住宅建筑配電剩余電流保護方案探討

摘要：做好住宅建筑的剩余電流保護工作能保護建筑避免電氣火災和電擊事故。本文結合高層住宅電流配置的特點，巧妙地使用了三級剩余電流保護，確保建筑供電的保護有效性和可靠性，在分析每個因素的影響后，對比選擇了RCD的參數和安裝的部位，在建筑總電源的剩余電流保護中使用母線插接箱、非消防配電總箱設300mARCD的方法，其他地方分別設置二級剩余電流保護。

關鍵詞：住宅建筑;剩余電流保護;方案;電壓

進入新時期以來，我國的高層住宅建筑建設施工項目越來越多，由于建筑對供電要求較高，配電剩余電流保護一直是一項重要的工作。但是一些住宅建筑由于沒有選擇合適的剩余電流保護方案，導致建筑安全性能受到影響，如何選擇正確的方案并實施成為人們關心的問題。下面就這方面進行討論分析。

1"剩余電流保護的作用

住宅建筑的低壓配電常采用TN接地型式，短路保護、剩余電流保護是常用的接地故障保護方式。接地故障是低壓配電線路中的帶電體與大地或與大地有連接的導體之間發生的短路，包括電氣設備外殼、PE線和PEN線等，它區別于一般的短路故障。接地故障為金屬性短路時，故障電流較大，可以采用短路保護兼做接地故障保護。若發生接地故障時存在較大的阻抗，故障電流就會很小，短路保護往往難以發揮作用。RCD通過電流互感器檢測故障電流（能檢測到毫安級電流），用作接地故障保護時具有很高的靈敏度，能及時切斷故障回路，避免造成電氣火災或電擊事故。

2"高層住宅剩余電流保護方案分析

2.1"高層住宅建筑的低壓配電簡述

在高層住宅建筑中，住戶、商鋪等常由公變壓器供電;公共照明、公用設備等則由物業專變壓器供電。公變壓器部分：從小區變低壓配電柜通過電纜線路供電到建筑各個單元的母線始端箱，各單元電力豎井內安裝密集型母線，單元內每層設母線插接箱和計量箱，通過母線插接箱向計量箱供電，再由計量箱向各住戶終端箱供電，終端箱負責戶內用電;專變壓器部分：從物業專變壓器低壓配電柜供到建筑配電總箱（常分為消防配電總箱和非消防配電總箱），然后供電到公共照明配電箱和設備配電箱。

2.2"住戶終端箱的剩余電流保護

對于住宅建筑，GB50096第8.7.2條規定：除壁掛式分體空調機電源插座外，電源插座回路應設置剩余電流保護裝置。擬列舉幾種可能的住戶終端箱的剩余電流保護方案進行分析。

方案1：除壁掛式分體空調機插座外，各電源插座回路分別安裝RCD，照明回路及電源進線不設置RCD。插座回路一般選用額定剩余動作電流不超過30mA的一般型（無延時）RCD，兼顧直接或間接接觸電擊事故防護，能較好地保證人身安全。該方案完全符合規范要求，優點是：某一插座回路RCD動作時不會影響其他插座和照明回路。缺點是：戶內照明回路發生小電流接地故障時，可能直接切斷建筑總電源進線，影響其他住戶，不利于供電穩定性。

方案2：電源進線安裝30mARCD，各出線回路均不設置RCD。在規范中并未明確規定要在每個插座回路分別安裝RCD，且未規定照明回路不能設置RCD，應該說，該方案所有插座和照明回路共用RCD也滿足規范要求。該方案的優點是不管戶內的插座還是照明回路發生接地故障，RCD都能及時切斷住戶進線電源，不會影響其他住戶。存在的不足是：一個插座回路發生漏電跳閘時，影響其他插座回路和照明，不便于故障排查;另外現代住宅中，家用電器較多，配電線路較長，正常泄漏電流較大，隨著電氣設備和線路使用年數的增多，泄漏電流進一步增大，30mA進線RCD可能誤動作。

結合前兩個方案的優點，形成方案3：在電源進線和各插座回路（除壁掛式空調機插座外）分別安裝RCD。插座回路選用30mA一般型RCD，進線RCD的額定剩余不動作電流應大于保護線路的正常泄漏電流，并考慮和出線回路RCD的協調配合。住戶終端箱以單相電源進線、單相出線的情況居多，下面做重點分析。

因為家電的使用情況是動態的，并且泄漏電流可能隨絕緣阻抗、空氣濕度及溫度等變化，正常泄漏電流值往往難以準確計算，一戶住宅的正常泄漏電流做如下估算：常用電器正常泄漏電流值約為5mA。布線主要使用1.5～4mm2聚氯乙烯絕緣電線（BV線）穿管暗敷，存在泄漏電流的主要為帶電的相線，按200m、泄漏電流52mA/km估算，泄漏電流為10.4mA。一戶總的最大正常泄漏電流約15mA。

進線RCD的額定剩余動作電流IΔn應滿足IΔn≥4IXL=4×15mA=60mA，且IΔn≥3IΔncz=3×30mA=90mA。

式中，IΔn為進線RCD的額定剩余動作電流;IXL為一戶最大正常泄漏電流;IΔncz為插座回路的額定剩余動作電流。

一般型RCD動作時間在0.1s以內，進線RCD與插座回路RCD的動作時間差取0.2s。進線RCD選用IΔn為100mA，延時0.3s，可滿足可靠性和選擇性要求。衛生間環境較為潮濕，照明回路也應考慮間接接觸電擊防護，可以把衛生間照明和插座設計在同一個回路，設置30mARCD進行保護。典型的單相進線、單相出線終端箱的系統圖如圖所示。商鋪等部位使用的三相進線、單相出線終端箱的進線可以安裝三相四極、100mA、0.3s的RCD。

圖典型的單相進線、單相出線終端箱的系統圖

2.3"住宅總電源進線的剩余電流保護

電弧性接地是引發電氣火災的重要原因之一。電弧性接地具有較大的阻抗，其限制了故障電流，過電流保護不能及時動作而切斷電源，幾百毫安的漏電弧可產生2000℃以上的局部高溫，足以引起火災。為避免接地故障引起電氣火災，GB50096第8.7.2條第6點規定：每幢住宅的總電源進線應設剩余電流動作保護或剩余電流動作報警。防火剩余電流動作值不宜大于500mA，在2010版IEC60364-4-42中規定不大于300mA。

住宅公變壓器配電的總電源進線RCD可能的安裝部位是母線始端箱、母線插接箱或計量箱。在母線始端箱設置300mARCD，理論上可行，設計時使三相負荷均衡，即使單元內住戶很多，正常泄漏電流的代數和可能很大，但三相泄漏電流的矢量和卻很小，甚至接近零，一相發生非正常漏電達300mA時，RCD動作。但實際上，住宅主要為單相負荷，各條線路長短不一，每戶電器使用情況差別很大，不可能做到三相正常泄漏電流平衡。當始端箱RCD保護的住戶較多，各相泄漏電流差別較大時，運行不可靠，下面舉一個例子進行計算分析。

假如總進線RCD保護1梯4戶，11層，共44戶，平均每相15戶。根據每戶最大15mA估算，每相正常泄漏電流可能達200mA以上。

1）假定正常泄漏電流A相200mA、B相30mA、C相30mA，相位差120°，那么三相泄漏電流矢量和為170mA，大于300mARCD的額定剩余不動作電流150mA，可能誤動作。

2）假定正常泄漏電流A相140mA、B相10mA、C相10mA，相位差120°，B相發生火災危險性電弧接地，泄漏電流值達300mA。正常泄漏電流主要是對地電容電流，接地故障回路容抗遠大于阻抗，正常泄漏電流相位超前故障泄漏電流，取相位差90°。通過畫矢量圖，計算4者的矢量和為198mA，即RCD檢測到的漏電流為198mA，小于額定剩余動作電流，可能拒動作。

始端箱安裝RCD，保護的樓層和住戶越多，各相正常泄漏電流及不平衡度就可能越大，誤動作或拒動作的可能性也越大。在母線插接箱或計量箱進線安裝RCD運行較可靠，安裝在插接箱內最佳，這樣計量箱進線電纜也在保護范圍內。相比母線始端箱，此處RCD保護的住戶少，各相正常泄漏電流較小，差別也小，即RCD動作影響范圍不大，較可靠。考慮和下游的協調配合，可以選用額定剩余動作電流300mA，延時0.5s動作的三相四極RCD。考慮下游已設置兩級剩余電流保護，本級RCD可動作于報警，并可利用小區火災報警系統，把漏電報警信號接入有人值班的消防控制室，但在消防主機上應嚴格區分漏電報警和火災報警。從上面例子也可看出，三相四極RCD對單相用戶的電氣火災預防并不可靠。住戶內易燃物多，裝修時電氣布線可能較隨意，是電氣火災的易發部位，住戶終端箱電源進線設置的二極100mARCD靈敏度高，不受泄漏電流不平衡的影響，預防戶內電氣火災更可靠。

住宅的消防配電總箱對供電穩定性要求很高，其負荷變頻電梯等正常泄漏電流較大，不宜安裝RCD。非消防配電總箱的電源進線可以設置300mA一般型RCD，動作于報警，并把報警信號接入消控室。

2.4"RCD安裝及等電位聯結

要保證RCD可靠運行，除了正確選型外，還要正確安裝。安裝時必須嚴格區分N線和PE線，嚴禁PE線穿過RCD電流互感器的磁回路，嚴禁將RCD負荷側的中性線接地。RCD所保護的電氣裝置的外露導電部分應經PE線接地。接線時應注意區分電源側和負荷側，不得反接。

外露導電部分接地、等電位聯結是降低建筑物電氣裝置接觸電壓的基本措施。剩余電流保護應輔以等電位聯結，才能更好的保障人身安全、預防電氣火災。等電位聯結分總等電位聯結和局部等電位聯結。總等電位聯結作用于全建筑物，要求將建筑物內配電箱PE母線、接地線、金屬管及建筑鋼筋等互相聯結，形成等電位體，其作用在于使導電部分與大地間電位趨近，并消除自外部竄入建筑的故障電壓引起的危險電位差。衛生間因較為潮濕，應對上述可導電部分再做一次聯結，形成局部等電位聯結，以進一步減少電位差，接地故障時的接觸電壓只是故障電流分流在一小段局部等電位聯結線上的電壓降，可以大大降低。電氣裝置的PE線還應盡量重復接地，以降低接地故障時PE線和金屬外殼的對地電壓。

3"結語

綜上所述，在高層住宅建筑中使用剩余電流保護是有效的保護方式，這個方法能夠在事故發生時及時切斷故障電流很小的接地故障回路，能夠明顯地降低住宅建筑電氣火災和電擊事故的發生概率，對于保證人們生命財產安全來說是一項重要的措施，值得我們推廣應用。

參考文獻：

[1]曾碧陽.景觀照明配電系統的剩余電流動作保護探討[J].福建建筑，2011年11期.

[2]蔡傳寶.剩余電流動作保護器在低壓配電系統中的應用[J].建筑設計管理，2013（2）.