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漏电保护开关是如何识别电器是否漏电的?这篇讲的很清楚了!
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给大家进行一番既不浅但也不深的讲解!

1.漏电开关RCD的测量和工作原理

我们来看下图:

从图中我们看到从断路器到用电设备的三相电源线和中性线都穿过零序电流互感器,而零序电流互感器的二次绕组经过RCD检测和控制装置处理后,去控制断路器跳闸。这就是漏电开关RCD的工作原理。

提醒:注意看上图,用电设备的外壳是直接接地的,且不与电源接地极相接,所以这种接地方式被称为TT接地型式。

设,三相电流分别是Ia、Ib和Ic。由于它们之间的相位差是120度,如果它们的幅值相等的话,那么在正常情况下,三者的电流相量和等于零,即:

我们还知道,N线电流也即中性线电流与三相电流有如下关系:

N线电流等于零是自然的,因为这是三相平衡的直接结果。

现在,系统出现了漏电,假定就是A相电流。

现在会出现什么结果?

由于A相部分电流流到PE线,再通过地网返回电源,于是A相电流变大了。但N线中的电流仍然是三相平衡电流的综合值,因此有:

这里的被称为剩余电流,它将驱动RCD执行漏电保护操作。

值得注意的是:在TT接地形式下,地网有一定的阻抗,因此接地电流也不大。如果采用TN下依靠断路器来跳闸保护,则断路器未必会动作。故而在TT下,IEC60364要求一定要安装RCD。

关于接地型式与RCD的关系,后面会说。

2.漏电开关RCD中剩余电流的动作问题

剩余电流包括两类不同类型的漏电电流,一类是因为电器设备绝缘破坏而产生的漏电电流,又称为设备漏电电流;另一类是人体发生直接电击时从人体上流过的漏电电流。

前者对低压电网的消防和设备保护有重要意义,而后者则对人体保护有重要意义。

当人体接触到带电导体时,如果流过的电流为40~50毫安,且维持时间为1秒,则会对人体产生电击伤害。在IEC60364标准中,将人体电击伤害电流再乘以0.6的系数,得到50x0.6=30毫安电流,且定义此电流为人体电击伤害的临界电流值。

防止人体被电击的剩余电流动作保护器,就是我们常见的RCD漏电开关。

3.漏电开关的型式

漏电开关按动作型式可分为三种:

1)RCCB剩余电流动作断路器

剩余电流动作断路器不带过载保护和短路保护,仅有漏电保护。

2)RCBO剩余电流动作断路器

RCBO剩余电流动作断路器带过载保护和短路保护,还带有漏电保护。

3)剩余电流动作继电器

剩余电流动作继电器无过载保护和短路保护,也不能直接合分电路,仅有漏电报警功能。一般与其它电器例如断路器或者接触器等等组合实现漏电保护功能。

漏电断路器按测量和控制方式可区分为三种:电磁式漏电断路器RCD、电子式漏电断路器RCD和混合式漏电断路器RCD。它们的区别是:

1)电磁式漏电断路器RCD

电磁式RCD由零序电流互感器(零序电流互感器)、铁芯、衔铁、永久磁铁、去磁线圈等组成断路器的脱扣器。电磁式RCD的灵敏度较差,很难做到30毫安以下;从漏电开始到断路器跳闸需要的时间在0.1秒以内,无延迟时间。

2)电子式漏电断路器RCD

电子式RCD同样安装了零序电流互感器(零序电流互感器)。当发生漏电时,零序电流互感器二次绕组输出漏电电流信号给电子测量元件,再通过电子元件将漏电信号放大后驱动中间继电器或者断路器的分励线圈,使得开关电器或者断路器跳闸。

3)混合式漏电断路器RCD

发生漏电时,分相的零序电流互感器二次绕组能输出剩余电流。脱扣器是电磁式结构,包括铁芯、衔铁、永久磁铁、去磁线圈等等。当零序电流互感器检测到剩余电流后,电子元件将剩余电流信号放大后去激励去磁线圈,再通过衔铁使得断路器脱扣跳闸。

这种方式常常用于ACB和MCCB断路器的漏电测量和保护。

4.漏电开关的动作特征

漏电开关有动作电流和不动作电流这两个参数,它们的意义如下:

(1)额定漏电动作电流IΔn

额定漏电动作电流IΔn是指在规定的条件下,漏电开关必须动作的漏电电流值。

一般地,额定漏电动作电流值的范围为5~20000毫安,其中30毫安及以下属于高灵敏度类型,主要用于人体的电击防护;50~1000毫安属于中等灵敏度,用于兼有人体电击防护和漏电设备消防防护;1000毫安以上属于低灵敏度,用于漏电消防防护和接地故障监视。

(2)额定漏电不动作电流IΔn0

额定漏电不动作电流IΔn0指在规定的条件下,漏电开关必须不动作的漏电电流值。

值得注意的是:额定漏电不动作电流IΔn0总是与额定漏电动作电流IΔn成对地出现的,其优选值为:IΔn0=0.5IΔn。

在使用以上参数时,应当特别注意从IΔno到IΔn的电流区间。若工程设计中要求漏电保护电器在通过的剩余电流大于等于I1时必须动作,而当通过的剩余电流小于或等于I2时必须不动作,则在配置和选用漏电保护电器时应使得:I1≥IΔn和I2≤IΔno。

5.漏电开关与接地形式之间的关系

此处的知识很重要,期望大家多看几遍!

我们看下图:

我们看到,IT系统中无需装设RCD,但TT系统中必须要装。

当IT系统的某相接地后,人体若同时触及另一相,则人体的接触电压相当于线电压,因而流过人体的电流很大足以致命,为此可装设RCD保护人身安全。

一般地,在矿井下要求IT系统必须配RCD,并且在电源侧还要装绝缘监视装置。

TT系统的特点是变压器中性点直接接地,而负载侧的外露导电部分也直接接地。

TT系统中发生单相接地故障时,因接地电流需要流经负载侧的接地极和变压器中性点的接地极,所以其接地电流较小,不足以启动断路器的短路保护,所以TT系统也属于小电流接地系统。IEC首先推荐在TT系统中使用RCD。

TN-S系统的特点是变压器中性点直接接地,并且引三条相线、中性线N和PE线到负载侧。中性线和PE线在变压器接地极分开后就相互绝缘,并且一直延伸到负载侧。

TN-S系统中发生单相接地故障时,因为接地电流几乎等于短路电流,所以TN-S系统属于大电流接地系统,系统中发生单相接地故障时可用断路器的短路保护来切断线路。

若在TN-S系统中使用RCD,则N线和三相线必须同时穿过零序电流互感器,或者单相的相线和N线同时穿过零序电流互感器。

对于TN-C系统,虽然变压器的中性点直接接地,但是因为PE和N组成单根的PEN线引入到负载中,为了防止PEN断线而在PEN线中出现过电压,因此PEN线必须重复接地。正因为如此,使得TN-C系统不得安装RCD。

注意:TN-C系统中的相线又叫做火线,PEN保护中性线又叫做零线。TN-C系统不允许安装RCD,并且零线PEN不得断开,更不能接入开关!!

居家配电中的接地系统其实是TN-C-S。居家中没有火线和零线,只有相线L和中性线N,还有地线PE,所以可以使用RCD。

TN-C-S中的N线可以断开,也可以接入开关,但PE线不允许断开。

这就是居家配电可以采用2P开关或者IP+N开关同时切断相线和N线的原因。

对于TN-C-S系统,它的前部为TN-C系统,PEN线在某处接地后引出为N线和PE线,由此形成TN-C-S系统,它适合于不平衡负载。TN-C-S系统可用RCD,但是PEN线和后部的PE线不得穿过RCD的零序电流互感器铁芯。

关于RCD的说明已经够多了。其实上述内容只不过是《老帕讲低压电器技术》中的节选摘录而已。更多精彩内容就请大家去看书吧!

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最后,提个小问题:居家中使用的RCD,是电磁式的还是电子式的?

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