剩余电流动作保护器详解

知识点：剩余电流动作保护装置

RCD的工作原理

低压配电线路中各相（含中性线）电流矢量和不为零而产生的电流称为剩余电流。通常所说的接地故障电流即漏电电流就是一种常见的剩余电流。剩余电流保护是利用剩余电流动作保护装置来防止电气事故的一种安全技术措施。

剩余电流保护装置的作用如下。

1）用于防止由剩余电流引起的单相电击事故。

2）用于防止由剩余电流引起的火灾和设备烧毁事故。

3）用于检测和切断各种一相接地故障。

4）有的剩余电流保护装置还可用于过载、过压、欠压和缺相保护。

剩余电流动作保护装置的结构主要由三个基本部分构成，即检测元件、中间环节（包括放大元件和比较元件）和执行机构。如图1所示。

      图1   剩余电流动作保护装置的结构

剩余电流保护装置的电流互感器一般采用空心式的环形互感器，如下图所示。它的主要功能是把一次回路检测到的剩余电流变换成二次回路的输出电压，并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，将信号放大以后施加到脱扣线圈上，使脱扣器动作。

（1）电子式RCD的工作原理

电子式RCD的工作原理如图2所示。图2   电子式RCD的工作原理

在零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路E。

在正常情况下，电路中没有发生人身电击、设备漏电或接地故障时，剩余电流保护装置通过电流互感器一次侧电路的电流矢量和等于零。此时，电流在电流互感器中产生的磁通的矢量和等于零。这样在电流互感器的二次线圈中没有感应电压输出，因此剩余电流保护装置保持正常供电。

当电路中发生人身电击、设备漏电、故障接地时，通过设备接地电阻有一个接地电流流过，则通过互感器电流的矢量和不等于零，剩余电流互感器中产生磁通矢量和也不等于零。此时，互感器二次回路中有一个感应电压输出，此电压直接或通过电子信号放大器施加在脱扣线圈上，产生一个工作电流。二次回路的感应电压输出随着故障电流的增大而增大，当接地故障电流达到额定值时，脱扣线圈中的电流足以推动脱扣机构动作，使主开关断开电路，或使报警装置发出报警信号。

（2）电磁式RCD的工作原理

电磁式RCD的工作原理图如图3所示。

图3   电磁式RCD的工作原理

电磁式剩余电流动作保护装置的检测元件是零序电流互感器，中间环节是由电磁铁（放大器）、衔铁、弹簧（比较器）、脱扣机构组成；执行机构是断路器，SB是试验按钮。

正常工作时，各相电流的相量和等于零，零序电流互感器的环形铁芯所感应磁通的相量和也为零。零序电流互感器的二次绕组中没有感应电压输出，极化电磁铁线圈没有电流流过，电磁铁的吸力克服弹簧反作用力，使衔铁保持在闭合位置，脱扣机构不动作，漏电保护断路器不动作，保持电路正常供电。

当因某种原因产生剩余电流时，通过零序电流互感器一次侧个导线电流的相量和不再为零。这时环形铁芯将有交变磁通产生，在互感器二次绕组中有感应电压输出，电磁铁线圈中将有交流电流通过，并产生交变磁通与永久磁铁的磁通叠加使电磁铁去磁，从而使其对衔铁的吸力减小。于是衔铁被弹簧的反作用力拉开，脱扣机构动作，断路器QF断开电源。

试验时，按下试验按钮SB，相间出现电流，模拟剩余电流，同样使通过零序电流互感器一次侧各导线电流的相量和不再为零，而使装置动作。

RCD的分类

（1）按照检测信号和工作原理分类

可分为电流动作型、交流脉冲型、电压动作型。目前广泛使用的是反映零序电流的电流型剩余电流动作保护装置。

（2）按照中间环节所采用的元件分类

可分为电磁式、电子式两种。我国生产的剩余电流动作保护装置绝大部分为电子式的，约占90%左右。电磁式剩余电流动作保护装置因制造成本高、价格贵，使用量较少。

（3）按照功能分类

1）剩余电流开关。剩余电流动作断路器，用于接通、承载和分断正常工作条件下的电流以及在规定条件下当剩余电流达到一个规定值时，使触头断开的机械开关电器。它不仅与其他断路器一样可将主电路接通或断开，而且具有对剩余电流检测和判断的功能。当主回路中发生剩余电流或绝缘破坏时，剩余电流保护开关可根据判断结果将主电路接通或断开。

图4   剩余电流开关

2）剩余电流继电器。组合式剩余电流动作保护装置，在规定的条件下，当剩余电流达到一个规定值时，发出动作指令的电器。其是具有对漏电电流检测和判断的功能，而不具有直接切断和接通主回路功能的漏电保护装置。它可与大电流的自动开关配合，作为低压电网的总保护或主干路的剩余电流、接地或绝缘监视保护。

图5   剩余电流继电器

3）剩余电流保护插座。是指具有对剩余电流检测和判断并能切断回路的电源插座。灵敏度较高，常用于手持式电动工具和移动式电气设备的保护及家庭、学校等民用场所。

图6  剩余电流保护插座

（4）按照剩余动作电流分类

1）高灵敏度型。额定剩余动作电流为30mA及以下的属于高灵敏度，主要用于防止各种人身触电事故。

2）中灵敏度型。30~1000mA属于中灵敏度，用于防止触电事故和漏电火灾。

3）低灵敏度型。1000mA以上属于低灵敏度，用于防止剩余电流火灾和监视一相接地事故。

（5）按动作时间分类

1）快速型。快速型剩余电流保护装置没有人为的延时，适用于单级保护或分级保护的末级保护。用于直接接触保护时，其剩余电流小于30mA。选用快速型剩余电流保护器，其动作时间与动作电流的乘积不应超过30mA·s。

2）延时型。延时剩余电流保护装置加有人为的延时部件，适用于分级保护的首级保护，因此它只适用于间接接触保护，其剩余动作电流大于30mA。延时时间得优选值为：0.2s、0.4s、0.8s、1s、1.5、2s。

3）反时限型。反时限型剩余电流保护装置是为了更好地配合电流-时间曲线而设计的产品，其特点是剩余电流越大，分断时间越短；剩余电流越小，分断时间越长。其适用于直接接触保护。

RCD的分级保护

（1）什么是分级保护

根据线路和负载的情况，按照不同的保护要求，在低压干线、分支线路和线路末端，分别安装具有不同剩余电流动作特性的保护装置，形成分级剩余电流保护网。

（2）分级保护的目的

低压供用电系统中剩余电流动作保护装置采用分级保护的目的就是在保证安全的同时，缩小发生人身电击事故和接地故障切断电源时引起的停电范围。

（3）分级保护注意事项

低压供配电一般都采用分级配电。

如果只在线路末端（开关箱内）安装剩余电流动作保护装置，虽然发生剩余电流时，能断开故障线路，但保护范围小。

同样，若只在分支干线（分配箱内）或干线（总配电箱内）安装剩余电流保护器，虽然保护范围大。如果某一用电设备因剩余电流跳闸时，将造成整个系统全部停电，既影响无故障设备的正常运行，又不便查找事故，显然这些保护方式都有不足之处。

（4）分级保护的形式与作用

分级保护方式的选择：应根据用电负荷和线路具体情况的需要，一般可分为两级或三级保护。

在总电源端、分支线首端和线路末端都安装剩余电流动作保护装置就是三级保护，如图7所示。

图7   三级保护示意图

1）第一级保护（总保护）。安装在变压器低压侧的第一级保护（总保护）仅对网络中出现的间接接触触电进行保护，不具备防止人身直接接触触电的功能。其主要作用是在达到动作整定值时可靠跳闸，保证低压主干线的安全运行，防止接地故障引起电气火灾和电气设备损坏。另外，还可具备在架空线路发生断线、过负荷、短路等情况时动作于跳闸的功能。

2）第二级保护（中级保护）。为了缩小故障停电范围，提高供电可靠性，在分支较长、负荷较大或用户较多的线路上宜装设分支线路第二级保护（中级保护）。在总保护与末端保护之间设立的剩余电流保护均属中级保护。第二级保护的作用是当保护范围内发生故障性剩余电流时，将因故障剩余电流引起的停电范围控制在该分支线路内。

3）末级保护。安装在用户侧的末级保护装置的主要作用就是实现直接接触电击保护，保证人身安全。在不同的使用场所，当保护范围内出现大于额定剩余动作电流30mA时，能瞬时切断电源。

各级剩余电流和分断时间的配合如下表所示。

表    各级保护的分断时间

RCD的安装

必须安装剩余电流保护装置末端保护的设备和场所如下。

1）属于Ⅰ类的移动式电气设备及手持式电动工具。

2）生产用的电气设备。

3）施工工地的电气机械设备。

4）安装在户外的电气装置。

5）临时用电的电气设备。

6）机关、学习、宾馆、饭店、企事业单位和住宅等除壁挂式空调电源插座外的其他电源插座或插座回路。

7）游泳池、喷水池、浴池的电气设备。

8）安装在水中的供电线路和设备。

9）医院中可能直接接触人体的电气医用设备。

1.剩余电流动作保护器的错误安装

（1）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。

（2）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。

2.保护器的正确接线

在低压配电系统中，采用"保护器+保护线"保护的方式，经常由于接线错误而造成保护器误动或拒动，造成不良影响，在采用这种保护方式时，只有正确地接线，才能起到应有的保护效果。

1）在中性点直接接地，在TN系统中采用TN-C方式保护时，中性线一定要穿过保护器零序TA，而保护线在正常工作时不流过电流，一定不能穿过剩余电流动作保护器的零序TA。

2）不带单相负荷的动力线路，由于是对称负荷，其中性线不应穿过零序TA，采用三相保护器即可。对于单相负荷回路应采用双极保护器，按TN-S或TNC-S方式加保护线。

3）对于动力、照明混合线路，应选用四极保护器。如果采用中性点直接接地，保护线与N线共用的TN-C系统，则PEN线穿过零序TA，但TA后面的PEN线只起工作N线作用，而不能兼作保护线。

4）选用保护器后，线路若需要进行重复接地，其接地点只能选在工作N线的输入端，如对于选用三极保护器的动力回路，由于其N线不通过零序电流互感器TA，所以对重复接地的选择无其它要求。

此外，采用保护器后，人们对其它触电防护措施的重要性认识淡薄了，错误地将保护器作为唯一的安全措施，放松了其它安全措施的实施，如连接保护线或接地线、采用绝缘防护物等。

RCD的运行维护

1）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。

2）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。

3）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。

4）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。

5）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。

6）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。

7）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。

8）维护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。

9）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、剩余不动作电流值、分断时间。

10）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。

11）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。

12）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。

RCD的故障应对

1.误动作原因分析

（1）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。

（2）当分断空载变压器时高压侧产生过电压

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。

（3）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。

（4） 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。

（5） 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。

（6）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。

（7）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。

（8）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

（1）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。

（2）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。

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1、GB13955-2005剩余电流动作保护装置安装和运行

2、剩余电流动作保护装置在防范电气火灾中的作用