漏电保护器RCD的应用

1、电流动作型RCD的工作原理

RCD的应用

漏电开关(RCD)按工作原理分电压动作型和电流动作型。其中电流动作型又分电磁式、电子式和中性点接地式三种。

目前国内外广泛应用的漏电开关都是电流动作型。电流型剩余电流动作保护器工作原理如图所示。相线L1、L2、L3和零线N均通过零序电流互感器TAN,作为TAN的一次线圈。根据基尔霍夫第一定律: ∑I=O。正常情况下, 如果用电设备是三相平衡负荷,则一次电流的矢量和为零,即Iu十Iv十Iw=O；如果用电设备是单相负荷,则一次电流的矢量和亦为零,即Iu十In =0、Iv十In=O、Iw十In=O,在零序电流互感器流矢量电流TAN的铁芯中的磁通矢量和也为零。TAN二次线圈无电流输出,脱扣器YA不动作, RCD正常合闸运行。当设备发生漏电或人身触电时,则故障电流Id经过大地回到电源变压器TM的中性点构成回路。由于对地出现漏电电流Id,则流经TAN的矢量和不等于零,即通过TAN的Iw+In≠0, TAN的二次侧有剩余电流流过,电磁脱扣器YA中有电流流过,当电流达到整定值时,脱扣器YA动作,漏电开关RCD掉闸,切断故障电路,从而起到保护作用。 图中SB为分闸试验按钮与电阻R组成了试验电路,电路一端接于零序电流互感器TAN的输入端,另一端接于TAN另一相线的输出端。当按下SB, RCD掉 闸,为此检验了RCD的动作性能。 2、电流动作型三相RCD的动作死区

漏电开关RCD只有在设备漏电或人身触电时,才能掉闸起到保护

作用。对于单相或相间的过载、短路,漏电开关不掉闸,起不到保护 作用,此点称为RCD的动作死区,如图所示。通过模拟试验,可以证明 RCD在过载或短路时不动作的原因。图中,当合上漏电开关RCD后, 合单极开关Ku,逐渐减小电阻 Ru,使Iu在Ll电流表PA的指示为40mA(这是对漏电开关RCD额定漏电动作电流为50mA,在40mA时漏电开关RCD不跳闸的情况而言)。然后闭合单极开关Kv,减小电阻RN,使L2相Iv在电流表PA的指示亦为40mA。最后闭合单极开关Kw,逐渐减小电阻Rw,直到漏电开关掉闸,这时L3相电流表PA的指示为90mA。从图(b)的矢量图可知: Iw的漏电电流中, 40mA用于平衡Iu、Iv的合成漏电电流。 从图(a)的试验中可知:当两相漏电电流都未达到漏电动作电流时, L3相的漏电电流要抵消另外两相漏电电流的矢量和后才是漏电动作电流。由于存在动作死区,所以RCD要到90mA才动作。

为了防止电流动作型漏电开关RCD的动作死区造成的触电死事故,要求线路的漏电电流尽量小。

漏电开关RCD只对同时触及一相相线和地的触电事故有保护作用如果人同时触及不同相的两相线或同时触及一相相线和零线N,此时,人相当于漏电开关RCD的正常负载。根据基尔霍夫第一定律:∑I＝0,漏电开关RCD不会动作掉闸,起不到保护作用。

为了防止此类事故的发生,要求电源线的绝缘要良好,同时操作者应尽量避免带电作业。

3、TT系统中RCD的接线

TT系统——电源端(配电变压器中性点)有一点直接接地,电气装置的外露可导电部分直接接地,此接地点独立于电源端的接地点。漏电开关RCD在TT系统中的各种接线方式。如图所示。

(a)为在TT系统中单相漏电开关RCD的接线。相线Ll、零线N接于漏电开关RCD的电源端,单相3孔插座XS相线Ll、零线N受漏电开关RCD的控制, 单独在设备处做E接地保护。

(b)为三相三极漏电开关RCD,所供电的负荷为三相平衡负载,如:三相电动机M和三相4孔插座XS。M外壳、XS接地孔单独做E接地保护。 (c)为三相四极漏电开关RCD,供三相平衡负载或不平衡负载,如:三相4孔插座XS, XS单独做E保护接地。注意零线不用,但在RCD电源端也应接上。

(d)为三极四线RCD供单相负载的接线。零线N通过RCD的零序电流互感器,但不被断开。XS单独做E保护接地。

(e)为三相四极RCD供单相负载的接线。零线N通过RCD的零序电流互感器,同时能够被断开。XS单独做E保护接地。

(f)为三相四极RCD供动力、照明回路的接线。供三相负载和单相不平衡负载。两只插座XS单独做E保护接地。

(g)为三极和两极供动力、照明回路的接线。供三相负载和单相不平衡负载。两只插座xs单独做E保护接地。 4、TN-C系统中RCD的接线

TN-C系统——电源端(配电变压器中性点)有一点直接接地;电气装置的外露可导电部分(金属外壳)与电源端(配电变压器中性点)有直接电气连

接,即整个系统的中性导体(工作零线N)和保护导体(保护零线PE)是合一的,用 PEN表示。电气装置处的重复接地可以接于PEN的任一点(但不能接在RCD负载端的PE线或N线点)。漏电开关RCD在TN-C系统的接线方式如图(a) ～(g)所示。

(a)为单相二极RCD供单相负载的接线。单相负载的保护接地或重复接地应接于单相二极RCD电源侧的PEN线上。

(b)为三相三极RCD供三相平衡负载的接线。由于工作、保护零线PEN没有穿过RCD的零序互感器,因此负载设备的保护零线PE或重复接地可以接于PEN线的任意处。

(c)为三相四极RCD供三相或单相平衡或不平衡负载。由于工作、保护零线 PEN穿过RCD的零序互感器,因此负荷设备的保护零线PE或重复接地应接于漏电开关RCD电源侧的PEN线上。

(d)为三相四极RCD供单相负载的接线。单相负载的工作零线N应接于RCD的负载侧N线上。保护零线PE或重复接地接在RCD电源侧的PEN线上。

(e)为三相三极RCD供单相负载的接线。单相负载的工作零线N应接在RCD负荷侧的N线上。单相负载设备的保护零线PE或重复接地接在RCD电源侧的PEN线上。

(f)三相四极RCD供单相负载和三相不平衡负载的接线。工作零线N接在RCD负荷侧的N线上。单相负载和三相负载的保护零线PE或重复接地接在RCD电源侧的PEN线上。

(g)二极和三极RCD供单相负载、三相负载的接线。二极RCD电源的相线接在三极RCD电源侧的Ll相上。单相负载的工作零线N接在二极RCD的负载侧的N线上。单相负载和三相负载的保护零线PE或重复接地接在二极RCD的电源侧的PEN线上。

二极RCD供单相负载;三极RCD供三相平衡负载。 5、TN-S系统中RCD的接线

TN－s系统——电源端(变压器中性点)有一点直接接地;电气装置的外露可导电部分(金属外壳)与电源端接地点有直接电气连接;除此之外整个系统的中性导体和保护导体都是分开的。

漏电开关RCD在TN-S系统中的各种接线方式如图(a) ～(g)所示。 (a)为三极RCD供三相动力负荷的接线。供三相平衡负载,例如三相电动机M和三相4孔插座xs。工作零线N不接入RCD;负载的保护零线PE线或重复接地接主保护零线PE。

(b)为四极RCD供三相动力负载的接线。工作零线N接RCD的电源侧N上。负载零线N接RCD的负载侧N上。负载的保护零线PE或重复接地接主保护零线PE。该接线的四极RCD可供单相负载和三相不平衡负载。

(c)为二极RCD供单相负载的接线。工作零线N接RCD电源侧的N上。负载零线N接RCD的负载侧N上。负载的保护零线PE或重复接地接主保护零线PE。

(d)三极RCD供单相负载的接线。工作零线N穿过RCD的零序电流互感器TAN,负载的N接RCD的负载端。负载的保护零线PE或重复接地接主保护零线PE上。该接线的三极RCD可供单相负载和三相不平衡负载。 (e)为四极RCD供单相负载的接线。工作零线N接在RCD电源侧的N上。负载中性线接在RCD负载侧的N上。负载的保护零线PE或重复接地接主保护零线PE上。该接线的四极RCD可供单相负载和三相不平衡负载。 (f)为四极RCD供单相三孔插座XS和三相囚孔插座的实际接线。工作零线N接RCD电源端,负载零线N接RCD的负载端。负载的保护零线PE或重复接地接主保护零线PE上。

(g)为二极和三极RCD供单相负载和二相负载的接线。工作零线N接在二极RCD电源侧的N上,负载零线接在二极RCD负载侧的N上。二极RCD的相线端接在三极RCD电源侧的Ll相上,单相负载和二相负载的保护零线PE或重复接地接主保护零线PE上。该接线的二极RCD供单相负载,三极RCD供三相平衡负载。

6、同一系统中做接地保护的设备都应装RCD

如图所示,在同一供配电系统中,需要做接地保护的设备都应装设漏电开关RCD。设备1、设备2都是需要做接地保护的设备,如设备1装设了漏电开关RCD,设备2没装,当设备2发生单相接地故障时,若断路器QF拒绝动作,此时, PE线上就有

故障电流L流过,导致设备1、2的外壳均带有故障电压,而此时设备1不会动作,导致设备1虽已装漏电开关RCD,但其外壳仍然可能长时间带电。

安全的做法是:同一接地装置上的每一出线回路均应装漏电开关ReD。如果设备2是不需要做接地保护的设备,当d点发生接地故障时,如QF拒动,则PE线上就不会有故障电压。

7、普通开关的N线不应与RCD的N线共用

1、在TN-S（TN-C、TN-C-S或TT）供配电系统中, 通过漏电开关RCD的工作零线N不能与其他未经该漏电开关RCD保护的设备或线路的工作零线N共用,更不允许与PE线、设备金属外壳、导线钢管、电缆金属桥架、金属线槽,以及其他与大地有联系的金属部分相连。就是说,经过漏电开关RCD的N线要与地绝缘,以保证流过N线的电流不会分流到其他线路中去,其他线路N线中的电流也不会流到RCD的N线中来,否则将使RCD误动作。下图中N1～N2虚线段就是不应连接的部分。否则,当合上RCD 时,照明EL点亮,但当插座XS时, RCD跳闸,使得照明EL停电。合RCD,但合不上,只有断开插座XS时,才能合上RCD。也就是说：当系统设有RCD保护时，N线和PE线应在RCD的零序电流互感器TAN的电源一侧分开，严禁在RCD的零序电流互感器TAN以后相连。这与重复接地的原理是一样的。

2、经过漏电开关RCD的N线必须对地绝缘。另外在摇测N线对地(PE线)的绝缘时,应把RCD断开摇测,否则将摇不出来合格值,如图所示。图 RCD的N线不应与未通过RCD的N线相连 。

RCD一剩余电流动作保护器； TAN一零序电流互感器； EL一照明灯； XL一插座

注：RCD负载侧接XL一插座与接EL一照明灯分析道理是一样的。

8、三相不平衡负载应选用四极RCD

在TN-C、TN-S、TN-C-S供配电系统中,如果既有三相负荷,又有单相负荷,必须装设四极漏电开关RCD,才能起到漏电保护作用,如图所示。如果三相电动机选用三极四线漏电开关RCD,工作零线N通过RCD的零序电流互感器TAN,但没有通过漏电开关RCD的触头,而又有单相负载照明EL,当d点对电动机M外壳漏电时,人触及带电设备的外壳时,虽然RCD动作, 在0.1s内将电源切断,但被电击者并没得到保护。原因是电动机M瞬间断电后,铁心中的剩磁在定子绕组中感应电势,使旋转着的电动机作发电状态运行,将部分剩余的机械能变为电能反馈到低压回路。反馈电流经事故点的外壳→人体→大地→PEN线→N→灯泡→U相,形成闭合回路。若选用四极RCD, PEN线通过RCD的主触头,在RCD动作后,将上述回路断开,电动机M中的剩余残压就不会在人体中产生电流。所以,用于三相不平衡电路或单相电路的漏电开关RCD宜选用四极或两极的。 9、RCD的输出N线不应再和PE线接在一起

RCD后面的N线与PE线再合用会引起误动作。在TN-C供配电系统中,装设漏电开关RCD,保护地线PE和重复接地E只能接在漏电开关RCD的电源侧,不能接在负载侧,而且漏电开关RCD的上一级不应再有RCD。 TN-C供配电系统中的PEN重复接地线穿过漏电开关RCD的零序电流互感器后,只能作N线使用,不能兼作PE保护线使用。因为,动力设备不可能与大地完全绝缘,若漏电开关RCD负载侧的N线仍兼作保护线用,则照明线路的部分电流会通过设备外壳流入大地与供配电变压器中性点构成回路,

使漏电开关RCD误动作跳闸,如图所示。如果将1～2两点连接在一起,则RCD将误动作跳闸。

10、RCD在TN-C系统中的应用

(1) TN-C供配电系统装设RCD后,其负载侧可按TT系统要求设PE保护线,如图1所示。在安装使用中,根据需要,设备的金属外壳、金属构件等需要作接地保护的部分,可以不与漏电开关RCD电源侧的PEN线相连,只需将它接到一个接地电阻值与漏电开关RCD额定动作电流In相对应的接地装置E便可。但这时漏电开关RCD后面的系统不再是TN-C系统,而是TT系统。

(2)在TN-C供配电系统中漏电开关RCD的接线。如图2(a)所示,漏电开关RCD为主极, PEN线为工作零线和保护零线合一的。设备金属外壳需要的保护线直接取自PEN线。该接线方式适用于三相动力平衡负荷的漏电保护。不允许接单相负载,否则RCD将合不上闸。图2(b)所示,漏电开关RCD为四极。设备的保护线PE取自漏电开关电源侧的PEN上。RCD的电源侧为TN-C系统; RCD的负载侧为TN-S系统。因此从RCD的电源侧的PEN线上分为工作零线N和保护零线PE。 RCD负载侧的任何设备的金属外壳都不允许接N,只能接PE,否则RCD将合不上闸,但该接线可以用于三相不平衡负载和单相负载。