【知识】剩余电流断路器

　　01一、剩余电流断路器

　　1.工作原理概述

　　它是由漏电检测元件---剩余电流互感器的特性来决定的。剩余电流互感器有一个环形铁心，铁芯上绕有次级线圈，原边线圈就是穿过铁芯内孔的导线。在正常用电时，如果三相用电是平衡的，其三相电流在互感器里产生的磁场正好抵消，这时零线上是没有电流的。即使三相用电不平衡，流过三相线路的不平衡电流和零线上的电流还是大小相等，方向相反，即剩余电流互感器原边线圈各导线相量和为零。此时铁芯中磁通和次级线圈中感压电动势均为零，当被保护电路中发生触电事故或不平衡漏电时，原边线圈中各导线电流相量之和不为零，此电流就是剩余电流。剩余电流在铁芯中产生交变磁通，在次级线圈中感应出电动势，电流经放大器放大至动作电流整定值时，脱扣器动作使主开关在额定时间内切断电源，保护人身安全。

　　其铁芯包绕了一电气回路的全部载流导体，在磁芯内产生的磁通在一瞬间都与这些导体电流的算术和有关;在一方向流过的电流假设为正(I1)，则在相反方向流过的电流就为负(I2)。

　　在无故障的正常回路中I1+I2=0，在磁芯内没有磁通，线圈内的电动势为零。接地故障电流Id穿过磁芯流向故障点，但却经大地或经TN系统的保护线返回电源。

　　穿过磁芯的诸导体的电流因此不再平衡，电流差在磁芯内产生了磁通。

　　此电流被称作“剩余”电流，这一原理也被认作，“剩余电流”原理。

　　在磁芯内产生的变磁通在绕组内感应出一电动势，这样就有电流I3流过使脱扣器动作的线圈。如果剩余电流大于能使脱扣器动作的电流值，不论是直接动作的还是经电子，继电器动作的，断路器就要跳闸。

　　2.智能剩余电流保护继电器

　　具有自动判别电网泄漏电流的功能，当电网泄漏电流增大时，继电器能把动作电流自动调到上档的动作值。当电网泄漏电流减小时，又自动回复到下档动作值。

　　中国目前剩余电流继电器主要是在农村低压电网中使用，剩余电流继电器与交流接触器组合成剩余电流保护器作为主干线或分支线路的漏电保护装置。尤其是脉冲型、鉴相鉴幅型剩余电流继电器专门适应中国农村低压电网泄漏电流比较大，把缓慢变化的动作电流值设定在200～300mA之间，避开电网正常泄漏电流的误动作;把突然变化的动作电流值设定在40mA左右，这在一定程度上提高了农村低压电网剩余电流保护器的投运率。目前在农村电网中有一定的市场，但相应地带来误动作增多，影响了供电的连续性，降低了供电质量，因而在城市电网中至今未见使用。

　　02二、保护器对电网的要求和保护方式的选择

　　1、保护器对电网的要求

　　①、装设保护器的低压电网必须是电源中性点直接接地系统。电网的零线不得重复接地，并应保持与相线相同的良好绝缘。电网的原用电设备采用保护接零方式时，在安装保护器前必须拆除保护接零改为保护接地。

　　②、保护器后的零线、相线均不得与其他回路共用。

　　③、电动机及其他电气设备安装保护器后，外露可导电部分应接地，其接地电阻应符合规程要求。

　　④、照明以及其他单相负荷，宜均匀分配到三相上，每年宜作一次调整，力求使负荷电流及各相泄漏电流大致相等。

　　2、保护器保护方式的选择

　　通常我们只装设总保护和末级保护。但在实际运行情况来看，应选用三级保护或多级保护。因为末级保护器的投运率要达到百分之百是难以实现的。倘若有一家安装的保护器退出运行，一旦发生故障，产生的剩余电流可能使总保护跳闸切断电源，致使大面积停电。因此应根据网络分布情况在分支线的电源线上装设中级保护，当末端发生故障，故障电流使中级保护器跳闸，将停电范围控制在该故障相或线内，既减少停电范围，又方便查找故障。

　　03三、保护器参数的选择

　　1、各级保护器额定剩余动作电流值的选择。

　　①、总保护：作为消除配电系统事故隐患为目的的间接接触保护。额定剩余动作电流值在躲过低压电网正常泄漏电流情况下，应尽量选小，同时为提高保护器的功效，应选用可调档次的保护器。即在非阴雨季节时将动作电流值降低，到阴雨季节时将动作电流值提高，其值根据实测的不平衡泄漏电流值通过下式修正后得出，其最大值可参照下表确定。

　　季节非阴雨季节阴雨季节

　　保护器额定剩余动作电流值

　　mA泄漏电流较小的电网50200

　　泄漏电流较大的电网100300

　　注：1、由县局技术主管部门根据气象记录确定阴雨季节起止月份。

　　2、总保护实现完善的分级保护后，允许将动作电流加大到500mA。

　　②、中级保护：仍以实现间接接触保护为主。在分级保护系统中，分支电路保护器的动作电流值选用时，应按以下原则确定：

　　a、在躲开被保护网路的正常漏电流情况下应尽量选小，以兼顾人身和设备安全，即如下式①;

　　b、为减少事故停电范围和避免事故越级跳闸，其动作电流还应满足下式②。

　　③、末级保护：应实现直接接触电击保护，额定动作电流值应小于上一级保护，但应不大于30mA，特殊情况应符合规程要求。

　　2、各级保护器动作时间的选择

　　在分级保护系统中，选择各级保护器动作特性应遵循额定动作电流值与动作时间协调配合。不应出现越级跳闸现象。一般总保护动作时间选择延时0.1s～2.0s，一般延时时间宜定：0.2s;0.4s;0.8s;1s;1.5s;2.0s。延时动作特性可定为：在IΔn时，最大动作时间为规定的延时时间加0.1s;在5IΔn时，最小动作时间为规定的延时时间。这样级间间隔时间为0.2s，上级最小动作时间与下级最大动作时间留有0.1s余地，避免出现越级跳闸。末级保护器的动作时间应选择≤0.1s的快速动作型。

　　04四、保护器的的安装

　　保护器的具体安装施工应按产品说明书叙述的安装使用方法和接线图进行安装。不看说明书或只看部分;或虽看了但因知识水平有限，实践经验缺乏，理解浮浅甚至错误，就动手安装，结果运行不好或根本不能运行。根据实践经验所有保护器除应安装在通风干燥、清洁的地方，避免灰尘和有害气体的侵蚀。还应注意根据规范安装：

　　1、总保护、中级保护的安装

　　①、保护器的探头应尽量远离交流接触器和母线，一般上下、左右、前后的距离为20cm以上。随便把探头固定在有空的地方，探头因受到较大的电磁干扰而使保护器容易误动作，甚至一开就动作而不能运行。

　　②、保护器用作分路或分支保护，应根据保护范围决定探头穿线。应将本回路的3根相线和1根中性线同向穿过探头，拼紧拉直固定好，以减少干扰。在一块配电屏上搞数路分路保护，采用一次重合闸电流型保护器和交流接触器要注意两个问题：一是选择好各个探头的固定位置，探头间距离要尽量远，减少或避免相互干扰;二是每组控制回路的电源要分别引自母线。不要图二次线简洁，用两根细细的二次线依次为数组供电，应采用截面不少于1.5mm2的铜芯绝缘导线。这是因为，接触器吸合瞬间其吸引线圈通过较大电流，在线径不大的二次线两端产生较大压降，使保护器的供电电压波动，有可能使保护器误动作。

　　③、中性点接地应良好。中性点接地线使触、漏电入地电流形成回路，从而探头检拾到信号，接地良好(中性点接地电阻4～10Ω)才可能灵敏运行。要接地良好，低压侧中性点应通过适当规格的导线(铝线不小于10mm2)接于良好的配变接地极上，并将接头处理好。

　　④、负荷不能接在探头两端

　　对于四线穿过探头的方式，所有负载都必须接到探头之后，若有负载接到探头两端，其电流使四线合成相量不为零，故这负载一开保护器就动作。图中虚线为错误接线。

　　⑤、大中型交流接触器的安装

　　近年来，总保护选用了一次重合闸保护器，配备了100A及以上的大中型交流接触器做执行元件，实现自动合、跳闸。但接触器线圈长期运行产生噪音影响容易周围群众的生活。此外，由于种种原因线圈容易过热烧毁，降低了总保护的运行率。为既能发挥大中型交流接触器容量大、自动化程度高的优点，又能避免或减少其噪声、线圈易烧毁的弊病，除要购买符合国标的接触器、线圈外，还要注意安装正直牢固。

　　安装正直：交流接触器按规定必须垂直安装，与垂直面的倾斜度不得超过5°，实际上由于大中型接触器重量较大，重心靠前，固定位置靠后、靠下，若与构架角钢固定不紧，容易向前向下扭转，造成倾斜，使用一段时间后，由于振动的影响，使倾斜程度更甚。容量越大的接触器问题更严重。接触器向前下方倾斜则增大电磁系统的吸合负担，轻则发热严重、噪音大，严重的因线圈长时间过载而烧毁。因此，必须把接触器安装得正直或稍微向后倾(不超过5°)。

　　单独安装并固定牢固：大中型交流接触器合、跳闸时冲击力较大，能引起较大振动，容量越大的接触器，振动得越厉害。若安装在配电屏上(一般直立)，合、跳闸时屏面摇晃，日久容易震松各压接螺丝，震坏安装的表计、指示灯和其它低压电器(包括保护器)。因此，应将较大容量的接触器不安装在配电屏上，而单独通过钢铁构架固定在配电室的墙面上，作为进线总负荷开关，由总保护控制其动作。

　　2、末端保护的安装

　　①、保护器的进、出线不可接反。因为进线接电源时，在保护器跳闸后，其辅助电源亦断开，其内晶闸管瞬间导通不会损坏;若出线接电源，跳闸后辅助电源不能断开，则晶闸管因较长时间导通而烧毁，整机因而损坏。(晶闸管有一特性，就是导通后即使触发信号消失，仍旧保持导通状态)

　　②、过压型保护器的使用。为防止因中性线断开、相线与中性线搭连或维修线路后误送380V电压等事故而产生的故障过电压。应选用额定过电压动作值≥300V，额定过电压不动作值≤260V带过电压保护的保护器，保证在出现故障电压情况下，保护器能够动作。

　　3、保护器应装在熔丝之前。目前保护器一般来说装在熔丝之后，这样保护器本身短路可以由前面的熔丝来保护。但使用中的保护器，不管是单相、还是三相的，均属需要辅助电源的，安装在熔丝之后有时是不安全的。这是因为目前绝大用户相线和零线都装有熔丝，若发生短路只烧断零线上的熔丝，未烧断相线上的熔丝，这时家庭内的电气设备虽然都不能工作，但线对地仍有220V的高电位(不但相线上有，只要接有负载，零线上也有)，人若触及任何一根线都会触电(见下图)。

　　而这时保护器由于辅助电源供不上电不能工作，起不了应有的保护作用。三相保护器的辅助电源电压多数采用220V，故在这种情况下也起不了保护作用。若将保护器安装在熔丝之前，则可避免上述弊病。权衡利弊，在家庭中安装需要辅助电源的漏电保护器时，还是装在熔丝之前为好。若必须安装在熔丝之后，则应分清相线和零线，把相线上的熔丝装得小于零线的熔丝或零线不装熔丝。

　　01五、保护器运行管理

　　1、保护器的运行管理除应严格按照规程要求日常调试、维护外，另外应做好以下两点：

　　①、定期检查接地装置：检查配变低压侧中性点接地情况，及时处理问题，经常保持接地良好。主要是两点：一是处理生锈、氧化的接头使之接触良好;二是测量中性点对地电阻，判别接地极是否良好，接地不良或断开的应发掘处理或重新埋设。一般每季度检查一次。

　　②、经常保持跳闸机构灵活可靠：大中型交流接触器跳闸装置，应定期检查，保持装置紧固、机构灵活，尤其是不可人为地用木楔塞紧接触器动铁芯或采用其它方法使跳闸机构失灵。失灵期间若有触、漏电信号，保护器动作(对一次重合闸型保护器，若有持续的触、漏电信号，保护器动作，但闸跳不开信号不能切断，将导致二次动作，即永久动作)，电路不能切断，不仅电磁线圈可能因长期通电过热而烧毁，而且可能造成触、漏电事故。

　　3.剩余电流动作保护器的运行维护管理

　　3.1剩余电流动作保护器使用中的注意事项

　　⒈1剩余电流动作保护器既能起保护人身安全的作用，还能监督低压系统或设备的对地绝缘状况。但不要以为安装了剩余电流动作保护器后，就可以万无一失而麻痹大意，应仍以预防为主(因它仅是基本保护措施中的一种附加保护)。只有认真做好安全用电的管理、宣传和教育工作，落实好有关各项安全技术措施，才是实现安全用电的根本保证。

　　⒈2剩余电流动作保护器是在人体发生单相触电事故时，才能起到保护作用的。如果人体对地处于绝缘状态，一旦是触及了两根相线或一根相线与一根中性线时，保护器就并不会动作，即此时它起不到保护作用。

　　⒈3剩余电流动作保护器安装点以后的线路应是对地绝缘的。若对地绝缘降低，漏电电流超过某一定值(通常为15mA左右)时，保护器便会动作并切断电源。所以要求线路的对地绝缘必须良好，否则将会经常发生误动作，影响正常用电。

　　⒈4低压电网实行分级保护时，上级保护应选用延时型剩余电流动作保护器，其分断时间应比下级保护器的动作时间增加0.1～0.2s以上。

　　⒈5安装在总保护和末级保护之间的剩余电流动作保护器，其额定剩余动作电流值，应介于上、下级剩余电流动作保护器的额定剩余动作电流值之间，且其级差通常应达1.2～2.5倍。

　　⒈6总保护的额定剩余动作电流最大值分别不应超过75—100mA(非阴雨季节)及200—300mA(阴雨季节);家用剩余电流动作保护器应实现直接接触保护，其动作电流值不应大于30mA;移动式电力设备及临时用电设备的剩余电流动作保护器动作电流值为30mA。

　　⒈7低压电网总保护采用电流型剩余电流动作保护器时，变压器中性点应直接接地;电网的中性线不得有重复接地，并应保持与相线一样的良好绝缘;剩余电流动作保护器安装点后的中性线与相线，均不得与其他回路共用。

　　⒈8照明以及其他单相用电负荷要均匀分配到三相电源线上，偏差大时要进行调整，力求使各相漏电电流大致相等;当低压线路为地理线时，三相的长度宜相近。

　　3.22、剩余电流动作保护器的运行维护管理工作

　　⒉1剩余电流动作保护器在投入运行后，使用单位应建立运行记录和相应的管理制度

　　⒉2管电人员每月至少应对剩余电流动作保护器进行通电跳闸试验，即按动试验按钮，以检查剩余电流动作保护器动作是否可靠。每当雷击或其它原因使剩余电流动作保护器动作后，应作检查并进行跳闸试验。农村用电高峰季节，应增加试跳次数;停用的剩余电流动作保护器使用前应先跳闸试验一次。

　　⒉3为全面掌握剩余电流动作保护器的运行状况，应定期(如在每年安全检查期间)对剩余电流动作保护器进行抽样检查测试。

　　⒉4对剩余电流动作保护器的测试工作应在当地电力部门的指导下，由供电所专职安全管理人员组织进行。定期测试剩余电流动作保护器动作特性的项目应包括剩余动作电流值、剩余不动作值、分断时间。

　　⒉5对低压电网的测试内容包括被保护电网的对地不平衡泄漏电流、被保护电网和各种负载、电机的绝缘电阻值、配电变压器低压侧中性点泄漏电流，以及各用电设备保护接地装置的接地电阻。测试数据与上一次测试结果相比较，进行综合分析。对测试不合格或有较大缺陷者，应及时进行检修或更换。

　　⒉6剩余电流动作保护器的动作特性试验和保护电网模拟漏电动作试验，应使用国家有关部门检测合格的专用测量仪表，由专业人员进行操作。严禁用相线直接触碰接地装置进行保护电网模拟漏电动作试验。

　　⒉7试跳、测试、整定和试验过程必须设专人记录，记录项目和数据不得混淆、错误，以供今后运行分析时参考。

　　⒉8若在剩余电流动作保护器的保护范围内发生电击伤亡事故，应检查保护器动作情况，分析其原因，并写入事故报告中。注意：在电力部门未派人检查前，要保护好现场，不得改动保护器现场。

　　⒉9用户有意使保护器拒动或误动，应当给予批评教育和警告，经批评教育仍不悔改者可暂时停止该户用电。

　　⒉10剩余电流动作保护器动作后，经检查未发现事故原因时，允许试送电一次，如果再次动作，应查明原因找出故障，不得连续强行送电。除经检查确认为剩余电流动作保护器本身故障外，严禁私自拆除剩余电流动作保护器强行送电。

　　⒉11剩余电流动作保护器的维修应由专业人员进行，运行中遇有异常现象应找电工处理，以免扩大事故范围。

　　⒉12供电所应配备常用测试表计和一定数量的备用保护器。应定期分析剩余电流动作保护器的运行情况，及时更换不能正常使用的剩余电流动作保护器。

　　4、剩余电流动作保护器故障原因及对策

　　1误动作原因分析

　　⑴低压电路开闭过电压引起的误动作：

　　由于操作引起的过电压，通过负载侧的对地电容形成对地电流。在零序电流互感器的感应脉冲电压并引起误动作。此外，过电压也可以从电源侧对保护器施加影响(如触发可控硅的控制极)而导致误动作。

　　⑵当分断空载变压器时，高压侧产生过电压，这种过电压也可导致保护器误动作。

　　对策和解决办法：

　　①选用冲击电压不动作型保护器;

　　②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。

　　⑶雷电过电压引起的误动作：

　　雷电过电压通过导线、电缆和电器设备的对地电容，会造成保护器误动作。

　　解决的办法是：

　　①使用冲击过电压不动作型保护器;

　　②选用延时型保护器。

　　⑷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：三相的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：

　　①应尽可能减小导线的对地电容，如导线布置远离地面;

　　②适当调大保护器的动作电流值;

　　③保护器尽可能靠近负载安装;

　　④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。

　　⑸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：

　　①尽量减少电源和负载可能带来的高次谐波;

　　②尽量减少电路的对地泄漏和对地电容;

　　③保护器尽可能靠近负载安装。

　　⑹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：

　　①从制造厂家来讲，主要是设法提高保护器的抗干扰能力，通常可采用双可控硅电路或采用分立元件线路板取代集成电路板。

　　②从用户角度讲应选用抗电磁干扰性能好的产品。

　　⑺变压器并联运行引起的误动作：

　　电源变压器并联运行时，由于各电源变压器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。

　　⑻保护器使用不当或负载侧中性线重复接地引起误动作：

　　三极剩余电流动作断路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，只要一启动单相负载，保护器就会动作。

　　此外，剩余电流动作断路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入地，造成保护器误动作。

　　避免上述误动作的办法是：

　　①三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，分别单独使用三级和两极的保护器;

　　②增强中性线与地的绝缘;

　　③排除零序电流互感器下口中性线重复接地点。

　　2拒动作原因分析

　　⑴自身的质量问题：

　　若保护器投入使用不久或运行一段时间以后发生拒动，其原因大概有：

　　①电子线路板某点虚焊;

　　②零序电流互感器副边线圈断线;

　　③线路板上某个电子元件损坏;

　　④脱扣线圈烧毁或断线;

　　⑤脱扣机构卡死。

　　解决的办法是及时修理或更换新保护器。

　　⑵安装接线错误：

　　安装接线错误多半发生在用户自行安装的分装式剩余电流动作断路器上，最常见的有：

　　①用户把三极剩余电流动作断路器用于单相电路;

　　②把四极剩余电流动作断路器用于三相电路中时，将设备的接地保护线(PE线)也作为一相接入剩余电流动作断路器中。

　　③变压器中性点接地不实或断线。

　　解决办法是：纠正错误接线。

　　5.剩余电流正确安装、接线

　　1剩余电流动作保护器的错误安装

　　⑴剩余电流动作保护器的安装位置不当：

　　一般情况下选保护器的辅助电源都取自被保护电源，因此应该把保护器的辅助电源接在熔断器前边，即电源→保护器→熔断器→用电设备，而不能安装在熔断器的后边。因为一旦熔丝熔断将会使保护器失去电源，发生触电时不能正确动作因而出现触电事故。对于不用辅助电源的保护器就不用考虑了。

　　⑵保护器零序TA安装位置不对：

　　配变外壳接地、中性线接地和避雷器接地，三者共接在一个接地装置上，通常称为'三位一体'。中性线应先穿过保护器的零序TA后，再和配变外壳接地线、避雷器接地线相连接共同接地。如果中性线接地线和避雷器接地线连接后再穿过保护器的零序TA接地，就有可能在雷电时影响剩余电流动作保护器的正常运行。