剩余电流动作保护装置

五、剩余电流动作保护装置分级保护
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臵，形成分级剩 余电流保护网。
2、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。
“30mA·s”的安全性是什么？
通过大量的动物试验和研究表明，引起心室颤动 不 仅与通过人体的电流（I）有关，而且与电流 在人体中持续的时间（t）有关，即由通过人体的 安全电量Q=I×t来确定，一般为50mA· s。就是说当 电流不大于50mA，电流持续时间在ls以内时，一 般不会发生心室颤动。 但是，如果按照50mA· s控制，当通电时间很短而通 人电流较大时（例如500mA×0.1s），仍然会有引 发心室颤动的危险。虽然低于50mA· s不会发生触电 致死的后果，但也会导致触电者失去知觉或发生 二次伤害事故。
（3）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。
三、技术参数
1、关于漏电动作性能的技术参数 （1）额定剩余动作电流（I△n）: 是指在规定的条件下，剩余动作保护装臵必须动作的漏 电动作电流值。它反映了剩余动作保护装臵的灵敏度。 （2）额定剩余不动作电流(I△n0)： 是指在规定的条件下，剩余动作保护装臵必须不动作的 剩余电流值。 （3）分断时间。指剩余电流动作保护装臵从突然加上动 作电流时起，至被保护电路切断为止的全部时间。
一、概述
1．剩余电流保护 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。
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2、作用：
（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。
①剩余电流开关(剩余电流断路器)
是指不仅它与其它断路器 一样可将主电路接通或断 开，而且具有对剩余电流 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 主电路接通或断开的开关 元件。 它与熔断器、热继电器配 合可构成功能完善的低压 开关元件。 目前这种形式的剩余电流 保护装臵应用最为广泛， 就是常说的剩余电流保护 器。
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RA有一个接地电流 IN 流过，则 通过互感器电流的矢量和不等于零，为IL1 + IL2 + IL3 + IN ≠0 ，剩余电流互感器中产生磁通矢 量和也不等于零，即ΦL1 +ΦL2 + ΦL3 + ΦN ≠0 。 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）保护动作时：
当因某种原因产生剩余电流时，通过零序 电流互感器一次侧各导线电流的相量和不 再为零（此时产生的电流被称作“剩余” 电流）。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T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X的吸力减小，于是衔 铁被弹簧的反作用力拉开，脱扣机构TK动 作，断路器QF断开电源。
电热水器漏电保护插头
4、按照剩余动作电流分类：
我国标准规定的额定剩余动作电流值为：6mA、10mA、 （15mA）、30mA、（50mA）、（75mA）、100mA、200mA、 300mA、500mA、1000mA、3000mA、5000mA、10000mA、 20000mA共15个等级（带括号的值不推荐优先采用）。 ①高灵敏度型：额定剩余动作电流为30mA及以下者属于 高灵敏度（6mA、10mA、（15mA）、30mA ），主要 用于防止各种人身触电事故 。 ②中灵敏度型：30mA以上至1000mA（（50mA）、 （75mA）、100mA、200mA、 300mA、500mA、 1000mA ）者属中灵敏度，用于防止触电事故和漏电火 灾。 ③低灵敏度型：1000mA以上（3000mA、5000mA、 10000mA、20000mA ）者属低灵敏度，用于防止剩余 电流火灾和监视一相接地事故。
组成
辅 助 接 点 继电器
开 关
剩余电流保护继电 器由零序互感器、 脱扣器和输出信号 的辅助接点组成。
零序互感器
脱扣器
组成与工作原理
零序互 感器
继电器
电流 互感 器
开关
③剩余电流保护插座（插头）
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。 其额定电流一般为 20A以下，剩余动作 电流6～30mA，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。
2．信号放大装置（放大元件）
剩余电流互感器二次回路的输出功率很小， 一般仅达到mVA的等级。在剩余电流互感器 和脱扣器之间增加一个信号放大装臵，不 仅可以降低对脱扣器的灵敏度要求，而且 可以减少对剩余电流互感器输出信号要求， 减轻互感器的负担，从而可以大大地缩小 互感器的重量和体积，使剩余电流保护装 臵的成本大大降低。信号放大装臵一般采 用电子式放大器。
单元三课题五
剩余电流动作 保护装置
防止间接触电常用的技术措施
装设自动切断电源装置(采用过流保护) 、 采用接地保护、 电气设备采用双重绝缘或加强绝缘、 （将有触电危险的场所绝缘）构成不导电环境、 采用等电位连接保护或采取等电位均压措施、 采用特低电压、 采用剩余电流动作保护、 实行电气隔离等。
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)； （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)； （3）剩余电流保护插座（插头）等。
（1）电磁式剩余电流动作保护装置的工作 特点： 零序电流互感器的二次回路输出电压不经 任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，其 动作功能与线路电压无关，因此不会因线 路电压降低而影响动作可靠性。
（2）电子式剩余电流动作保护装置的工作 特点： 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，互感器二次回路 的输出电压经过电子线路放大后再激励剩 余电流脱扣器，其动作功能与线路电压有 关。
实践证明，用30 mA· s作为电击保护装臵的 动作特性，无论从使用的安全性还是制造 方面来说都比较合适，与50 mA· s相比较有 1.67倍的安全率（K=50/30=1.67）。 从“30mA· s”这个安全限值可以看出，即使 电流达到100mA，只要剩余电流动作保护装 臵在0.3s之内动作并切断电源，人体尚不 会引起致命的危险。故30mA· s这个限值也 成为剩余电流保护器产品的选用依据。
（二）工作原理
1．电子式剩余电流动作保护装置的工作原 理 4-22所示，为电子式剩余电流动作保护装 置原理图。 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 臵通过电流互感器一次侧电路的电流矢量 和等于零，即IL1 + IL2 + IL3 + IN = 0。 此时，电流IL1、IL2、IL3和IN在电流互感器 中产生磁通的矢量和等于零，即ΦL1 +ΦL2 + ΦL3 + ΦN = 0 。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 电流保护装臵保持正常供电。
2、 其他技术参数 ①额定频率：50Hz; ②额定电压：220V 或 380V; ③额定电流(I△n)：6A、10A、16A、20A、
25A、32A、40A、50A、(60A)、63A、(80A)、 100A(125A)、160A、200A、250A(带括号值 不推荐优先采用 ) 。
四、剩余电流动作保护装置分类
3．脱扣器（比较元件） 剩余电流保护装置的脱扣器是一个比较元 件，用它来判别剩余电流是否达到预定值， 从而确定剩余电流保护装置是否应该动作。
4．执行元件 根据剩余电流保护装置的功能不同，执行 元件也不同。 对剩余电流断路器，其执行元件是一个可 开断主电路的机械开关电器。 对剩余电流继电器，其执行元件一般是一 对或几对控制触头，输出机械开闭信号。
5、按其动作时间分类：
快速(瞬时)型：快速型剩余电流保护装臵没有人为的延 时，适用于单级保护或分级保护的末级保护。用于直接 接触保护时其剩余动作电流小于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. 。 延时型：延时剩余电流保护装臵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。延时时间的优选值为： 0.2s、0.4s、0.8s、1s、1.5s、2s。 反时限型：反时限型剩余电流保护装臵是为了更好地配 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。但目前我国没有进行推广。
2、电磁式剩余电流动作保护装置的 工作原理
如图所示，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。
（1）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T线圈没有电流流过， T的吸力克服弹簧反作用力，使衔铁X保持 在闭合位置，脱扣机构TK不动作，漏电保 护断路器QF不动作，保持电路正常供电。
剩余电流 开关一般 每月要做 一次功能 试验
剩余电流开关结构特点是检测装置、脱口装置、跳闸机 构都装配在一个绝缘外壳内。
②剩余电流继电器（组合式剩余电流保护装置）
剩余电流继电器是指具有 对漏电流检测和判断的 功能，而不具有直接切 断和接通主回路功能的 漏电保护装臵。
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。
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，区别见图4-28所示。我国 生产的剩余电流动作保护装臵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臵因制造成本 高、价格贵，使用量较少 。
二、结构与工作原理
（一）结构 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。
1．检测元件（剩余电流互感器）
如图4-21所示，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。
它的主要功能是把一次回路检 测到的剩余电流 I1 变换成二 次回路的输出电压 E2 、E2 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 过信号放大装臵，将信号放大 以后施加到脱扣线圈上，使脱 扣器动作。