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浅谈安科瑞剩余电流动作保护装置在住宅电气设计中的应用

更新时间:2024-06-27      浏览次数:100

【摘要】剩余电流保护装置(RCD)在应用中要使其额定漏电不动作电流不小于电气线路和设备的正常泄漏电流的大值的2倍。RCD的设置位置要考虑到泄漏电流和工程造价因素。作者提出将GB50096-19996.5.2.7条改为:“每幢住宅的总电源进线或相关处的断路器应具有漏电保护功能",不仅增加规范的可执45-性,也增强了规范的严谨性。文章后列出了住宅用配电箱系统的两个例子,以及与之配合的防火灾RCD设置的举例。

【关键词】工厂与建筑;安全性;漏电保护器;设计

0前言

剩余电流保护装置(也称漏电保护电器,本文简称RCD)作为防电击的重要措施之一,在生活、工作中得到了广泛的应用。RCD在切断供电回路保护措施中,与过电流保护电器相比,对接地故障引起的电击事故的防范具有很高的动作灵敏度。因此,在因经常挪动而易发生接地故障的手持或移动式设备的配电回路中得到了广泛应用,以确保人身安全。

1RCD的参数选择

I、la.o及t是RCD极为重要的参数。,为该电器的额定漏电动作电流,,是额定漏电不动作电流,t为RCD的动作时间。通常,及,的关系是:I=1/21或者说额定漏电不动作电流la.o小值为0.51△。正常运行时,由于电气设备及线路对地电阻和电容形成的阻抗不可能无穷大,因此电气设备及线路对地是有泄漏电流的。这种泄漏不会引起对人身

的伤害乃至火灾危险,但会引起RCD误动作。国标GB13955-1992((漏电保护器安装和运行》5.3.1条对此作了规定:“选择漏电保护器的额定漏电动作电流值时,应充分考虑到被保护线路和设备可能发出的正常泄漏电流,必要时可通过实际测量取得被保护线路或设备的泄漏电流值"。5.3.2条还规定:“选用的漏电保护器的额定漏电不动作电流,应不小于电气线路和设备的正常泄漏电流的大值的2倍"。如果用,表示住宅用电设备的大正常泄漏电流,其与I…la.o之间的关系为:

21△∞=I

I≤0.5IA∞=0.25I△

国标GB4706.1《家用和类似用途电器安全通用要求》列出有关家用电器正常泄漏电流见表1及表2。用电设备的泄漏电流是随多种因素而变化的,

有人在天津7月~8月期间对住宅家用电器及BV导线穿PVC管暗设时的正常泄漏电流进行测试,见表3。额定动作电流为30mA的RCD能充分保证人身安全,所以在防电击的保护措施中,I△n =30mA的RCD得到广泛应用。

2RCD的设置位置

一直以来,不少人对GB50096-1999《住宅设计规范》6.5.2条关于RCD设置位置有异议。笔者认为,规范的要求是一个低标准,它要求手握式或移动式供电回路一定要设RCD。对住宅电源进户处是否安装RCD并未规定。关键是设计人员要注意正常泄漏电流,与RC之,之间的协调关系,避免RCD误动作。

对于前述被测住宅而言,其正常泄漏电流之和达11.19mA。若在住户用配电箱进线处设,An:30mA的RCD,则无法满足I≤0.25I的要求,电源进线处设置的RCD有误动作的可能。

注:1)落地灯可按荧光灯计算泄漏电流。

2)空调器为室内机,落地式或墙挂式。

3)荧光灯装于钢筋混凝土顶板上,附电感式整流器。

如要在手握式或移动式设备的供电回路上装设I=30mA的RCD,在电源进线处设置,△≥100mA的RCD那当然好,问题是工程造价许可与否。据悉。因经济上的原因房地产开发商是不同意此种设计方案的。同样,在空调供电回路及照明回路是否需装设RCD亦应由工程造价决定。

空调设备因体大量重属固定设备,发生接地故障时,对人体的危害远不如手握式(或移动式)设备。这是因为手握式设备接地故障时,人的手掌肌肉对电流的反应是不受大脑指令的,会对带电导体紧握不放,无法迅速脱离带电体,因此要求快速切断电源回路就极为重要。所以,规范要求对供电给手握式和移动式电气设备的末端配电线路切断电源大时间为0.4s(GB50054-1995之4.4.7条)。对于供电给固定式设备的末端线路,由于固定设备体大量重,不易被手抓住,发生故障时,人体易于挣脱。综合考虑各类技术及经济因素,规范将此类固定设备的切断时间定为“不宜大于5s"。固定的照明器常是高高挂起(不含台灯、落地灯等插座供电照明器),其照明线路多暗设于楼板或墙体内,发生接地故障时,其造成的危害也远不如手握式或移动式设备。

当然。空调设备、照明设备(不含台灯、落地灯、床头灯等由插座供电的照明设备)供电回路不装设RCD,并不等于说这些设备或线路不会发生接地故障。发生故障时,由于PE线贯通整个装置,故障引起的危险对地电压通过PE线蔓延至所有的手握式和移动式设备的金属外壳,对于空调等固定设备,其切断故障电路的允许时间达5s,必然给正在使用手握或移动式设备的人带来危险。为此,可遵循规范GB50o54—19954.4.9条之二:使配电箱至总等电位回路之间的一段PE线的阻抗不大于Zs(UL为安全电压,50V;Uo为相线对地电压;Z为故障回路阻抗)。

另一措施是实施局部等电位联结,以消除或降低可导电部分的电位,这一措施在设计中利用土建工程已有的钢筋加以联结便可实施,是一个经济且实用的方法。

至于在空调回路设置RCD,令其故障时切断电源时间小于0.4s亦是可以的,仍是那句话:工程造价允许方可实施。

RCD不仅能对人身提供安全保护,而且也能对漏电引起的火灾进行防范。科学家的研究告诉我们,500mA(0.5A)是引起火灾的小点燃电流,也就是说500mA以下的电弧能量是不足以引燃起火的。当然仅有500mA的点燃电流并不见得会引起火灾,因为火灾的形成不仅要有火源(此处为点燃电流),还要有可燃物及火灾蔓延的可能。这就是说,当泄漏电流达到500mA时,有发生火灾的可能,但不一定会发生火灾。

随着人们生活水平提高,全国各地都在开发不同类型的住宅小区,尽管住宅小区所处位置不同,其面积大小各异,豪华程度参差不齐,然而对安全的要求都是相同的。GB50096

-19996.5.2之7条要求“每幢住宅的总电流进线断路器,应具有漏电保护功能"。在电气火灾日趋增多的今天,编制该条文是有现实意义的,对于多层及低层住宅而言,上述条文是合理的,给设计工作提供了依据。

一般的多、低层住宅,按一梯两户计,每门栋的住户不会超12户或6户,按6.5.2之7条规定,在总电流进线断路器设漏电保护功能,一旦发生漏电,查询范围小,受停电影响的户数较少。

如果住宅楼为高层,例如24层,若按一梯7户计,则为168户。每户安装容量为6kW,用电量则达1008kW。有人用一路电源供电,总开关容量应在700A以上,设计者将框架式断路器(ACB)的接地故障保护作为防电气火灾的措施。通常ACB接地故障整定电流为其额定电流的20%,ACB的额定电流,若为800A,接地故障动作电流为800×0.2=160A,这么大的动作电流对防电击和电气火灾几无功效,它的作用在于发生接地故障时,提高保护线路绝缘的过电流防护灵敏度。

出于技术、经济方面的原因,我国规范也允许采用分离式零序电流互感器加继电器作用于断路器或令其报警(IEC标准中已不予考虑)。但这种零序电流互感器的窗口直径无法做得很大,也难以满足大容量回路的防火要求。即使能在实际中实施,由于户数过多,查找故障需花费时日,影响面实在太大。

于是有人采用两回电源或三回电源进线,每回线需负担84户或56户用电,按6.5.2之7条规定,在上述电源总进线装设RCD,一旦发生危及火灾的漏电时,电源进线跳闸或报警,故障面影响之大亦是不言而喻的,再加上查找漏电故障有一定难度,会给住户带来不便。

高层住宅往往采用母线槽或预分支电缆,或电缆分支箱等作为供电介质。如果能令每两层或三层共用的插接箱或分支箱处的断路器具有漏电保护功能,也可以满足6.5.2之条要求。这样,就可较大限度地缩减故障面。

如果将6.5.2之7条改为“每幢住宅的总电源进线或及其相关处的断路器,应具有漏电保护功能",不仅增加规范的可执行性,也增强了规范的严谨性。

3工程实例

图1及图2列出了住宅用配电箱系统的两个方案,而图3及图4分别为与图1、图2配合的防火灾RCD设置的方案。经济条件允许的话,三级RCD的设计方案(图4)当然较优,但在工程设计中。采用的仍是图3方案。图4中-=A"RCD的作用均不相同,插座处设置。In=30mA的RCD,在间接接触防护中保护人身安全,且又是直接接触保护的后备保护。In=100mA的RCD是作为防电气火灾而设置的,由于其动作时间要求小于0.2s,因而又可作为间接接触防护的后备保护。In=0.3~1A的RCD的作用纯粹是为防电气火灾而设置。这种三级设置大优点是大限度减小故障面,对于上述所述的一幢高层约要增加十余万元的投资,不知投资商能否接受。

4安科瑞ASJ系列产品介绍

安科瑞ASJ系列剩余电流动作继电器和多回路剩余电流监测仪可与低压断路器或低压接触器等组成组合式剩余电流保护装置,主要适用于交流50Hz,额定电压400V及以下的TT和TN系统配电线路,用来对电气线路进行接地故障保护,防止接地故障电流引起的设备损坏和电气火灾事故,也可用来对人身触电危险提供间接接触保护。

ASJ10/20系列剩余电流动作继电器

ASJ60系列剩余电流监测仪

4.1功能介绍

ASJ10/20系列剩余电流动作继电器具有以下功能:A型或者AC型剩余电流测量,剩余电流越限报警指示,额定剩余动作电流可设定,极限不驱动时间可设定,两组继电器输出,具有就地,远程“测试"、“复位"功能;

ASJ60系列剩余电流监测仪具有以下功能:16路剩余电流监测,1路预警继电器输出,16路报警继电器输出,2路DI输入,自动重合闸功能,远程通讯功能,远程分合闸功能。

4.2技术指标

ASJ10/20系列剩余电流动作继电器技术指标

项目

指标

AC型

A型

辅助电源

电压

AC110/220V(±10%)

AC/DC85~270V


功耗

<5W

<5W


输入

额定剩余动作

电流In

0.03、0.1、0.3、0.5(A)

0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A)


极限不驱动时间△t

0.1、0.5(s)

0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s)


额定剩余不动作

电流Ino

50%In

50%In

动作特性

AC正弦交流电流

AC正弦交流电流、

脉动直流电流

频率

50Hz±5Hz

50Hz±5Hz

动作误差

-20%~-10%In

-20%~-10%In

输出

输出方式

一组常开、一组转换

一组常闭或常开、一组转换

触点容量

5A250VAC

5A30VDC

AL1:8A250VAC;5A30VDC

AL2:6A250VAC;5A30VDC

复位方式

就地、远程

就地、远程、自动

环境

工作温度

运行温度:-20℃~+55℃,存储温度:-30℃~+70℃

工作湿度

≤95%RH,不结露,无腐蚀性气体场所

海拔高度

≤2000m

污染等级

3级

安装类别

Ⅲ类

ASJ60系列剩余电流监测仪技术指标

项目

指标

电源

电压范围

AC/DC85V~265V

大功耗

≤10VA

输入

大测量支路数

16路

剩余电流测量范围

1mA~30A

额定剩余动作电流I△n

1mA~30A连续可调

动作特性

AC正弦交流电流及脉动直流电流

频率

50Hz±5Hz

动作延时

0~10s可设

开关量

2路无源干接点输入

输出

输出方式

1路水浸报警继电器(常开)

16路剩余电流报警继电器(常开)

触点容量

AC250V/3ADC30V/3A

重合闸

次数

0~99连续可设

间隔时间

0~999秒连续可设

通讯

方式1

RS485通讯,Modbus-RTU协议

方式2(可选)

4G无线通讯

环境要求

温度

工作温度:-10℃~55℃,存储温度:-30℃~70℃

湿度

≤95%,不结露

海拔

≤2500m

平均工作时间

≥50000小时

4.3选用说明

剩余电流动作继电器在应用时应注意低压系统的接线型式。

系统形式

系统接线

说明

TT系统

采用ASJ。因为当发生单相接地故障时,故障电流很小,且较难估计,达不到开关的动作电流,外壳上将出现危险电压。

TN-S系统

可采用ASJ。更快速灵敏切断故障,以提高安全可靠性,此时PE线不得穿过互感器,N线穿互感器,且不得重复接地。

其余接线型式需要改造成以上两种型式使用,防止出线误动作或者不动作的情况。剩余电流互感器的选择应根据主回路的额定电流为参考选择,

型号

孔径

主回路额定电流

变比

AKH-0.66L45

45mm

80A

1A:1mA

AKH-0.66L80

80mm

250A

1A:1mA

AKH-0.66L100

100mm

400A

1A:1mA

AKH-0.66L150

150mm

630A

1A:1mA

AKH-0.66L200

200mm

1000A

1A:1mA

AKH-0.66L-260*100II

265*104mm

1000A

1A:1mA

实际应如图所示,互感器安装在主回路或者支路上,通过测量剩余电流判断是否驱动断路器动作。

ASJ10/20剩余电流继电器典型应用

ASJ60剩余电流监测仪典型应用

4.4注意事项

当采用剩余电流动作保护器(RCD)作为电击防护附加防护措施时,应符合下列规定:

  • 额定剩余电流动作值不应大于30mA;

  • 额定电流不超过32A的下列回路应装设剩余电流动作保护器(RCD):

  • 供一般人员使用的电源插座回路;

  • 室内移动电气设备;

  • 人员可触及的室外电气设备。

  • 剩余电流动作保护器(RCD)不应作为的保护措施;

  • 采用剩余电流动作保护器(RCD)时应装设保护接地导体(PE)。

参考文献:

【1】凌智敏.剩余电流动作保护装置在住宅电气设计中的应用.

【2】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.06版


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