RCD及電氣火災監控系統設計易錯問題評析

李 蔚 / 張 院 / 和宏亮 / 白建光

（中信建筑設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 剩余電流動作保護器RCD的設置部位不當

評析：根據《漏電電流動作保護器安裝和運行》（GB13955-2005）、《民用建筑電氣設計規范》（JGJ16-2008）（以下簡稱新《民規》）7.7.10，下列設備的配電線路應設置剩余電流動作保護：

1）手持式及移動式用電設備；

2）室外工作場所的用電設備；

3）環境特別惡劣或潮濕場所的用電設備；

4）家用電器回路或插座回路；

5）由TT系統供電的用電設備；

6）醫療電氣設備，急救和手術用電設備的配電線路的剩余電流動作保護宜作用于報警。

其他如《鐵路電力設計規范》（TB10008-2006）9.4.15 亦有類似的規定。

設計易犯錯誤：

1）僅交待移動式用電設備設置RCD；

2）室外施工用電設備未設RCD；

3）潛水泵等潮濕場所設備未設RCD；

4）由TT系統供電的室外照明線路漏設RCD；

5）急救和手術用電設備的RCD僅作用于報警不跳閘，未予明確。

尚需提醒，新《民規》新增要求：

1）10.8.1-12條：住宅配電除壁掛式空調器外，其它所有插座回路（含立柜式空調器）均應設RCD。

2）7.6.7條：在建筑物的電源進線或配電干線分支處（1）住宅、公寓等居住建筑應設置RCD；（2）醫院及療養院、影劇院等大型娛樂場所，圖書館、博物館、美術館等大型文化場所，商場、超市等大型場所，地下汽車庫等宜設置RCD。需說明：本條所設RCD只發出報警信號不跳閘，以保證供電連續性。

2 RCD的動作電流及動作時間選擇有誤或疏漏

評析：很多設計中，漏電電流動作保護器RCD的動作電流及動作時間選擇有誤或疏漏。

根據《建筑電氣工程施工質量驗收規范》（GB50303-2002）6.1.9，應明確 ：在配電回路或支線上設置的防止人身電擊RCD的動作電流I△n≤30mA，動作時間t≤0.1s。新《民規》7.7.10亦有此規定。

注意：對潮濕環境或醫療電氣設備等，現均要求I△n≤30mA，而舊《民規》要求I△n≤10mA 或6mA。根據交流電流通過人體時的效應，只要I△n≤30mA，人體就不致因發生心室纖顫而電擊致死，據此國際上將防電擊RCD的額定動作電流值取為30mA。

雖然不同潮濕環境對接觸電壓限值有50V、25V、12V的不同要求，但區分這些特低電壓的目的都是為使通過人體的接觸電流不超過30mA。因引發心室纖顫的接觸電流在任何潮濕程度的環境下都是不變的30mA，為防電擊致死，RCD 的I△n值選用30mA和選用10mA、6mA，其效果是相同的。所以沒有必要在游泳池、浴室等特別潮濕環境及醫療場所內裝用I△n值為10mA、6mA 的RCD。相反，太敏感的RCD反而會因正常泄露電流I△n而導致不必要的跳閘，帶來不便甚至引起事故。

《低壓配電設計規范》（GB50054-95）第4.4.21條“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0.5A”，新《民規》7.7.10亦有此規定。所以應明確，在供電干線或電源線路上設置的防止電氣火災RCD動作電流I△n≤500mA，動作時間t≤0.5s。

需強調說明：由《工業與民用配電設計手冊》第三版第11章第3節“接地故障保護”知，為防止RCD誤動作，其動作電流值I△n不應小于被保護線路和設備在正常運行時最大泄漏電流值的2.5～4倍（可取3倍）。即：

I△n≥（2.5～4）IL

式中 IL為正常情況下，被保護線路和設備可能產生的最大泄露電流，其值可參考表1～表4。

表1 220/380V線路每公里泄露電流（mA/km）

表2 電動機泄露電流（mA）

表3 各類電器正常允許泄露電流值通用要求

表4 家用電器正常泄露電流

3 4P開關斷開PE或PEN線、漏電電流動作保護器RCD的互感器磁回路穿過PE或PEN線

評析：為防止接地電弧短路引起的漏電火災，住宅或公建的總電源進線處應設置具有漏電保護功能的斷路器，而根據《低壓配電設計規范》（GB50054-95）第4.5.6條“在TT或TN-S系統中，N線上不宜裝設電器將N線斷開，當需要斷開N線時，應裝設相線和N線一起切斷的保護電器”。當裝設漏電電流動作的保護電器時，應能將其所保護的回路所有帶電導線斷開。在TN系統中，當能可靠地保持N線為地電位時，N線可不需斷開。

在TN-C系統中，嚴禁斷開PEN線，不得裝設斷開PEN線的任何電器。當需要在PEN線裝設電器時，只能斷開相應相線回路。”

又根據《漏電電流動作保護器安裝和運行 》（GB13955-2005）、《低壓配電設計規范》（GB50054-95）第4.4.17條、《鐵路電力設計規范 》（TB10008-2006）9.4.16條“PE線 或PEN 線嚴禁穿過漏電電流動作保護器中電流互感器的磁回路”，因“RCD應能將其所保護的回路所有帶電導體斷開”,所以，對TN-C-S系統，通常在總電源進線處設置帶漏電保護功能的4P斷路器，此時必須先行重復接地，將PEN線分為PE、N 線后，4P斷路器再分別斷開L1、L2、L3、N 線、漏電開關電流互感器的磁回路穿過L1、L2、L3、N線。

故設計說明應明確“4P開關嚴禁斷開PE或PEN線、漏電開關電流互感器的磁回路嚴禁穿過PE或PEN線”。

4 對接地故障保護，加設漏電電流動作保護器RCD缺乏依據

評析：根據《低壓配電設計規范》（GB50054-95）（新版GB50054-2011自2012年6月1日起實施）第4.1.1條“配電線路應裝設短路保護、過負載保護和接地故障保護，作用于切斷供電電源或發出報警信號”。

通常對于配電線路設置斷路器或熔斷器，可實現短路保護及過負載保護，能否同時實現接地故障保護？是否還要加設漏電電流動作保護器？這需要通過計算校驗確定。

該規范第4.4.10條規定“ TN系統配電線路應采用下列的接地故障保護：

一、當過電流保護能滿足本規范第4.4.7條要求時， 宜采用過電流保護兼作接地故障保護；

二、在三相四線制配電線路中，當過電流保護不能滿足本規范第4.4.7 條的要求且零序電流保護能滿足時，宜采用零序電流保護，此時保護整定值應大于配電線路最大不平衡電流；

三、當上述一、二款的保護不能滿足要求時，應采用漏電電流動作保護”。

而該規范第4.4.7條要求“相線對地標稱電壓為220V的TN系統配電線路的接地故障保護，其切斷故障回路的時間應符合下列規定：

一、配電線路或僅供給固定式電氣設備用電的末端線路，不宜大于5s；

二、供電給手握式電氣設備和移動式電氣設備的末端線路或插座回路，不應大于0.4s”。

校驗公式：R≤50/Ia，式中：R為可同時觸及的外露可導電部分和裝置外可導電部分之間， 故障電流產生的電壓降引起接觸電壓的一段線段的電阻（Ω）；Ia為切斷故障回路時間不超過5s的保護電器動作電流（A）（當保護電器為瞬時或短延時動作的低壓斷路器時，Ia值應取低壓斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍）。

結論：當斷路器或熔斷器的過電流保護能滿足R≤50/Ia時，則可將斷路器或熔斷器兼作接地故障保護，這種做法最為經濟簡單，應優先采用；如其過流保護不能滿足R≤50/Ia的要求，則必須另外加設漏電動作保護器RCD實現接地故障保護，且此時須設置專用的PE線。

5 住宅總電源進線斷路器的漏電動作電流值選擇不當

評析：這是設計通病。每幢住宅（或每單元干線）的總電源進線斷路器應具有漏電保護功能。這是因為接地故障引發的電弧性短路是常見多發的電氣火災起因，但電弧性短路電流小（一般為同點三相短路電流的1/2～1/4），一般的斷路器和熔斷器不能動作，或不能及時切斷電源，而具有漏電保護功能的斷路器，其對電弧性短路電流有較高的動作靈敏度，能及時切斷電源，防止電氣火災的發生。

在設計中，對于漏電動作電流值的選取常出問題，應按以下要求執行：

1）當住宅部分建筑面積小于1500m2（單相配電）或4500m2（三相配電）時，漏電斷路器的漏電動作電流Iz為300mA；

2）當住宅部分建筑面積為1500～2000m2m2（單相配電）或4500～6000m2（三相配電）時，漏電斷路器的漏電動作電流Iz為500mA；

3）當住宅部分建筑面積超過6000m2時，應多路配電，并分別設置漏電保護斷路器，或在總配電柜的出線回路上分別裝幾組漏電斷路器（此點容易忽視，需引起注意）；

4）住宅建筑物的電源進線或配電干線分支處，應設置報警式漏電保護裝置RCD,且只發出報警信號不跳閘，以保證供電連續性；

5）凡帶消防用電設備的回路不能裝設作用于切斷電源的漏電保護裝置，應設報警式漏電保護裝置。除了在配電柜上顯示照明總進線處的漏電斷路器的事故報警之外，還應將報警信號送至值班室，在值班室設聲光報警器。

6 多級裝設的RCD，其時限和剩余電流動作值無選擇性配合

評析：多級裝設RCD時，在動作時限（Δt ）和額定剩余電流動作值（IΔn）方面應有選擇性配合，以防止RCD誤動，減少停電故障范圍。選擇性配合應符合以下兩個條件：

IΔn(RCD1)≥3IΔn(RCD2)

Δt(RCD1)>Δt(RCD2)+Δt(CB2)

式中 IΔn(RCD1)——上一級RCD額定剩余動作電流；

IΔn(RCD2)——下一級RCD額定剩余動作電流；

Δt(RCD1)——上一級RCD動作時間；

Δt(RCD2)——下一級RCD動作時間；

Δt(CB2) ——下一級低壓斷路器動作時間（必須包括保護電器的固有分斷時間）。

為滿足條件，有必要知道 組合的全部分斷時間，進行現場的實際測試；或者由RCD生產廠商提供選擇性配合原則。如施耐德公司對RCD的選擇性配合提出了兩個條件：IΔn(RCD1)≥3IΔn(RCD2)RCD1的延時設置>RCD2的延時設置＋1級

7 RCD的類型選擇不當

評 析 ：根據新《 民 規 》（JGJ 16-2008）7.7.10-9，RCD類型的選擇應符合下列要求：

1）用于電子信息設備，醫療電氣設備的剩余電流動作保護器應采用電磁式；

2）用于一般電氣設備或家庭用電器回路的剩余電流動作保護器宜采用電磁式或電子式。

電磁式漏電動作保護器（ELM）特點如下：

電磁式漏電保護器沒有放大部件。當其監測部件檢測到漏電電流，而且達到規定值時，該部件的輸出就能使脫扣機構動作，推動執行部件分斷主電路。由于監測部件檢測到的電流僅數毫安至數百毫安，故其二次輸出很難迫使脫扣機構動作。為此，要求零序電流互感器非常靈敏，并且其檢測功能既準確又穩定。同時，因互感器的輸出功率一般不超過1mVA，所以脫扣器也必須高度靈敏，即其動作功率只需數十至數百微伏安。這樣，就必須采用消磁釋放式脫扣器。

上述要求使得互感器和脫扣器的磁導體都必須采用價格高昂的高導磁材料（薄膜合金）制造，同時工藝既復雜，又精密，還需進行仔細處理。無疑，這些都使得整個漏電保護器的成本提高了不少，但可靠性很高。

電子式漏電動作保護器（ELE）特點如下：

鑒于檢測部件輸出的功率往往很小，而漏電脫扣器卻又希望有較大的輸入，為解決此矛盾，便在兩者之間增加了一個電子放大部件，這就構成了電子式漏電保護器。放大部件使得推動脫扣機構的功率能夠達到數百毫伏安，這樣，漏電脫扣器便采用簡便的拍合式，用普通磁性材料就可制造了，而且互感器也可以設計得小些。于是，整個漏電保護器的成本就降低了，適合中國國情需要。

為保證電子式漏電保護器動作的可靠性，其電子放大部件自然是采用集成電路器件組裝為宜。當然，電子式的可靠性還是不如電磁式。

8 如何正確把握RCD火災監控系統的設計標準和配置要求

評析：短路是引起電力系統嚴重故障和電氣火災的重要原因之一。短路的主要原因是電器設備的載流部分絕緣破壞。造成絕緣破壞的因素有：

（1）電器裝置安裝時造成；

（2）電器裝置投運后維護不周，未能定期進行預防性實驗和清掃；

（3）絕緣因陳舊老化而損壞；

（4）電氣絕緣強度不夠，裝置投運后遭電擊穿；

（5）線路過電壓或遭受直接雷擊；

（6）絕緣被破壞、電纜碰傷等機械損傷；

（7）運行操作人員不遵守安全操作規程或者進行負荷拉閘（隔離開關）等誤操作；

（8）電器裝置檢修后未拆地線送電，造成弧光短路；

（9）鳥類等跨接裸露的載流導線。

接地故障屬短路的一種，指的是相線對地或與地有聯系的導體之間短路，如相線與PE線（或設備金屬外殼）之間短路。當發生接地故障時，其短路電流不大，一般為同點三相短路電流的1/2～1/4，此時保護裝置不一定發生動作，這樣使短路（漏電）點產生大量的熱量，局部溫度高達2000～3000oC，極易引燃周圍物體，這種短路電弧往往成為火災的點火源。

因此，接地電弧性短路是常見多發的電氣火災起因。為此《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-95）（2005年版）9.5.1規定 ：高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統。

電氣火災監控系統即是針對電力系統發生接地電弧性短路或過電流超溫可能引發的火災而設置的火災監控系統，由監控主機、現場監控器（控制模塊）、末端剩余電流、溫度（過電流）探測器或其組合構成，經信號傳輸二總線連接。

目前，設計人員往往對電氣火災監控系統，特別是剩余電流式RCD火災監控系統的設計標準和配置要求不清楚或很隨意。下面重點談談這方面的執行要點。

新《民規》13.12要求，為防范電氣火災，民用建筑物的配電線路設置防火剩余電流動作報警系統時，應符合下列規定：

1）火災自動報警系統保護對象分級為特級的建筑物的配電網絡，應設置防火剩余電流動作報警系統；

2）除住宅外，火災自動報警系統保護對象分級為一級的建筑物的配電線路，宜設置防火剩余電流動作報警系統。

3）火災自動報警系統保護對象分級為二級的建筑物或住宅，應設接地故障報警并應符合本規范第7.6.7條的規定。

設計要點與難點： 防火剩余電流動作報警系統（簡稱EF-ACS），是近年發展起來的電氣消防新系統，主要用于防范由于剩余電流或過熱而引發電氣火災，適用于交流50Hz額定電壓0.4kV以下、電源中性點直接接地的配電系統使用，不適用于相間或相導體與中性導體之間因短路引發的電氣火災事故的保護、人員直接接觸、間接接觸的剩余電流安全保護。

大樓是否需設置該系統以及如何設計是當前建筑電氣設計中的熱點和焦點問題。筆者認為，應根據大樓的使用性質、火災危險性、疏散和撲救難度等，先對照《火災自動報警系統設計規范》（GB50116）對大樓進行保護對象的分級，再確定是否設計防火剩余電流動作報警系統、如何設置的問題。

EF-ACS系統按用途分為剩余電流式、測溫式，按工作特性分為獨立型、總線型。獨立型不需主機就可以完成剩余電流及溫度的監測、報警、存儲、顯示及控制的基本功能；總線型由電氣火災監控主機、總線監控模塊等組成。

EF-ACS系統監控設計方案有全范圍多級監控、全范圍一級監控、局部范圍一級監控三種。

特級保護對象（100m以上的超高層建筑）：可采用“全范圍多級監控”方案。“全范圍”指正常照明、應急照明、正常電力三類配電系統均設；“多級”不超過三級，一般為二級，具體部位為：一級（變配電所低壓柜）+二級（每層配電總箱）+三級（末端配電箱）。

一級保護對象（一類高層建筑等）：可采用“全范圍一級監控”方案。“全范圍”指正常照明、應急照明、正常電力三類配電系統均設；“一級”的具體部位為：每層配電總箱（首選）或末端配電箱。

二級保護對象（二類高層建筑等）：可采用“局部范圍一級監控”方案。“局部范圍”指正常照明、正常電力兩類配電系統設置，而對于專用應急照明、專用消防電力，因其負荷穩定、線路絕緣好，且平時不工作，可不設置。“一級”的具體部位為：每層配電總箱（首選）或末端配電箱。

具體設計時，可參照表5執行：

表5 EF-ACS系統監控設計方案列表

最后要說明的是，對于二級保護對象建筑物，如監測點較多，可自行組成獨立的系統；如有集中監視要求，則要利用編碼模塊，以總線接入火災自動報警系統，報警點位號在火災報警器上顯示應區別于火災探測器編號；如其體量較小，配電回路不多，剩余電流的監測點較少，若設置EF-ACS系統，則投資性價比不高，那么，此時可只裝設獨立型現場動作報警器即可。

現以某辦公綜合樓（一類高層）為例，給出電氣火災監控系統接線圖，如圖1所示。對其簡要說明如下：

1）本工程屬火災危險性較大、人員密集的一類高層建筑，大樓設置漏電火災報警系統。該系統由電氣火災組合式監控探測器（含探測器、監控器）（設于各樓層配電箱）、監控系統主機（安裝于一層消防控制室內）、信號傳輸二總線等組成。

2）該系統具有下列功能：

（1）監測漏電電流、內置溫度（出線端溫度）、過電流（附加功能）等信號，發出聲光信號報警，準確報出故障線路地址，監視故障點的變化；

（2）儲存各種故障和操作試驗信號，信號存儲時間不應少于12個月；

（3）切斷漏電線路上的電源，并顯示其狀態；但對重要用電設備（如醫療設備、電梯等）的電源，漏電報警只作用于信號，不作用于切斷電路（如上述，專用應急照明、專用消防電力，因其負荷穩定、線路絕緣好，且平時不工作，可不設置）；

（4）顯示系統電源狀態。

3）系統總線與火災自動報警系統的其他線路，共金屬線槽水平及豎向敷設，局部穿管敷設。

4）各樓層電氣火災監控器220V電源，由就近應急照明箱引入。

[1]中國建筑學會建筑電氣分會. 民用建筑電氣設計規范實施指南[M]. 北京：中國電力出版社，2008.

[2]李蔚. 建筑電氣設計常見及疑難問題解析[M]. 北京:中國建筑工業出版社，2010.

[3]林瑯. 現代建筑電氣技術資質考試復習問答[M]. 北京：中國電力出版社，2001.

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