淺談剩余電流動作保護器(RCD)的使用特性

李 喆, 錢 龍

(中國建筑設計研究院有限公司,北京 100044)

0 引言

剩余電流動作保護器(residual current operated protective device,簡稱為RCD)是在規定條件下,當剩余電流達到或超過給定值時,能自動斷開電路的機械開關電器或組合電器,是防止人身觸電、電氣火災及電氣設備損壞的一種有效防護措施。 世界各國均通過制訂相應的電氣安裝規程和用電規程大力推廣其在低壓電網中的應用。

歐洲剩余電流動作保護器的發展以家用剩余電流動作保護器為主,基本是電磁式剩余電流動作保護器。 中國的剩余電流動作保護器經過不斷完善和發展已形成品種完善、規格齊全,符合IEC 國際標準的剩余電流動作保護器的產品系列。 中國生產的剩余電流動作保護器大部分為電子式的,約占總產量的90%;電磁式剩余電流動作保護器因制造成本高、價格貴、使用量較少,目前僅占10%左右。

對于工業與民用供配電設計人員,需要熟練掌握剩余電流動作保護器的使用位置及特性。 本文歸納總結國內現行規范、手冊中剩余電流動作保護器的使用規定,希望對工業與民用供配電設計人員日后的工作和學習有所幫助。

1 使用規定

1.1 GB 16895.21-2011《低壓電氣裝置 第4-41 部分:安全防護 點擊防護》415.1.2 條

不能將剩余電流動作保護器(RCD)的裝用作為唯一的保護措施,也不能為它的裝入而取消411 ～414 規定的其中一種保護措施。

本條文明確規定剩余電流動作保護器是附加保護,不能取代自動切斷電源保護、雙重絕緣或加強絕緣保護、電氣分隔保護及采用SELV 和PELV特低電壓保護。

1.2 GB 16895.21-2011《低壓電氣裝置 第4-41 部分:安全防護 點擊防護》411.5.3 條、GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》7.7.8-4 條

采用剩余電流動作保護器作為故障保護時,應滿足下列要求:

式中,RA為外露可導電部分的接地極和保護導體的電阻之和,Ω;IΔn為額定剩余動作電流,A。

本條文明確規定剩余電流動作保護器在TT 系統中的動作特性。

1.3 GB 50054 - 2011 《低壓配電設計規范》3.1.12 條

采用剩余電流動作保護電器作為間接接觸防護電器的回路時,必須裝設保護導體。

由于在沒有保護導體的回路中,剩余電流動作保護器不能正確動作,因此本條文明確規定用作間接接觸防護時,必須有PE 或PEN 導體。

1.4 GB 50054 - 2011 《低壓配電設計規范》5.1.12 條

額定剩余動作電流≤30mA 的剩余電流動作保護器,可作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護,但不能單獨作為直接接觸的防護措施。

本條文明確規定用作附加防護時,IΔn≤30mA,其中IΔn為額定剩余動作電流。

1.5 GB 50054-2011《低壓配電設計規范》6.4.3 條

為減少接地故障引起的電氣火災危險而裝設的剩余電流監測或保護電器,其動作電流應＜300mA;當動作于切斷電源時,應斷開回路的所有帶電導體。

由于300 mA 以上的電弧能量會引起火災,故本條文明確規定在火災危險場所內作為火災危險防護時,IΔn≤300mA,其中IΔn為額定剩余動作電流。

1.6 GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》7.5.5 條

剩余電流保護器的設置應符合下列規定。

1)應能斷開被保護回路的所有帶電導體。

2)保護接地導體(PE 線)不應穿過剩余電流保護器的磁回路。

3)剩余電流保護器的選擇,應確保回路正常運行時的自然泄漏電流不致引起剩余電流保護器誤動作。

4)上下級剩余電流保護器之間應有選擇性,并可通過額定動作電流值和動作時間的級差來保證。剩余電流的故障發生點應由最近的上一級剩余電流保護器切斷電源。

5)下列設備的配電線路應設置額定剩余動作電流值≤30mA 的剩余電流保護器:1)手持式及移動式用電設備;2)人體可能無法及時擺脫的固定式設備;3)室外工作場所的用電設備;4)家用電器回路或插座回路。

6)用于電子信息設備、醫療電氣設備的剩余電流保護器應采用電磁式。

7)剩余電流保護器應根據電氣回路中的剩余電流波形選擇,并應符合下列規定:1)當波形僅含有正弦交流電流時,應選擇AC 型剩余電流保護器;2)當波形含有脈動直流和正弦交流時,應選擇A 型剩余電流保護器;3)當波形含有直流、脈動直流和正弦交流電流時,應選擇B 型剩余電流保護器。

本條文明確剩余電流保護器的總體設置規定。

1.7 GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》7.7.7-4 條

過電流保護電器和剩余電流保護器(RCD)可用作TN 系統的故障保護,但剩余電流保護器(RCD)不能用于TN-C 系統。 在TN-C-S 系統中采用RCD 時,在RCD 的負荷側不得再出現保護接地中性導體。 應在RCD 的電源側將中性導體與保護接地導體分別引出。

本條文明確剩余電流保護器用在TN 系統中的規定。

1.8 GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》7.7.10-1 條

采用剩余電流保護器(RCD)作為附加防護時,應滿足下列要求:(1)在交流系統中裝設剩余電流≤30mA 的RCD,可用作基本防護失效和故障防護失效,以及用電不慎時的附加保護措施;(2)不能將裝設RCD 作為唯一的保護措施,不能為此而取消本節規定的其他保護措施。

本條文與本文第1 條、第4 條一致,不再闡述。

1.9 《工業與民用供配電設計手冊》 第四版 15.3.7.1(3)條

對TT 系統的附加要求。 當回路用剩余電流動作保護器保護時,總泄漏電流I1、接地極電阻RA和保護器的額定剩余動作電流IΔn應符合以下關系式

式中,I1為總泄漏電流,A;RA為外露可導電部分的接地極和保護導體的電阻之和,Ω; IΔn為額定剩余動作電流,A。

本條文是對本文第6 條第3 小條的補充,明確規定剩余電流動作保護器的總泄漏電流I1要小于IΔn的一半。

1.10 《工業與民用供配電設計手冊》 第四版 11.7.6 條

剩余電流動作保護器級聯安裝時,為實現選擇性,應滿足:(1)電源側剩余電流動作保護器的最小動作時間不應大于負荷側剩余電流動作保護器的總動作時間;(2)電源側剩余電流動作保護器的IΔn應至少為負荷側剩余電流動作保護器IΔn的3 倍。

終端的剩余電流動作保護器為不延時型,上級的剩余電流動作保護器選擇為延時型;為實現選擇性,各級的延時應有足夠的時間差。

本條文是對本文第6 條第4 小條的補充,明確規定剩余電流動作保護器的極間選擇要求。

1.11 《工業與民用供配電設計手冊》第四版 11.7.3(6)條

無延時型交流剩余電流動作保護器的最大分斷時間標準值見表1。

無延時型交流剩余電流動作保護器的最大分斷時間標準值 表1

本條文明確規定剩余電流動作保護器的分斷時間。

2 案例

2.1 案例1

某化工企業為三相五線制配電,普通照明配電總箱進線回路需裝設300 mA 的剩余電流動作保護器。 二層普通照明配電箱為本層照明負荷及插座負荷供電,設備容量為10kW,需要系數為0.9,功率因數為0.9,計算容量為9kW,計算電流為15A,進線端設置MCCB-20A 作為短路保護和過負荷保護,選擇延時型剩余電流動作保護器作為附加保護,IΔn設置為90mA;負荷側W1 回路計算容量為1.5kW,計算電流為7.6A, 設置MCCB-10A 作為短路保護和過負荷保護,選擇無延時型剩余電流動作保護器作為附加保護,IΔn設置為30mA,動作時間為0.3s。安裝此RCD 時,L1、L2、L3、N 回路需穿過電流互感器,PE 線不應穿過電流互感器。 當次RCD 動作時,同時切斷L1、L2、L3、N 回路。

2.2 案例2

某TT 系統中,配電線路采用剩余電流動作保護器保護保護外露可導電部分,要對此外露可導電部分設置保護導體, IΔn設置為30mA,則外露可導電部分的接地極和保護導體的電阻之和RA應小于1 667Ω,總泄漏電流I1應小于15mA。

3 結束語

國內電氣化的實現和信息時代的到來,工業與民用建筑對供電的可靠性和連續性的要求越來越高。 我國剩余電流動作保護器從數量上和品種上,已能滿足國民經濟發展的需要,并在電網的供電可靠性中發揮了巨大作用。 設計人員必須嚴格遵守國內現行規范、手冊中剩余電流動作保護器的使用規定,為人民安全把好設計防線。