低壓配電系統(tǒng)中漏電斷路器的選用

吳平

摘 要：本文針對不同的低壓配電系統(tǒng)，如何選用不同極數(shù)的漏電斷路作為漏電保護進行了闡述。說明正確選擇不同極數(shù)的漏電斷路器，能有效地防止人身觸電的發(fā)生，也可以防止因漏電而引發(fā)的電氣火災及設備損壞事故。

關鍵詞：漏電斷路器；配電系統(tǒng)；接地系統(tǒng)；開關極數(shù)

1 引言

低壓配電系統(tǒng)中裝設漏電斷路器是防止人身觸電的有效措施，也可以防止因漏電而引發(fā)的電氣火災及設備損壞事故。漏電保護器在反應觸電和漏電保護方面具有高靈敏性和動作快速性，這是其他保護電器，如熔斷器、自動開關等無法比擬的。

2 漏電斷路器的工作原理

漏電斷路器（又稱帶剩余電流保護斷路器）不僅具有過載、短路保護功能，而且還具有對間接接觸提供人身保護；對直接接觸提供補充人身保護；對電氣設備的絕緣故障提供保護；對電子元件較多的電氣設備的絕緣故障提供保護。

漏電斷路器漏電保護部分是通過磁環(huán)感應器對剩余電流的檢測，即檢測被保護回路內(nèi)瞬時電流的矢量和是否為零，判斷對地泄漏電流的變化。在被保護電路工作正常、沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，剩余電流幾乎為零，故它的動作整定值可以整定得很小（一般為mA級），當系統(tǒng)發(fā)生人身觸電或設備外殼帶電時，出現(xiàn)較大的剩余電流，漏電保護器則通過檢測和處理這個剩余電流后驅(qū)動脫扣器可靠地動作，切斷電源。

3 如何選用不同極數(shù)的漏電斷路器

長期以來，電力安全運行及正確使用電能一直是人們關心的問題，而配電系統(tǒng)的正確接地既是有效保護技術，又是安全利用電能的重要方面。根據(jù)現(xiàn)行的國家標準《低壓配電設計規(guī)范》，將低壓配電系統(tǒng)分為三種，即TN、TT、IT三種形式。只有了解不同的配電系統(tǒng)的配線方式，正確的選用不同極數(shù)的漏電斷路器，防止漏電斷路器保護的誤動和拒動，并在動作后能即時隔離危險帶電部分，并防止濫用多極斷路器，節(jié)約投資。

《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-2011的“術語”一章第2.0.12電氣分隔，規(guī)定“將危險帶電部分與所有其它電氣回路和電氣部件絕緣以及與地絕緣，并防止一切接觸的保護措施”。在電氣設備出現(xiàn)故障時，怎樣隔離危險帶電部分保證安全，這需視配電系統(tǒng)類別而定。

3.1 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)：電源變壓器中性點接地，設備外露部分與中性線相連，即過去的三相四線制供電系統(tǒng)中的保護接零。TN系統(tǒng)的電源中性點直接接地，并有中性線引出。按其保護線形式，TN系統(tǒng)又分為：TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)等三種。

（1）TN-C系統(tǒng)（三相四線制）

該系統(tǒng)的中性線（N）和保護線（PE）是合一的，該線又稱為保護中性線（PEN）線，其作用是當接零的設備發(fā)生相與外殼接觸時，可以有效地降低零線對地電壓。它的優(yōu)點是節(jié)省了一條導線，缺點是三相負載不平衡或保護中性線斷開時會使所有用電設備的金屬外殼都帶上危險電壓。當用電設備側(cè)發(fā)生漏電現(xiàn)象（如相線對設備外殼絕緣擊穿）時，“漏電電流”可能并未直接流入大地（或經(jīng)大地流散的電流很微弱），而是經(jīng)PEN通過N相回流，因此在TN-C系統(tǒng)中決不允許裝四極開關。對于TN-C系統(tǒng)，PEN線是重復接地，不適合直接使用漏電斷路器作為下級漏電保護。

（2）TN-S系統(tǒng)（三相五線制）

該系統(tǒng)的N線和PE線是分開的，從變壓器起就用五線供電。它的優(yōu)點是PE線在正常情況下沒有電流通過，因此不會對接在PE線上的其他設備產(chǎn)生電磁干擾。當用電設備側(cè)發(fā)生漏電現(xiàn)象（如相線對設備外殼絕緣擊穿）時，“漏電電流”經(jīng)PE線直接流入大地，漏電斷路器動作切斷電源。在TN-S系統(tǒng)中，由于中性線和保護線是分開的，即使N線斷開，如三相負荷不平衡，中性點電位升高，但外殼無電位，PE線也無電位也不會影響PE線的保護作用。所以中性線可以經(jīng)過開關，可以和開關三相一起通或斷。IEC60364-4-46標準第461.2條也規(guī)定：“在TN-S系統(tǒng)中中性線不需要隔離和開關”。在選用漏電斷路器為三相負荷保護時，可采用三極三線式，四極式四線式（三相），而單相負荷采保護時可用單極二線式，二極二線式（單相）。當作為電源保護時必須采用三極四線式或四極式四線式，主要是防止三相負荷不平衡時，漏電斷路器的誤動作。

（3）TN-C-S系統(tǒng)（三相四線與三相五線混合系統(tǒng)）

該系統(tǒng)從變壓器到用戶配電箱為四線制，中性線和保護地線是合一的；從配電箱到用戶中性線和保護地線是分開的，所以它兼有TN-C系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)的特點。當電氣設備發(fā)生單相碰殼，同TN-C系統(tǒng)；當N線斷開，故障同TN-S系統(tǒng)。TN-C-S系統(tǒng)中由于PEN線上有電流流過，所以不得裝設漏電保護設備，PE應重復接地，而N線不宜重復接地。PE線連接的設備外殼在正常運行時始終不會帶電，所以TN-C-S系統(tǒng)提高了操作人員及設備的安全性。

圖1 TN-C-S系統(tǒng)

進入建筑物后在單元總開關后與單元的接地極進行重復接地，然后就分開為PE線和N線如圖1，此后N線對地絕緣，并且以后再不得將PE線與N 線合并，后端的設備接地保護必須是連接到PE，N線僅僅是工作零線。在IEC60364 標準和我國有關防電擊標準中，建筑物內(nèi)的總等電位聯(lián)結(jié)都規(guī)定為各種接地系統(tǒng)內(nèi)必不可少的基本防電擊措施。當進行電氣檢修時，即使中性線沒有隔離而帶有從電源側(cè)傳導來的對地故障電壓Uf，如圖1中所示，但由于存在總等位聯(lián)結(jié)的緣故，所有外露導電部分和裝置外導電部分都處于同一電位水平Uf上，而不存在電位差，檢修人員接觸中性線時自然不會遭受電擊，甚至連觸電感覺都沒有。因此在有總等電位聯(lián)結(jié)的TN-C-S系統(tǒng)建筑物內(nèi)不必隔離中性線。

因此，在TN-C-S系統(tǒng)中選擇漏電斷路器時，必須嚴格區(qū)分中性線和保護線。中性線可以經(jīng)過漏電斷路器，可以和斷路器三相一起通或斷，但保護線一定不能經(jīng)過開關與斷路器三相一起通或斷。在使用三極四線式和四極四線式漏電斷路器作漏電保護時，中性線可以接入漏電斷路器。經(jīng)過漏電斷路器的中性線也可以和三相一起通或斷，但之后就不得作為保護線。中性線作為工作零線在經(jīng)過漏電斷路器后不得在漏電斷路器負荷側(cè)重復接地，否則漏電斷路器不能正常工作。采用三極四線式和單極二線式漏電斷路器的支路，其工作零線只能作為本回路的零線，禁止與其他回路工作零線相連，其他線路或設備也不能借用已采用漏電斷路器后的線路或設備的工作零線。

3.2 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)的電源變壓器中性點接地，電氣設備外殼沒有專用保護接地線（PE），即過去稱三相四線制供電系統(tǒng)中的保護接地。我國農(nóng)村電網(wǎng)一般都采用TT系統(tǒng)。如圖2。

圖2 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)的電氣裝置的保護接地各有其自己的接地極，正常時裝置內(nèi)的外露導電部分為地電位，電源側(cè)和各裝置出現(xiàn)的故障電壓不互穿。當一相發(fā)生接地故障時，因故障回路內(nèi)包含兩個接地電阻RE和RB，故障回路阻抗RE較大，故障電流Id較小，一般不能用過電流防護兼作接地故障防護。由于TT系統(tǒng)故障回路阻抗和故障電流是難以估算的，在切斷接地故障前，TT系統(tǒng)外露導電體呈現(xiàn)對地電壓Uf仍然超過50V，因此仍需按規(guī)定時間切斷故障，當采用反時限特性過電流保護電器時，應不超過5s的時間內(nèi)切斷故障，但對于手握式和移動式設備應按接觸電壓來確定切斷故障時間，這實際上難以做到的，所以TT系統(tǒng)通常采用漏電電流動作保護，在低壓電網(wǎng)中設漏電總保護和漏電末級保護。

TT系統(tǒng)中當一相發(fā)生接地故障時，電源線路的中性線因相線接地而帶危險電壓Uf，但因中性線有絕緣而未發(fā)生事故，此故障得以持續(xù)存在，一旦中性線發(fā)生絕緣損壞發(fā)生碰外殼故障出現(xiàn)剩余電流，所裝漏電斷路斷路器動作，但因三極漏電斷路器（三相負荷）或單極漏電斷路器單相負荷）無隔離中性線的作用，雖然電源切斷了，但中性線上的危險電壓Uf存現(xiàn)在設備外殼上，仍然能招致種種電氣事故，因此漏電斷路器應在中性線上設置斷開點。在用漏電斷路器為電源保護或三相負荷保護時，采用四極式（三相），而單相負荷采保護是用二極式（單相），在發(fā)生接地故障時，斷開電源的同時斷開中性。

3.3 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)電源變壓器中性點不接地（或通過高阻抗接地），而電氣設備外殼沒有專用保護接地線（PE） ，即過去稱三相三線制供電系統(tǒng)的保護接地。如圖3。

IT系統(tǒng)的電氣裝置帶電導體與地絕緣，或電源的中性點經(jīng)高阻抗接地，所有的外露導電部分和裝置外導電部分經(jīng)電氣裝置的接地極接地，在發(fā)生第一次接地故障時由于不具備故障電流返回的通路，其故障電流僅為兩相非故障相對地電容容電流的相量和，其值甚小，因此在保護接地的接地電阻RA上產(chǎn)生的對地故障電壓很低，不致引發(fā)電擊事故，所以發(fā)生接地故障時不需要在IT系統(tǒng)中裝設漏電斷路器來切斷電源而使供電中斷，但必須設置能持續(xù)監(jiān)測電氣裝置對地絕緣的儀器，它能在發(fā)生第一次接地故障時發(fā)出報警信號（報警聲和/或閃光燈等）。迅速找出第一次故障和故障點并加以修復，以充分體現(xiàn)采用IT系統(tǒng)的優(yōu)點，維持供電的不間斷是IT系統(tǒng)的最大優(yōu)點。我國對IT系統(tǒng)不甚了解，在現(xiàn)實供電系統(tǒng)中很少應用。

4 結(jié)束語

綜上所述，漏電斷路器極數(shù)的確定，應正確弄清漏電保護器本身的結(jié)構，了解負載對中性線有要求和設備所在配電系統(tǒng)的保護接地方式上。此外，采用漏電斷路器后，人們對其它觸電防護措施的重要性認識淡薄了，錯誤地將漏電斷路器作為唯一的安全措施，放松了其它安全措施的實施，如連接保護線或接地線、采用絕緣防護物等。因此，在宣傳推廣安裝漏電斷路器的同時還要貫徹有關規(guī)程要求，做好安全管理，才能正確發(fā)揮漏電斷路器的安全防護漏電的作用。

參考文獻

[1]王厚余.低壓配電系統(tǒng)接地故障保護講座[J].電世界，2002-2003.

[2]連理枝.剩余余電流動作保護裝置的應用講座[J].電工技術，2002.

[3]GB50054-2011.低壓配電設計規(guī)范[S].

[4]GB/T2900.20-1994.電工術語高壓開關設備[S].

[5]任國明，徐衛(wèi)榮.淺談漏電斷路器的工作原理及安裝原則[J].中國水運（理論版），2007.

[6]張榕.漏電保護器原理及正確使用[J].建筑安全，1998.

[7]王厚余.斷零的危害及其防范措施[J].農(nóng)村電氣，2004.