定值一般是統(tǒng)一的，無法通過改變整定值來實現(xiàn)防觸電保護配合。防火剩余電流電流來源于易產(chǎn)生火災的漏電電流限定，500mA的動作值不能突破，但存在小于500mA動作值的開關。根據(jù)《民用建筑設計規(guī)范GB51348-2019》對“電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的剩余電流動作報警值宜為300mA"的條文解釋，“剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器動作報警值300mA是引自《低壓電氣裝置第4-42部分：防護、熱效應第422節(jié)火災特別危險場所的防護措施》IEC60364-4-42-422火災防護的規(guī)定，泄漏電流達到了這一數(shù)值就可能會引起火災，因此建議報警值為300mA"。所以500mA是保護定值上限，但不是保護定值的值，保護定值的值在300mA及以下。防火漏電與防觸電剩余電流間配合不存在問題，防火剩余電流間配合可以采用電流配合和時間配合，保證繼電保護不誤動要求即可。

由于良好線路存在很小的正常漏電電流，電器設備本身也存在正常泄漏電流，同時，線路和電器設備啟動時也存在涌流。當整幢建筑擁有正常泄漏電流、涌流的設備、線路過多時，正常泄漏電流和涌流積累可能超過300mA，可能需要500mA保護定值來實現(xiàn)。對于涌流，因為送電時才出現(xiàn)，如果能用時限配合解決盡量采用時限定值配合躲過誤動，時限無法配合時才考慮電流定值配合。整幢建筑采用500mA保護定值時，建議分區(qū)塊設立保護，使各區(qū)塊處于300mA及以下剩余電流保護定值的保護下，以保證大部分線路的泄漏電流不高于300mA。區(qū)塊的設定可以在各單元、運維分界點，根據(jù)實際現(xiàn)狀決定，但分級不宜太多。

對既有建筑的整定配合，要經(jīng)過精確估算，防止老舊線路的非泄漏電流納入正常泄漏電流中予以保護排除。

3 安科瑞用電云平臺及選型

3.1安科瑞用電云平臺介紹

Acrelcloud-6000用電云管理系統(tǒng)能夠?qū)κＳ嚯娏?、設備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，并且通過云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進行分析，為用戶提供火災隱患的相關數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查，避免火災的發(fā)生。另一方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務，提升了服務質(zhì)量，對用戶的長遠發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點的4G網(wǎng)絡傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。

具體功能如下：

（1）用電監(jiān)管服務系統(tǒng)包含用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
    （2）用電監(jiān)管服務系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等，能實時顯示現(xiàn)場服務次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
    （3）手機APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本，能通過手機APP對每條報警記錄進行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
    （4）能對各個單位及設備的電氣運行情況進行自動統(tǒng)計和分析評估，并隨時展示電氣運行分析報告。
    （5）監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足國家法律法規(guī)和有關技術標準（GB14287.2《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》）的要求，并通過國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗提供的消防3C認證。
    （6）漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡接入用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。

3.2產(chǎn)品選型

3.2.1漏電火災監(jiān)控探測器

3.2.2故障電弧探測器 

安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時預警，提醒用戶處理，防止電弧導致的火災的發(fā)生。

AAFD可配合AF-GSM400使用并接入用電平臺，該產(chǎn)品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：

3.2.3限流式保護器

安科瑞限流式保護器型號代碼為ASCP200-1，有三種電流等級，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時預警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導致的火災的發(fā)生。

ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入用電平臺，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。

以下是ASCP200-1的主要功能：

短路保護功能。保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間（3…60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

表內(nèi)超溫保護功能。當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

配電線纜溫度監(jiān)測功能。當被監(jiān)測線纜溫度超過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

漏電流監(jiān)測功能。當被監(jiān)測的線路漏電超過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

保護器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3.2.4剩余電流互感器

3.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊 

AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊，該無線模塊為用電云平臺模塊。

AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個模塊可以接入30塊儀表。默認上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報警，會實時上傳數(shù)據(jù)。

3.2.6溫度傳感器

溫度傳感器為一熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護。

4 未來展望

4.1建議廠家增加防火剩余電流開關動作時間級數(shù)

從保護原理上講，防火剩余電流保護是為了防止電纜老化泄漏電流引發(fā)電氣火災，而電纜老化是長期的過程，不需要防火漏電實現(xiàn)非?？焖俚姆磻?。而在實際應用過程中，保護定值必須躲過合閘涌流，否則，容易出現(xiàn)保護誤動。如果整定時間不能躲過涌流，就必須加大整定電流，可能造成保護定值超過300mA或500mA。當定值超過500mA時，就不能作用于跳閘了，只能采用監(jiān)視的做法，而監(jiān)視的反應速度會明顯比跳閘慢很多，所以，建議廠家考慮防火剩余電流開關的保護定值時間增長、級數(shù)增多給應用更多的選擇。

4.2基于網(wǎng)絡化、智能化防火剩余電流保護未來可期

社會發(fā)展、信息化進步，造成信息化產(chǎn)品可靠性增高、成本降低，家用智能插座、智能電器產(chǎn)品不斷推新、完善，但工業(yè)化產(chǎn)品推進遲緩。網(wǎng)絡化可解決孤立元件間的保護配合難題，準確判斷故障來源，通過記錄分析泄漏電流發(fā)展過程，智能區(qū)分線路老化和正常泄漏電流未來可期。

【參考文獻】

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版.

作者簡介：劉細鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為用電裝置的研發(fā)與應用