淺談民用建筑漏電保護器的使用

高志誠

摘要:文章結合工作實踐,分析住宅裝設兩級漏電保護的必要性及其裝設, 介紹了漏電保護器的選用,總結了漏電保護器的使用經驗。

關鍵詞:民用建筑;漏電保護器;使用經驗

中圖分類號:TU85文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)08-0133-02

漏電保護器應用在民用建筑上已經有較長時間,本人長期參與施工工作,積累了一些經驗,擬就民用建筑中漏電保護器的使用及選擇等略做介紹。

1住宅裝設兩級漏電保護的必要性

凡住宅建筑,一般裝設兩級漏電保護,第一級漏電保護器在電源進線處裝設,第二級漏電保護器在每戶的插座分支回路上裝設。這是因為接地故障有兩種:電弧性接地故障和金屬性接地故障。后者的危害是當設備可導電的金屬外殼有危險的接觸電壓,其后果是可產生人身電擊事故,而用戶的電源插座回路常有帶金屬外殼的固定式、手握式及移動式家用電器,當此類家電設備發生漏電時,人體遭受電擊后往往不能脫離漏電的家用電器,從而導致被電擊者由于發生心室纖維性顫動而造成死亡事故。所以第二級漏電保護器一般采用高靈敏度、能瞬間快速動作的30mA的RCD,其目的是讓人體迅速脫離開帶電的可導電金屬外殼,可避免電擊事故的發生。

當絕緣導體發生電弧性接地故障時,故障電弧(電火花)由于本身阻抗較大,故障電流較小,而斷路器因為受靈敏度的限制,一般不能及時的切斷電源。電弧的局部溫度很高,達到2 000多攝氏度,極易引燃附近可燃物質。所以第一級漏電保護器安裝在電源進線處,其額定動作電流約300～500 mA,并帶有規定的延時。當住宅建筑任何一點發生電弧性接地故障時能夠及時動作,切斷電源,從而避免電氣火災的發生。所以,我們經常把這一級漏電保護器稱作“防火漏電斷路器”。因為它只是在塑料外殼式斷路器基礎上加裝了漏電動作附件而已,但其功能是在線路發生接地故障時經過一定的時限切斷電源,有效的防止電氣火災的發生。這里應強調的是第一級和第二級裝設漏電電流動作保護器在時限上應有選擇性配合。

2住宅兩級漏電保護的裝設

2.1戶內開關箱接線方式的選擇及兩級漏電保護時限上有選擇性的配合

現在以比較典型的三室二廳和二室二廳的房子為例,看一看住宅如何裝設兩級漏電保護,正常情況的住宅最大可能泄漏電流值,見表1。

由表1可以看出理論計算中泄漏電流是比較大的,有規定各項的最大允許泄漏電流值正常情況下應遠小于該數值,但是其中還沒有考慮產品本身的質量、用電設備和線路的老化、天氣潮濕和室內溫度等因素的影響,隨著設備使用年限的增長,泄漏電流值還會增大。另外考慮到用電設備的同期使用系數,泄漏電流值就會比計算的數值要小,綜合考慮可按上面數值的40%估算,這樣基本上可以表示每個住戶在較長時間使用中可出現的最大漏電流值。那么按高峰時期每戶自身的同期使用系數為0.8計算,其泄漏電流值分別為16.13 mA 和10.60 mA。如果按多層住宅(六層、一梯兩戶)三室二廳加二室二廳一個單元,假設每戶電源線為BV-3×10 mm2、層高3米計算(這時各戶主電流線的泄漏電流約為56×0.3=16.8mA),整個單元的同期使用系數為0.5計算,這一個單元的總泄漏電流值約為88.59 mA。如果按小高層住宅(11層)、一梯兩戶全部為三室二廳計算,其一個單元正常的總泄漏電流值約為180 mA。如果按高層(25層)、每層6戶、三個三室二廳、三個二層二廳同期使用系數為0.3計算,總進線累計泄漏電流值約為600 mA。以上數值是在比較正常使用中的估算值。

在《低壓配電設計規范》(GB50054-95)第4.4.21條規定:“為減少接地故障引起的電氣火災危險而裝設的漏電電流動作保護器,其額定動作電流不應超過0.5 A。”而在《民用建筑電氣設計規范》(JGJ/T16-92)第14.3.10條的第七款中規定:“防止電氣火災為300 mA。”這兩個規范之間存在不同,如果按上面的估算數值,高層住宅在任何一個規范中,由一路電源給住宅部分供電,在總進線處設置漏電保護器都是不可行的。

另外一方面,變頻電梯、變頻泵、變頻空調等都會產生高次諧波,隨著微電子技術的發展,家電智能化是一個趨勢,這些設備中為了提高抗干擾性,利用濾波電容來減小電網中高次諧波對設備穩定性的影響,電容器的兩端分別設在相線和設備外殼上(經PE線接地),其正常泄漏電流值為:Ic=2πfCU0

其中:U0為相線對地標稱電壓;f,電流頻率C為濾波電容總容量;(F)Ic為泄漏電流(A)

由式中可以看出,Ic與f、C、U0成正比。U0相對可以視為常量,C與用電設備有關,設備數量多,C值也大,f的影響必須考慮,電網中存在高次諧波,而住宅每戶的多為單相供電,更容易產生諧波,其中三次諧波的影響最大,當三次諧波分量為正常交流正弦波的20%時,其泄漏電流值為正常泄漏電流值的60%。而且隨著電源質量的變壞,其泄漏電流值將會大幅增加,十分容易造成漏電保護器誤動作造成停電。這時跳閘的不是戶內的開關,而是進線電箱的主開關,這樣造成的停電可能使住戶感到十分不解,因為這時戶內開關箱的開關都處于接通狀態,卻沒有電了。

在《低壓配電設計規范》第4.4.22條中規定:“多級裝設的漏電電流動作保護器,應在時限上有選擇性配合。”因此,假設總進線漏電斷路器沒有延時,那么會有兩種情況會導致漏電斷路器動作,一是住戶的照明路漏電,會造成進線處漏電保護器動作,而現在居住建筑的照明回路通常不設漏電保護,所以照明回路故障很容易造成整個供電回路斷電;二是住戶的插座回路漏電或短路,這時也可能導致進線處漏電保護器動作,因為此時哪一個保護裝置動作是看哪一個保護裝置的跳閘速度快,這樣看來整個系統有些敏感,抗干擾性差。所以為了提高系統的安全性和穩定性,戶內開關箱也應進行調整,見圖1。圖1的方式1適合于經濟型住宅,方式2適合于較高檔的住宅,其中各戶進線主開關設置漏電動作電流值為100 mA、動作時間小于40 ms的漏電保護斷路,而在分支回路設置漏電動作電流值為30 mA、動作時間小于10 ms的漏電保護斷路器。如果按正常漏電保護器跳閘誤差時間±20%計算,這種設置方式從動作電流值和動作時間上都有配合的余量來防止越級動作。可以防止照明回路和插座回路故障引起總進線處的動作,把故障的影響范圍限制在每住戶的自身范圍內,而不波及整個單元。根據上述的改動,在進線處的漏電保護器的相應數值為IΔn=300 mA,動作時間0.25 s或0.5 s,這樣就可以使整個系統在長期內保持較高的穩定性。

由上面的論述可看到,按照現行《住宅設計規范》,在戶內開關箱內加帶漏電保護功能的斷路器是很必要的,因為原來規范中上下級保護是根據開關的額定電流大小來做相應的保護,而現在是同時存在兩種保護,即短路及漏電保護,如果單純是短路保護,按原有方式(即在戶內開箱主開關上不加漏電保護)能有效保護電氣系統。而漏電保護卻有很大不同,筆者建議在戶內開關箱按圖1方式改進應該是與現行規范比較匹配。

2.2電源側RCD和SPD的安裝位置確定

當建筑物電源側設置浪涌保護裝置(SPD)時,筆者贊同將其設置在防火漏電斷路器(RCD)之后。理由有兩點:其一,當SPD失效時,其對地導通將導致接地故障,此接地故障電流可被防火漏電斷路器檢測到,從而得到可靠保護,即使失效SPD未及時更換也不要緊。此時,防火漏電斷路器對SPD起后備保護的作用;其次,確需整體更換SPD時,可斷電以保證檢修安全。

3漏電保護器的選用

3.1宜使用電磁式漏電斷路器

目前電磁式漏電斷路器價格已經和電子式價格相差無幾,但前者的可靠性是后者無法比擬的,而安全性、可靠性正是電氣設計優先考慮的因素。依經驗電子式有三個缺點:其一,當接地故障點距離漏電斷路器太近時,故障電流產生的電壓過低,并不能使斷路器跳閘;其二,當發生中性線(N線)斷線的情況時,電子式漏電斷路器失壓,失去保護功能;第三,在浴室等極其潮濕的場所,50 V的接觸電壓不能算是安全電壓,依然為危險電壓。如電壓低于50 V,則電子式漏電斷路器又拒動作。

3.2如采用電子式漏電保護器應注意的事項

當采用電子式漏電保護器時,應注意漏電保護器的安裝位置不能離插座太近,以保證漏電保護器處有足夠的故障殘壓。另外,當回路的中性線斷線時,回路上的電子式漏電保護器也將因失壓而不能動作,這時如手持絕緣損壞的手握式和移動式設備將是十分危險的。

4經驗結論

4.1漏電保護斷路器位置應根據工程的不同來選擇

如果是多層住宅或一梯二戶的小高層住宅,因為住戶較少,所以其泄漏電流較小,所以漏電保護斷路器既可以設在總進線開關處,也可以設在總進線配電箱的至各單元的分支開關上,后一種作法可比前一種作法長期工作可靠性、穩定性都比較好。如果是高層住宅、住戶較多時,可改在每個集中計量箱的上一級的開關上(如其相應的線線插接箱的開關上),如果上一級開關是主開關,則把漏電流保護器設在集中計量箱的主開關上,同時應該對集中計量箱最大分支數量進行限定,以保證其可靠性。

4.2在戶內開關箱的主開關上設置漏電保護斷路器

這種作法可以有效限制戶內電氣故障的影響范圍,使電力系統更加可靠、穩定、而投資并不大。

4.3在漏電保護斷路器的動作時限應有選擇性配合

如果不進行選擇性配合,就可能出現越級動作,給住戶造成不必要的麻煩和誤解。