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国龙电器 -剩余电流保护器在低压配电系统中到底有何作用

发布时间:2019-9-3  新闻类别:新闻动态 点击次数:32

低压配电系统的漏电保护装置是20世纪40年代从欧洲开始发展起来的,在发展初期有两种型式:电压动作型漏电保护装置和电流动作型漏电保护装置。剩余电流保护电器属于电流动作型漏电保护装置。

电压动作型漏电保护装置是通过电压线圈检测设备外露金属外壳与大地之间的故障电压,当检测到的故障电压超过预定的危险极限值时,推动脱扣机构使主开关触头断开,切除故障电压进行保护。根据其工作原理,电压动作型漏电保护装置只能用于单台用电设备漏电保护;不能应用于整个配电系统,并实现选择性的分级保护;遇到感应雷击或较大的操作过电压时,电压线圈易烧毁损坏;只能用于间接接触保护,不能用于直接接触保护。由于电压动作型漏电保护装置这些固有的缺点,从20世纪60年代以后逐渐被剩余电流保护电器(即电流动作型漏电保护装置)取代。当前世界各国在低压配电系统中使用的漏电保护装置基本上都是剩余电流保护电器。



剩余电流保护电器的主要功能


1

间接接触保护

间接接触保护又称为故障保护,剩余电流保护电器的主要功能是间接接触电击保护。在GB13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》中,对间接接触电击事故防护的规定:“间接接触电击事故防护的主要措施是采用自动切断电源的保护方式,以防止由于电气设备绝缘损坏发生接地故障时,电气设备的外露可接近导体持续带有危险电压而产生电击事故或电气设备损坏事故。当电路发生绝缘损坏造成接地故障,其故障电流值小于过电流保护电器的动作电流值时,应安装剩余电流保护电器。”该规定明确了间接接触电击保护的含义和保护方式。在很多场合下,接地故障电流远小于过电流保护动作值,过电流保护装置不会动作。在这种情况下,采用剩余电流保护电器自动切断电源是一种非常有效的间接接触电击保护方式。

剩余电流保护电器用于间接接触保护的示意图1所示,电气设备上出现绝缘故障时,外壳出现故障电压,通过PE保护导线(TN系统,图1a)或设备的接地极(TT系统,图1b)产生一个故障电流,剩余电流保护电器在人还未触及带电的金属外壳前已将故障切断,防止人体触及危险的接触电压。如出现故障时正好有人触及因故障而带电的设备外壳,则触电者的接地回路与设备故障的接地回路相并联。根据保护导线(或接地回路)和人体的电阻比例(正常情况下,人体电阻要比保护导线或接地回路的电阻大得多),大部分的电流流经保护导线或接地回路,剩余电流保护电器立即切断电源,对人体也不会造成致命危险。


图1  剩余电流保护器用于间接接触电击保护示意图

a) TN系统 b)TT系统

剩余电流保护电器用于间接接触电击事故防护时,应正确地与电网的系统接地型式相配合。

1)TN系统

剩余电流保护电器用于TN系统时,剩余电流保护电器负载侧中性线(N线)和保护导线(PE线)不能共用。因此,在TN-C系统使用剩余电流保护电器时,应根据电击防护措施具体情况,将电气设备外露可接近导体独立接地,形成局部TT系统。或将TN-C系统改造为TNC-S或TNS系统后,才可安装使用剩余电流保护电器。在TN-C-S系统中,剩余电流保护电器只能使用在N线与PE线分开部分。根据GB16895.21-2004《建筑物电气装置第441部分:安全防护电击防护》的规定,间接接触保护时,TN系统的最大分断时间应符合表1的规定。


并应符合


式中Zs—包括电源、电源到故障点之间的带电导体、以及故障点到电源之间的保护导体的阻抗在内的阻抗(Ω);

U0—对地标称交流电压有效值(V)

Ia—保证保护电器在表1规定的相应时间内自动断开电流(对剩余电流保护电器即为l△n (A)

因此,当剩余电流保护电器用于间接接触保护时,动作电流与故障回路或接地极和保护导线的阻抗有关。在TN系统中,因为故障回路的阻抗较小,即使在线路较长且截面积较小的配电线路中,选用1为几百毫安至几十安的剩余电流保护电器均能满足式ZsIa≤U0的要求。在TN系统中,分断时间必须符合表1的要求,如相对地电压为230V时,则分断时间不应大于0.4s。

2)TT系统

TT系统的电气线路或电气设备应装设剩余电流保护电器作为防电击事故的保护措施。

按GB16895.21-2004规定,对TT系统的间接接触保护应满足条件:


式中R—接地极和外露可导电部分的保护导体电阻之和(Ω);

la—使保护电器自动断开电流(对剩余电流保护电器即为l△n)(A);

50V—在一般干燥的情况下,允许的接触电压极限值。

在TT系统中,接地极的阻抗按规程的要求应小于4Ω,但实际上很难做到。考虑到较为恶劣的使用条件,接地电阻要保持在几十欧至几百欧以下是没有困难的,因此要满足式


的要求,可以选用l△n为100~500mA的剩余电流保护电器。在TT系统中,为了满足选择性保护的要求,允许分断时间不超过1s。

2

直接接触电击保护

直接接触电击保护又称为基本保护。直接接触电击保护的基本措施应是绝缘、隔离距离、设置护栏等,例如带电导线外面应有绝缘层保护,用电设备应有适当的绝缘外壳,防止人触及带电部件发生电击事故。当基本电击保护措施失效时,例如绝缘损坏,或因疏忽而触及带电部分发生电击事故时,额定剩余动作电流小于等于30mA的剩余电流保护电器也可以作为直接接触电击的补充保护或后备保护措施。用于直接接触电击保护时应选用一般型(无延时)的剩余电流动作保护电器。但剩余电流保护电器不能对相线与相线之间或相线与N线之间产生的电击事故进行保护。直接接触电击保护如图2所示。


图2 剩余电流保护器用于直接接触电击保护示意图

在发生直接接触电击事故时,剩余电流流过人身,容易发生致命的触电危险。根据国际电工委员会IEC/TS604791:2005《电流对人和家畜的效应第1部分:通用部分》的研究结果,电流路径为左手到双脚(该电流路径电流对人体影响最为严重)的15~100Hz交流电流对人体的效应,可分为四个电流区域,如图3所示。其中区域AC-1(0.5mA的曲线a的左侧):有感知的可能性,但通常人没有被惊吓的反应;区域AC-2(曲线a至曲线b):可能有感知和不自主地肌肉收缩,但通常没有有害的电生理学效应;区域AC-3(曲线b至曲线c1):可强烈地不自主的收缩,呼吸困难,可逆性的心脏功能障碍,可能出现活动抑制,通常没有预期的器官破坏;;区域AC-4(曲线c1以上):可能产生生病理-生理效应,如心博停止、呼吸停止以及烧伤或其他细胞的破坏,心室纤维性颤动的概率随着电流的幅度和时间增加(AC4.1区域的心室纤维性颤动的概率约为5%AC-4.2区域约为50%、AC-4.3区域超过50%)。该项区域的电流-时间值是最危险的,因为这个区域会出现心室纤维性颤动,心脏的搏动节律受阻,影响大脑的血液流通而引发死亡。因此直接接触电击保护的目的是要防止电流对人体的作用和影响落入AC-4,为此必须选用l△n≤30mA及动作时间为一般型(无延时)的剩余电流保护电器。

人在直接触及带电导体时,流过人体的电流值取决于人体内部电阻和站立地点的接触电阻。对触电死亡事故的研究表明,可认为最不利的情况时,站立点的接触电阻接近于零,例如赤脚站在潮湿的地上。这时流过人体的电流仅取决于人体的电阻。试验研究表明,人体电阻主要是决定于接触部位上的皮肤状态与电流途径。测量结果得出,例如在接触电压为200V时,电流途径为左手至脚或左手至右手,在最恶劣条件下,人体总阻抗可大于1000Ω。考虑到对地故障电压为220v,则此时的电流值可达22mA左右。这时如使用l△n≤30mA的一般型剩余电流保护电器,则在22mA时能在40ms内动作。由下图可以看出,这时时间电流对应的点A是落在区域AC-3,这区域一般不会产生器官损伤,在短时间内脱离电源也不会发生心室纤维性颤动,因此一般情况下,不会发生电击伤亡事故。

图3中还画出了额定剩余动作电流10mA和30mA的般型(无延时)剩余电流保护电器的脱扣动作时间电流特性曲线带,从图可以看出,脱扣时间-电流特性曲线带大部分位于区域AC-2,一小部分位于区域AC-3,因此不会发生致命的电击危险事故。而使用额定剩余动作电流大于0mA的剩余电流保护电器,时间-电流特性曲线带将要进人区域AC-4,有可能产生电击伤亡事故。


 
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