家用漏电保护器是怎样工作的？

剩余电流保护电器（简称：RCD）是一种接地故障电流保护装置，在低压电网中安装RCD是防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏的一种有效的防护措施。RCD是指能同时完成检测剩余电流，将剩余电流与基准值相比较，以及当剩余电流超过基准值时，断开被保护电器、或输出机械触点开闭信号或发出报警信号的装置。一般由检测元件、判别元件、执行元件、试验装置和电子信号放大器等部分组成。

根据国家标准规定，根据可检测的剩余电流，漏电保护器类型有三种：AC型，A型和B型，产品复杂程度和价格依次提高。

AC型：对突然施加的或缓慢上升的剩余正弦交流能确保脱扣的RCD ，通常应用于普通照明电路中，大多数家用的就是AC型漏电保护器。

A型：对突然施加的或缓慢上升的剩余正弦交流电和剩余脉动直流剩余电流能确保脱扣的RCD，其中脉动直流叠加在工频交流上的相位有0°，90°和135°之分，应用于电子设备较多的场合，如微型计算机、超市收银台等。

B型：除具备A型性能外，还能在下列电流下确保脱扣的剩余电流装置：1000Hz及以下的正弦交流剩余电流；交流剩余电流叠加平滑直流剩余电流；脉动直流剩余电流叠加平滑直流剩余电流； 两相或多相整流电路产生的脉动直流剩余电流；平滑直流剩余电流。B型漏电是工业级漏电保护器，通常应用于变频器，医院CT室等复杂场合。

这里以家用漏电保护器AC型产品为分析对象，其余两种在结构组成上都是一样的，不同点在于信号检测部分的设计。

剩余电流保护装置一般应由下列部件组成：检测元件（剩余电流互感器) ， 判别元件（剩余电流脱扣器），执行元件（机械开关电器或报警装置），试验装置，电子信号放大器（仅电子式有）等 。

1. 漏电流检测原件（剩余电流互感器） 
   

   剩余电流互感器是一个检测元件，它的主要功能是把一次回路检测到的漏电电流变换成二次回路的输出电压，通过电子组件板施加到剩余电流脱扣器的脱扣线圈上，推动脱扣器动作，或通过信号放大装置施加到脱扣线圈上，使脱扣器动作。

   剩余电流互感器一般采用穿心式的环形互感器，一次回路导线从互感器中间穿过，二次回路导线缠绕在环形铁心上，通过互感器的铁心实现一次回路和二次回路之间的电磁耦合。

对剩余电流互感器的技术要求：

• 高检测灵敏度：在弱磁场的条件下具有较高的导磁率，尤其是初始导磁率。一般采用高导磁率的铁镍软磁合金，例如1J85，其最大导磁率μm可大于0.628 H/m，初始导磁率μ0也可达0.0628 H/m以上，近年来采用高导磁率的非晶态或超微晶合金材料制造剩余电流互感器，非晶和超微晶合金材料具有较高的导磁率，加工及热处理的工艺要求较低，成本较低，近几年发展较快，其稳定性也逐渐提高，在剩余电流保护电器中应用逐渐增多。

• 可靠性：理论上没有接地故障时，剩余电流互感器的二次回路应该没有输出。实际上，由于漏磁通的存在即使没有漏电故障时，一次回路电流产生的磁通也不会完全抵消，有一个微弱残留信号输出。用电设备起动时产生瞬时大起动电流的作用下，这个残留输出也会增大，甚至导致剩余电流保护装置误动作。为此，剩余电流互感器在机械结构上要求一次回路导线尽量对称布置，减少漏磁通的影响。互感器铁心一般为圆环形，采用带材卷绕或用板材冲成环形薄片重叠而成，并采用适当的屏蔽以减少漏磁通的影响，而且在制造完成后还需要经过热处理。

• 稳定性：考虑温度变化和短路电流流过时对互感器特性的影响。因此要求铁心材料的导磁率具有较高的温度稳定性，防止温度变化引起动作特性的变化。同时要求制造铁心的材料具有较小的矫顽力Hc，减少剩磁的影响，防止大电流冲击后引起动作电流的变化。因此国家标准中有规定低短路1500A冲击试验和高低温试验，就是验证漏电保护器动作电流的稳定性。铁镍软磁合金制造的互感器具有较好的温度和磁性能稳定性，在温度变化时和短路电流冲击后，动作电流不会发生明显的变化。近年来超微晶软磁材料制造工艺不断改进，材料的稳定性有了很大的提升，在剩余电流互感器中的应用也逐年增多。

2.剩余电流判别元件（脱扣器线圈，以螺管式为例）

螺管式脱扣器主要包括线圈、磁轭、衔铁推杆和弹簧，结构比较简单，制造工艺要求不高。这种 结构的脱扣器磁回路的磁阻比较大，需要较大的激磁电流才能使衔铁吸合，脱扣器的动作灵敏度 较低，动作电流一般在几百毫安至几千毫安，互感器二次回路的输出信号必须放大后才能推动脱 扣器动作。

3.电子组件板

剩余电流互感器二次回路的输出功率很小，一般仅达到几十毫伏的等级，需要在互感器和脱扣器之 间增加一个信号放大装置，可以降低对脱扣器的灵敏度要求，减少对剩余互感器输出信号的要求， 从而可以大大地缩小互感器的重量和体积，降低剩余电流保护装置的成本。集成电路电子放大器， 一般型采用VG54123 (或M54123)，延时型采用M54133或采用其它的专用集成电器。采用分立电子 元件结构简单、成本较低，但可靠性及抗干扰性能均较差，误动作也较多。采用微处理器控制器对 信号进行放大、运算、处理和控制，不仅提高了装置的保护性能和可靠性，还可扩展剩余电流装置 的功能，使剩余电流保护装置具有漏电测量、显示、报警及通信等多种功能。

通过剩余电流互感器、螺管式脱扣线圈、电子组件板和试验装置构成的漏电保护器，其电气原理图 如图所示。当无漏电流或漏电流达不到动作电流时，零序电流以感应出的电压不足以触发可控硅G 极（控制极），此时A极（阳极）与K极（阴极）之间相当于一个大电阻达1M以上，脱扣器线圈一 般为几十欧姆（30-60欧姆左右），脱扣器线圈与可控硅等效于串联状态。由于可控硅的等效电阻 远远大于脱扣器线圈的电阻值，因此几乎全部电压加在可控硅的A与K两端，脱扣器同乎无压降， 微小的电压不能带动脱扣器工作，因此保护器处于守侯状态，断路器处于正常合闸状态。当零序电 流互感器感应出的电压能触发可控硅G极时，此时A与K两端完全导通，电阻几乎为0，全部压降加 在脱扣线圈两端，脱扣器线圈产生足够大的吸力，带动脱扣机构动作，从而切断电源实现保护。