漏电保护器的工作原理和应用

漏电保护器的工作原理和应用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，由克希荷夫立律可知，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，当达到预雄值时，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，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X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：(刀游泳池、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) H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) 苴它不允许停电的特殊设备和场所。3漏电保护器额泄漏电动作电流的选择正确合理地选择漏电保护器的额立漏电动作电流非常重要：一方而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；另一方而，漏电保护器在正常泄漏电流作用下不应动作，防I匕供电中断而造成 不必要的经)齐损失。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，额左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，额左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，下一级额左漏电动作电流应小于上一级额定漏电动作电流，各级额左漏电 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，英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 左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,宜选用额肚动作电流为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，电气设备的外需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系统系统下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，电气设备的外箜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，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。漏电保护装置安装和动作原因分析1漏电保护装置安装原则有金属外壳的I类移动式电气设备和手持电动工具、安装在潮湿或强腐蚀等恶劣场所的电气设备、建筑施 工工地的电气施工机械设备、临时性电气设备、宾馆等客房内的插座、触电危险性较大的民用建筑物内的插座、 游泳池或浴池类场所的水中照明设备、安装在水中的供电线路和电气设备，以及医院直接接触人体的电气医用 设备(胸腔手术室的除外)等均应安装漏电保护装垃。漏电保护装置的防护类型和安装方式要与电气设备的环境 条件和使用条件相适应。对于公共场所的通道照明电源和应急照明电源、消防用电梯及确保公共场所安全的电气设备、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)、用于防盗报警的电源，以及其他不允许突然停电的 场所或电气装苣的电源，漏电时立即切断电源将会造成事故或重大经济损失。在以上这些情况下，应装设不切断 电源的漏电报警装宜。从防止电击的角度考虑，使用安全电压供电的电气设备、一般环境条件下使用的具有双重绝缘或加强绝缘 结构的电气设备、使用隔离变压器供电的电气设备、在采用不接地的局部等电位联结措施的场所中使用的电气 设备以及其他没有漏电危险和电击危险的电气设备可以不安装漏电保护装置。装有漏电保护装置的电气线路和设备的泄漏电流必须控制在允许X围内，所选用漏电保护装置的额圮不动 作电流应不小于电气线路和设备的正常泄漏电流的最大值的2倍。当电气线路或设备的泄漏电流大于允许值时， 必须更换绝缘良好的电气线路或设备，当电气设备装有高灵敏度的漏电保护装卷时，电气设备单独接地装宜的 接地电阻可适当放宽，但应将预期的接触电压限制在允许X用内。安装漏电保护装置的电动机及其他电气设备 在正常运行时的绝缘电阻值不应低于0. 5MQ。安装漏电保护装置前，应仔细检查英外壳、铭牌、接线端子、试验按钮、合格证等是否完好。装设在进户 线上的带有剩余电流动作保护的断路器，其室内外配线的绝缘电阻，睛天不应小于0. 5MO.雨天不应小于0. 08MQ.配电变压器低压侧中性点的工作接地电阻，一般不应大于4Q但当配电变压器容量不 大于100kVA时， 接地电阻可不大于10Q.绝缘电阻以及接地电阻这两项规左是保证配电系统安全运行及保护器能否正确动作所 不可忽视的问题。用于防止触电事故的漏电保护装置只能作为附加保护。加装漏电保护装登的同时不得取消或放弃原有的安 全防护措施。安装带有短路保护的漏电开关，必须保证在电弧喷出方向留有足够的飞呱距离，漏电保护装亶不 宜装在机械振动大或交变磁场强的位垃。安装漏电保护装程应考虑到水、尘等因素的危害，采取必要的防护措 施。2漏电保护装宜的接线漏电保护装置的接线必须正确。接线错误可能导致漏电保护装置误动作，也可能导致漏电保护装苣拒动作。 接线前应分清漏电保护装置的输入端和输出端、相线和零线，不得反接或错接。输入端与输出端接错时，电子 式漏电保护装置的电子线路可能由于没有电源而不能正常工作。组合式漏电保护装卷控制回路的外部连接应使用铜导线，英截而积不应小于1.5mm2,连接线不宜过长。漏电保护装置负载侧的线路必须保持独立，即负载侧的线路(包括相线和工作零线)不得与接地装置连接， 不得与保护零线连接，也不得与具他电气回路连接。在保护接零线路中，应将工作零线分开，工作零线必须经 过保护器，保护零线不得经过保护器，或者说保护装置负载侧的零线只能是工作零线，而不能是保护零线。应当指出，漏电保护器后方设备的保护线不得接在保护器后方的零线上，否则，设备漏电时的漏电流经保 护器返回，保护器将拒动作。保护器与刀闸一起安装，按电源进线是先人保护器还是先入刀闸来分，一般是两种连接方式。当采取进线 先入刀闸方式时，经过刀闸中的相线和中性线两个保险熔丝，再接人保护器这种方式，就忽视了保护器前面刀 闸中中性线熔丝熔断后，使保护器“自身电路”失去工作电源而不能动作的情况。此时如果相线熔丝并没有被 熔断，各种电器虽然都停止工作，但刀闸以下线路仍然带电，形成“假象”停电。当用户动用电器或检查“假 象”停电时，保护器因失电拒动极易发生触电。在部分地区广泛使用熔幺幺做短路保护，经常发生只有中性线熔幺攵熔断的现象。家用保护器作为末端 保护，因此失效不动作，不但存在严重的安全隐患，还会使总保护器或中间级保护器越级动作，引发大而积停 电，造成较大经济损失。为使保护器发挥其应有的作用，特做如下建议：(1) 如果受安装场所、环境等条件的限制，或多户共用一个刀闸，户保护器的人线端只能取自刀闸的出 线 端时，必须将刀闸中的中性线熔丝拆除，用相同规格的导线替换中性线熔丝；(2) 应采取进线先人保护器后人刀闸的安装方式。此法能够防止因中性线熔丝熔断后，保护器失电的拒动 问题，如经常发生停电“假象”，应按照中性线不准安装熔断器的技术要求，将中性线熔线改用导线连接：(3) 有条件的用户不必使用刀闸，应选用具有漏电保护、过电流(短路)保护、过电压保护功能的“三合 一”断路器。3保护器动作值的确建首先，测量低压网络中的泄漏电流，测试步骤为：先将配电变压器中性点的接地线断开，在N线与PE线 之间串人一个内阻较小的mA表，先送出一分路，英它分路停用，所测的不平衡泄漏电流为这一分路的泄漏电 流，用这种方法测出苴它分路淤漏电流以及低压网络总泄漏电流。需要注意的是，由于低压网络绝缘电阻值受 气候影响变化幅度较大(指一年内的变化)，现场实测值应给予修正后，才能作为动作电流值，即：IA n=Kx|O式中Ia n-剩余电流动作总保护器的动作电流值，mA：10-现场实测的不平衡泄漏电流，mA；K一季节修正系数，非阴雨季节测量，K取3. 0,阴雨季节测量，K取1.5：这样确定的动作电流值，虽然能避免保护器的误动作，但也降低了保护功效，最好的办法是选用可调动作 电流值的保护器，即在非阴雨季节时，将动作电流值调低：到了阴雨季节时，将动作电流值调高。这样，动作 电流值的确定方法应为：非阴雨季节和阴雨季节实测的不平衡泄漏电流分别乘以系数1.5，即为非阴雨季节和阴 雨季节保护器的实际动作值，这样整左的数值，触电危害后果会轻一些。为了避免总保护器发生频繁的误动作以及对网络上的直接接触电击有较大的保护功能，其动作电流在躲开 正常泄漏电流的情况下，应尽量选小。低压电力网络的允许最大泄漏电流应从我国低压网络的实情考虑，又要 兼顾人身和设备安全。任有关规程中明确规左：凡安装剩余电流动作总保护的低压电力网，其泄漏电流不应大 于保护器的额定剩余电流动作电流的50%。4误动作和拒动作原因分析误动作是指线路或设备未发生预期的触电或漏电时漏电保护装置的动作：拒动作是指线路或设备已发生预 期的触电或漏电时漏电保护装卷拒动作。误动作和拒动作是影响漏电保护装置正常运行及充分发挥作用的主要 问题。4. 1误动作误动作的原因是多方而的，有来自线路方面的原因，也有来自保护器本身的原因。误动作的主要原因及分 析如下：(1) 接线错误。例如，在TN系统中，如N线未与相线一起穿过保护器，一旦三相不平衡，保护器即发生 误动作；保护器后方的零线与其他零线连接或接地，或保护器后方的相线与其他支路的同相相线连接，或负荷 跨接在保护器电源侧和负载侧，接通负载时，也都可能造成保护器误动作。三极漏电保护器用于三相四线电路 中，由于中性线中的正常工作电流不经过零序电流互感器，因此，只要启动单相负载，保护器就会动作。此外， 漏电保护器负载侧的中性线重复接地也会使正常的工作电流经接地点分流人地，造成保护器误动作。避免上述 误动作的办法是： 三相四线电路要使用四极保护器或使用三相动力线路和单相分开，单独使用三极和两极的保护器： 增强中性线与地的绝缘： 排除零序电流互感器下口中性线重复接地点。(2) 绝缘恶化。保护器后方一相或两相对地绝缘破坏，或对地绝缘不对称降低，都将产生不平衡的泄漏电 流，导致保护器误动作：(3) 冲击过电压。迅速分断低压感性负载时，可能产生20倍额正电压的冲击过电压，冲击过电压将产生较 大的不平衡冲击泄漏电流，导致快速型漏电保护装置误动作。解决办法如下： 选用冲击电压不动作型保护器； 用正反向阻断电压较高的(正反向阻断电压均大于1000V以上)可控硅取代较低的可控硅。 选用延时型保护器。(4) 大型设备起动。大型设备的堵转电流很大，如保护器内零序电流互感器的平衡特性不好，则启动时互感器一次性的漏磁可能造成误动作；(5) 偏离使用条件。环境温度、相对湿度、机械振动等超过保护器设汁条件时均可能造成其误动作；(6) 保护器质呈:低劣。由于零件质量或装配质量不高、降低了保护器的可靠性和稳立性，并导致误动作；(7) 附加磁场。如果保护屏蔽不好，附近装有流经大电流的导体，装有磁性元件或较大的导磁体，均可能 在互感器铁芯中产生附加磁通量导致误动作：(8) 剩余电流和电容电流引起的误动作。在一般情况下，三相对地电容差别不大，因此可以认为：三相对 地形成的电流矢量和为零，保护器不会动作。如果开关电器各相合闸不同步，或因跳动等原因使各相对地电容 不同等充电，就会导致保护器误动作。解决的办法是： 尽可能减小导线的对地电容，如将导线布置远离地而： 适当涮大保护器的动作电流值； 保护器尽可能靠近负载安装： 在无法避免电容电流的地方，应使用合闸同步性能良好的开关电器。(9) 高次谐波引起的误动作。高次谐波中的3次、9次谐波属于零序对称制，在这种情况下，电流通过对 地泄漏电阻和对地电容就容易使保护器误动作。解决的办法是： 尽虽:减少电源和负载可能带来的高次谐波； 尽量减少电路的对地泄漏和对地电容： 保护器尽可能靠近负载安装。(10) 负载侧有变频器引起的误动作。有些用户的电气设备上有变频器(例如彩色胶印机等)，受其影响保护 器极易发生误动作。解决方法是： 从制造厂家来讲，主要是设法提高保护器的抗于扰能力，通常可采用双可控硅电路或以分立元件线路 板取代集成电路板： 从用户角度出发，应选用抗电磁干扰性能好的产品。(11) 变压器并联运行引起的误动作。电源变压器并联运行时，由于务电源变任器PE线阻抗大小不一致, 因而供给负载的电流并不相等，其差值电流将经电源变压器工作接地线构成回路，并被零序电流互感器所检测， 造成零序电流互感器误动作。解决办法是：将并联的两台电源变压器的中性点先连起来后再接地。4. 2拒动作拒动作比误动作少见，但拒动作造成的危险性比误动作大，拒动作的主要原因及分析如下：(1) 接线错误。用电设备外壳上的保护线(PE线)接入保护器将导致设备漏电时拒动作，安装接线错误多半 发生在用户自行安装的分装式漏电保护器上，最常见的有： 用户把三极漏电保护装置用于单相电路： 把四极漏电保护装置用于三相电路中时，将设备的接地保护线(PE线)也作为一相接入漏电保护装置中: 变压器中性点接地不实或断线。(2) 动作电流选择不当。保护器动作电流选择过大或整怎过大将造成保护器的拒动作：(3) 自身的质疑问题。产品质量低劣，互感器二次回路断路、脱扣元件沾粘等质量缺陷可造成保护器拒动 作。若保护器投入使用不久或运行一段时间后发生拒动作，英原因大概有： 电子线路板某点虚焊： 零序电流互感器副边线圈断线： 线路板上某个电子元件损坏： 脱扣线圈烧毁或断线； 脱扣机构卡死。(4) 线路绝缘阻抗降低或线路太长。由于部分电击电流不沿配电网工作接地或保护器前方的绝缘阻抗而沿 保护器后方的绝缘阻抗流经保护器返回电源，将导致保护器拒动作。5使用和维护目前，配电网系统设三级漏电保护装卷，一级是总保护器：二级是分路保护器：三级是进户保护器。三级 保护的可靠运行，使配电网系统得到安全保证，使设备免受损坏，避免人身伤亡事故发生。但有些供用电单位 存在着对保护器运行管理不规X,使漏电保护器拒动、误动越级跳闸等严重现象，有些甚至保护器己退出运行。 根据运行经验及剩余电流保护器的运行规程，漏电保护装置在运行管理上应遵循以下原则：加强技术培训，不定期地对配电室、分线箱及进户的保护器进行测试，严格按照剩余电流动作保护器 运行的要求，对保护器进行规X管理，发现问题及时解决；(2) 对运行中的保护器必须立期试验，雷雨季节更应增加试验次数，并把测试结果记录在档案：(3) 雷击或算他不明原因使保护器在运行中动作后，应作详细的检查：(4) 对新安装的保护器，投入运行前应先检查接线是否正确，并按照GB13955-92漏电保护器安装和运 行规程要求检查：(5) 运行中的漏电保护装垃外壳务部及其上部件、连接端子应保持清洁，完好无损。连接应牢固，端子不 应变色。漏电保护开关操作手柄灵活、可靠；(6) 运行中漏电保护装置外壳胶木件最高温度不得超过65C,外壳金属件最高温度不得超过55C。保护装 篇一次电路各部绝缘电阻不得低于1.5MQ：(刀总保护器每年至少测试一次，每季度至少检查试跳一次，低压网络的不平衡泄漏电流每年应测试一次， 与安装时测试的数据进行比较，发现比原始数据增大，应分析原因，进行妥善处理，确保总保护的安全、正常 运行。漏电保护装置的选用选用漏电保护装置应当考虑多方而的因素。英中，首先是正确选择漏电保护装置的漏电动作电流。在浴室、游 泳池、隧道等触电危险性很大的场所，应选用高灵敏度、快速型漏电保护装卷(动作电流不宜超过10mA )。如 果安装场所发生人触电事故时，能得到其他人的帮助及时脱离电源，则漏电保护装置的动作电流可以大于摆脱 电流：如系快速型保护装置，动作电流可按心室颤动电流选取。如果是前级保护，即分保护前而的总保护，动 作电流可超过心室颤动电流。如果作业场所得不到苴他人的帮助及时脱离电源，则漏电保护装置动作电流不应 超过摆脱电流。在触电后可能导至严重二次事故的场合，应选用动作电流6mA的快速型漏电保护装置。为了保 护儿童或病人，也应采用动作电流10mA以下的快速型漏电保护装置。对于I类手持电动工具，应视英工作场 所危险性的大小，安装动作电流10 30mA的快速型漏电保护装置。选择动作电流还应考虑误动作的可能性。 保护器.应能避开线路不平衡的泄漏电流而不动作：还应能在安装位置可能出现的电磁干扰下不误动作。选择动 作电流还应考虑保护器制造的实际条件。例如，由于纯电磁式产品的动作电流很难做到40mA以下而不应追求 过高灵敏度的电磁式漏电保护装置。在多级保护的情况下，选择动作电流还应考虑多级保护选择性的需要，总 保护宜装灵敏度较低的或有少许延时的漏电保护装置。用于防止漏电火灾的漏电报警装置宜采用中灵敏度漏电保护装置。其动作电流可在25 1000mA内选择。 连接室外架空线路的电气设备应装用冲击电压不动作型漏电保护装置。对于电动机，保护器应能躲过电动机的起动漏电电流(100kV的电动机可达15mA )而不动作。保 护器应 有较好的平衡特性，以避免在数倍于额定电流的堵转电流的冲击下误动作。对于不允许停转的电动 机应采用漏 电报警方式，而不应采用漏电切断方式。对于照明线路，宜根据泄漏电流的大小和分布，采用分级保护的方式。支线上选用高灵敏度的保护器，干线上 选用中灵敏度保护器。在建筑工地、金属构架上等触电危险性大的场合，【类携带式设备或移动式设备的应配用高灵敏度漏电保护 装置。电热设备的绝缘电阻随着温度变化在很大的X国内波动。例如，聚乙烯绝缘材料60 C时的绝缘电阻 仅为20 C时的数十分之一。因此，应按热态漏电状况选择保护器的动作电流。对于电焊机，应考虑保护器的正常工作不受电焊的短时冲击电流、电流急剧的变化、电源电压的波动 的影 响。对高频焊机，保护器还应有良好的抗电磁干扰性能。对于有非线性零件而产生高次谐波以及对有整流零件的设备，应采用零序电流互感器二次侧接有滤波电容 的保护器，而且互感器铁心应选用剩磁低的软磁材料制成。漏电保护装置的极数应按线路特征选择。单相线路选用二极保护器，仅带三相负载的三相线路或三相设备可 选用三极保护器，动力与照明合用的三相四线线路和三相照明线路必须选用四极保护器。漏电开关的额泄电压、额立电流、分断能力等性能指标应与线路条件相适应。漏电保护装置的类型与供电线 路、供电方式、系统接地类型和用电设备特征相适应。