【摘要】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在不同的接地系統(tǒng)中有其適用性和嚴(yán)格的接線(xiàn)方式，錯(cuò)誤地選用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器或不規(guī)范地接線(xiàn)，會(huì)使剩余電流動(dòng)作保護(hù)器誤動(dòng)或拒動(dòng)，甚至引起人身觸電和電氣火災(zāi)事故。從剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作原理出發(fā)，著重于用電設(shè)備的電流矢量分析與計(jì)算，闡述剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在低壓配電接地系統(tǒng)中的應(yīng)用特性，定量地分析接地系統(tǒng)類(lèi)型對(duì)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器工作的影響。電流矢量的分析方法為剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】剩余電流動(dòng)作保護(hù)器；剩余電流互感器；電流矢量；接地系統(tǒng)

0引言

GB/T 6829—2017定義剩余電流為流過(guò)剩余電流保護(hù)電器主回路的電流瞬時(shí)值的矢量和（用有效值表示）[1]。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（residual currentoperated protective devices,RCD）在低壓供電系統(tǒng)中對(duì)人身觸電和漏電火災(zāi)等事故起到了有效的防護(hù)作用，在各類(lèi)不同接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各種電氣設(shè)備在生產(chǎn)和生活各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，人們與電接觸的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，觸電的可能性越來(lái)越大，用電設(shè)備導(dǎo)致人員觸電傷亡的事件時(shí)有發(fā)生。為了人身和設(shè)備安全，對(duì)RCD的使用要求越來(lái)越嚴(yán)格。GB/T 16895.1—2008規(guī)定了各類(lèi)接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)[2]，各類(lèi)接地系統(tǒng)的特點(diǎn)和RCD的工作原理限制了RCD在一些接地系統(tǒng)中的應(yīng)用，且要求其接線(xiàn)方式有嚴(yán)格的規(guī)范性。

1 RCD的基本工作原理

RCD一般由剩余電流檢測(cè)模塊和斷路器組成，斷路器起接通、承載和分?jǐn)嚯娐返淖饔茫Ｓ嚯娏鳈z測(cè)模塊一般由剩余電流互感器、信號(hào)放大器、信號(hào)判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負(fù)載線(xiàn)路接入RCD后即穿過(guò)了剩余電流互感器，形成一次繞組；剩余電流互感器自帶的線(xiàn)圈形成二次繞組。正常工作時(shí)，線(xiàn)路中剩余電流為零，即穿過(guò)剩余電流互感器的所有線(xiàn)路電流矢量和為零[3-7]，有

式中，Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此，在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和同樣為零，故不會(huì)在二次繞組中感應(yīng)出電流，信號(hào)判別元件判斷線(xiàn)路中沒(méi)有剩余電流，RCD不會(huì)動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生故障使線(xiàn)路中產(chǎn)生正弦或脈動(dòng)直流剩余電流時(shí)，即I_x0005_Δ≠0，在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和不為零，此時(shí)會(huì)在二次繞組感應(yīng)出電流。當(dāng)剩余電流在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，磁心工作在線(xiàn)性區(qū)，二次側(cè)感應(yīng)電流與剩余電流大小成正比，該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器后，在判別元件中與設(shè)定的剩余電流動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，當(dāng)檢測(cè)到的剩余電流值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號(hào)，執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作，切斷電源，從而起到漏電保護(hù)的作用。

由此可見(jiàn)，剩余電流互感器是整個(gè)RCD的核心部件，RCD能否起到漏電保護(hù)作用，取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當(dāng)線(xiàn)路中電流為正弦型或脈動(dòng)直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線(xiàn)性區(qū)時(shí)，RCD動(dòng)作與否取決于穿過(guò)剩余電流互感器的所有線(xiàn)路電流矢量和的大小。

2用電負(fù)載的電流矢量分析與計(jì)算

在RCD性能良好且不考慮電源類(lèi)型及頻率的情況下，RCD能否正常工作，取決于流經(jīng)其進(jìn)、出線(xiàn)端的電流矢量和，故用電負(fù)載的電流矢量分析對(duì)于RCD的應(yīng)用至關(guān)重要[10]。低壓供電網(wǎng)可提供單相和三相兩種供電方式，其中三相供電時(shí)根據(jù)負(fù)載的分布和接線(xiàn)方式可分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。

2.1單相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量

圖1為單相供電負(fù)載接線(xiàn)示意圖，無(wú)論Z為純阻性負(fù)載還是復(fù)阻抗負(fù)載，流經(jīng)負(fù)載Z的電流矢量如圖1所示，根據(jù)KCL定律可得

式中，Il、In分別為負(fù)載的相線(xiàn)與中性線(xiàn)電流矢量。式（2）表明，無(wú)論負(fù)載Z的大小如何，在無(wú)電流泄漏的情況下，流經(jīng)負(fù)載的電流矢量和始終為零

2.2三相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量

1）負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量

三相供電負(fù)載星形聯(lián)結(jié)示意圖如圖2所示。負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，如果三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)平衡，可不需要中性線(xiàn)，如圖2（a）所示。但是在圖2（a）的情形下，存在負(fù)載異常導(dǎo)致三相負(fù)載不平衡的情況，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)漂移。圖2（a）中，設(shè)Z2 1=λZ，Z3 1=μZ，分別取a、b、c節(jié)點(diǎn)為參考對(duì)象，根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得

式中：Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線(xiàn)電流矢量；λ為阻值Z2與Z1之比；μ為阻值Z3與Z1之比。解析式（3）得

特別地，當(dāng)λ=μ=1時(shí)，三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)平衡；當(dāng)λ≠μ時(shí)，三相負(fù)載不平衡，中性點(diǎn)發(fā)生漂移。結(jié)合式（3）、式（4）可知，無(wú)論三相負(fù)載平衡與否，式（4）總是成立，表明三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)不帶中性線(xiàn)時(shí)，在無(wú)電流泄漏的情況下，各相的線(xiàn)電流矢量和始終為零。

2（b）中，中性點(diǎn)連接零線(xiàn)，構(gòu)成中性線(xiàn)，此時(shí)相電壓Up與線(xiàn)電壓Ul有固定的關(guān)系，即Ul=3Up。線(xiàn)電壓Ul取決于電源系統(tǒng)，電源系統(tǒng)穩(wěn)定則線(xiàn)電壓不會(huì)改變，故Up不因各相負(fù)載的阻值大小而改變。線(xiàn)電流與相電流大小相等，即Il p=I，若認(rèn)為三相負(fù)載電流由各相線(xiàn)流入，由中性線(xiàn)流出，取中性點(diǎn)為參考對(duì)象，根據(jù)KCL定律可得

式中：Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線(xiàn)電流矢量；In為中性線(xiàn)電流矢量。由式（5）可知，三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)帶中性線(xiàn)時(shí)，在無(wú)電流泄漏的情況下，所有相線(xiàn)加中性線(xiàn)的電流矢量和始終為零。

2）負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量

三相供電負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)示意圖如圖3所示。圖3中負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)，分別取三根相線(xiàn)與負(fù)載的連接點(diǎn)e、f、g作為參考對(duì)象，根據(jù)KCL定律可得

式中：

Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載的線(xiàn)電流矢量；Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。

3 RCD在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用

低壓配電網(wǎng)的接地系統(tǒng)分為T(mén)T、TN、IT三種，其中TN系統(tǒng)又分為T(mén)N-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點(diǎn)，因RCD的工作原理，其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類(lèi)型和接線(xiàn)方式有關(guān)，若應(yīng)用和接線(xiàn)方式有誤，RCD會(huì)拒動(dòng)或誤動(dòng)，從而引發(fā)安全事故[11-12]。

3.1 RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用

RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖4所示。TT接地系統(tǒng)中，供電側(cè)電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地，用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)接地極接地。

4安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹

安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護(hù)裝置，主要適用于交流50Hz，額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線(xiàn)路，用來(lái)對(duì)電氣線(xiàn)路進(jìn)行接地故障保護(hù)，防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故，也可用來(lái)對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀

4.1功能介紹

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩余電流測(cè)量，剩余電流越限報(bào)警指示，額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定，極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定，兩組繼電器輸出，具有就地，遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能；

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能：16路剩余電流監(jiān)測(cè)，1路預(yù)警繼電器輸出，16路報(bào)警繼電器輸出，2路DI輸入，自動(dòng)重合閘功能，遠(yuǎn)程通訊功能，遠(yuǎn)程分合閘功能。

4.2技術(shù)指標(biāo)

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀

4.1功能介紹

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩余電流測(cè)量，剩余電流越限報(bào)警指示，額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定，極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定，兩組繼電器輸出，具有就地，遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能；

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能：16路剩余電流監(jiān)測(cè)，1路預(yù)警繼電器輸出，16路報(bào)警繼電器輸出，2路DI輸入，自動(dòng)重合閘功能，遠(yuǎn)程通訊功能，遠(yuǎn)程分合閘功能。

4.2技術(shù)指標(biāo)

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)