剩余电流动作保护装置原理及其应用

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1、剩余电流动作保护装置剩余电流是指通过剩余电流动作保护装置主回路(零序互感器)的电流瞬时值的矢量和,以其有效值表示对于单相线路,剩余电流就是该相的对地漏电电流;对于三相线路,剩余电流就是各相电流瞬时值的矢量和,以其有效值表示。剩余电流动作保护装置是在规定条件下,当被保护电路中剩余电流超过设定值时,能自动断开电路或发出报警信号的继电保护装置。剩余电流动作保护装置采用自动切断电源的保护原理。在直接接触防护中作为防止电击危险的基本保护措施的附加保护;在间接接触防护中作为防止因接地故障使电气设备外露导电部分带有危险电压而引发电击危害或电气火灾危险的有限保护。一、剩余电流动作保护装置的工作原理当三相电路中

2、没有发生人身电击事故、设备漏电、接地故障或三相对地泄漏电流平衡时,通过剩余电流动作保护装置零序电流互感器电流的矢量和为零,即剩余电流值为零,剩余电流动作保护装置正常运行。当三相电路中发生人身电击事故、设备漏电、接地故障或三相对地泄漏电流不平衡时,通过剩余电流动作保护装置的电流矢量和不为零,即剩余电流值不为零。检测环节就采集到该剩余电流信号;信号处理环节对检测环节送来的信号进行放大、变换、处理后,与设定的额定剩余电流动作值进行比较,并把比较结果形成通断指令;执行机构根据指令控制被保护线路中开关的脱扣器。剩余电流动作保护装置就动作跳闸,切断被保护线路的电源,达到保护目的。二、剩余电流动作保护装置的

3、分类剩余电流动作保护装置按电气原理分,可分为二大类,一类是电子式;一类是电磁式。电子式零序电流互感器采集到的剩余电流信号要经过电子电路放大处理,需要用辅助电源。因此,也称“功能与电源电压有关的” 剩余电流动作保护装置。电磁式零序电流互感器采集到的剩余电流信号经过比较,直接推动脱扣器。它采用的是灵敏度高的释放式脱扣器。也可称作“功能与电源电压无关的”剩余电流动作保护装置。剩余电流动作保护装置按形式分,可分为三大类:剩余电流继电器:它需要配接一个主开关,由继电器、主开关、零序互感器三部分组成,也可称作“分体式”。它对应的国家标准是GB6829-1995剩余电流动作保护器的一般要求和JB8756-1

4、998剩余电流动作保护继电器剩余电流动作断路器:它的主体是一个断路器,把信号检测、信号处理、执行机构和试验装置都安装在一个壳架内。也可称作“一体式”。它有三极(380V)、四极(380/220V),对应的国家标准是GB14048.22001低压开关设备和控制设备低压断路器和标准的附录B。还有二极(230V)分二种;一种是普通的漏电断路器,对应的国家标准是GB16916.1-2003家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB);另一种是带过电流保护的漏电断路器,如DZ47型,对应的国家标准是GB16917.1-2003家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)

5、。移动式剩余电流动作保护装置:就是插头、插座。对应的国家标准是GB20044-2005电气附件家用和类似用途的不带过电流保护的移动式剩余电流装置(PRCD)。四、剩余电流动作保护装置的技术参数额定电流指的是剩余电流动作保护装置主回路的正常运行时的最大电流,在剩余电流动作断路器上,它与过电流保护有关。在剩余电流继电器上,是配接的交流接触器的额定电流。额定电压额定电压分额定绝缘电压和额定工作电压。如果标注400V,一般指的是额定工作电压。额定频率额定剩余电流动作值指的是制造厂对剩余电流动作保护装置规定的剩余电流动作值,达到该剩余电流值时,剩余电流动作保护装置必须动作跳闸。额定剩余不动作电流值分断时

6、间指的是从发生剩余电流动作值开始,到剩余电流动作保护装置主回路可分离触点完全分离,电弧熄灭为止的时间。极限不驱动时间当剩余电流大于额定剩余电流动作值时,不动作的最大时间。额定剩余电流动作值和分断时间这两个参数是剩余电流动作保护装置最重要的技术参数,合并称作“动作特性”分断时间分类分断时间分为:一般型、选择型(S型)、延时型三种。一般型分断时间不大于0.3s的灵敏度较高;选择型(S型)分断时间不大于0.5s,只在剩余电流继电器(分体式)有。下一级保护装置动作了,选择型就不动作。下一级保护装置不动作了,选择型就动作。适合作总保或分支保。延时型在剩余电流动作断路器(一体式)上,分断时间大于0.3s和

7、剩余电流继电器(分体式)分断时间大于0.5s的都属于延时型。它有最大分断时间和极限不驱动时间两个参数,极限不驱动时间一般是50的分断时间。制造厂会在使用说明书中标明。延时重合闸指的是剩余电流动作跳闸后,到自动重合闸主回路闭合为止的时间。延时型不能有自动重合闸。短路、过电流动作跳闸后不能有自动重合闸。动作特性分类动作特性分成:A型和AC型A型能对交流、直流和脉动直流的剩余电流进行动作保护;AC型只能对交流的剩余电流进行动作保护。额定辅助电源电压功能与电源电压有关的电子式剩余电流动作保护装置本身需要用电的电压值。额定短时耐受电流指的是剩余电流动作保护装置主回路在规定的条件和短时间内能承受的电流以不

8、至于使剩余电流动作保护装置受到不能使用的损坏。输出触点额定容量这是剩余电流继电器(分体式)有的参数,它标明了继电器能配接的负载(接触器电磁线圈)的大小。保护器额定短路接通分断能力主回路中不导致误动作的过流极限值新型多功能保护装置除有上述技术参数外,针对不同的使用场所和需要还新增了以下功能:1过压保护 2欠压保护 3缺相保护 4断零保护 5漏电报警 6剩余电流显示 7自动重合闸8漏电故障最大相自动跟踪显示 9线路剩余电流自动跟踪定档 10故障跳闸次数记录,显示。 1、工频交流电对人体的作用通过人体的电流大小不同,人体会呈现不同的生理效应,电流愈大引起致死的危险也就愈大。通过人体的电流有三个阈值:

9、1)感知电流阈值。在正常情况下感知电流阈值约为0.5mA1mA。感知电流阈值一般不会对人造成病理性伤害。2)摆脱电流阈值。通过人体的电流增大时,会使触电者肌肉连续收缩,发生痉挛而紧抓带电体,致使不能自行摆脱。人体触电后尚能自行摆脱的最大电流叫做摆脱电流阈值。据统计成年男子的摆脱电流阈值平均为15mA,成年女子的摆脱电流阈值平均为10mA。电流超过摆脱阈值以后,人可能会昏迷、窒息甚至死亡。但也有事例证明,当电流大于摆脱电流值触电者中枢神经麻痹,呼吸停止时,立即切断电源,并经人工抢救,仍可恢复呼吸,并且没有什么不良后果产生。3)心室纤颤电流阈值。当通过人体的电流超过摆脱电流阈值而继续增大时,将使心

10、室发生纤维性颤动,使心脏不能把血液搏出,引起心室发生纤维性颤动的电流叫做心室纤颤电流。最小的心室纤颤电流称为心室纤颤电流阈值。在低压触电事故中,电击致死的主要原因是心室纤维性颤动,较少的死亡原因是触电窒息或心脏停跳。因此,心室纤颤电流是致命电流。2、电流通过人体的时间对人体的作用电流通过人体的时间对人体的作用与电流大小有关,心室纤颤电流阈值是致命电流,人约为50mA,狗约为100 mA。1984年在IEC4791报告中提出了(经过修正的)人体触电安全界线,见图12,这是我们制定安全保护的重要依据。图12 人体通过15100Hz交流电流的时间/电流反应区域图1中所示交流电流对人体的作用,按效应大

11、小与通过电流的时间、电流大小的关系可划分为四个区域。1) 1区通常无反应;2) 2区通常无有害的病理反应;3) 3区可引起肌肉痉挛,呼吸困难,对心脏搏动的形成和传动产生可逆性紊乱;4) 4区除了有3区的效应外,心室纤颤的可能性会从C1升高5(曲线C2 )、50(曲线C3),以及超过50(曲线C3以外)。随着电流的增大、时间的加长,可能产生心脏停跳,呼吸停止,以及严重的烧伤等病理效应。人体通过电流时间越长,越容易引起心室纤颤,触电致死的危险性就越大。引起心室纤颤的工频电流与持续时间的关系,用国际公认的柯宾曲线表示。即 I t30 mAS人们多以此曲线定为人体触电时的安全界限。因此,国家标准GB1

12、3955-2005中强调“用于直接接触电击事故防护时,应选用一般型的剩余电流动作保护装置。其额定剩余动作电流值不超过30mA。”分断时间0.1s。.一、剩余电流动作保护装置的基本结构剩余电流动作保护装置主要由四个基本环节组成,即信号检测、信号处理、执行机构和试验装置。零序电流互感器是一个信号检测元件,用来检测一次线路中的剩余电流。一般采用空心式的环形互感器,安装时,把三相四线一次回路全部穿过零序电流互感器来检测一次回路中电流的矢量和。信号处理主要是电子电路,功能是对检测环节送来的信号进行放大、变换和比较等一系列处理后输出一个给执行机构通断的信号指令。执行机构主要是一个脱扣器(交流接触器或断路器

13、),功能是接受并执行通断指令,依靠可分离的触头来断开被保护的线路。试验装置是一个用模拟发生剩余电流来简单的检测剩余电流动作保护装置是否有效的装置。(见图11) 进线N L1 L2 L3F T CT B 出线CT零序电流互感器 B信号处理 T脱扣器 F-试验装置图11二、间接接触电击保护间接接触电击保护最有效的措施是自动切断电源,剩余电流动作保护装置具有这个功能。这种保护是在故障条件下的持续接触电压限制在较为安全的范围内的防护。凡是采用自动切断电源防护的电气装置,其外露可接近导体必须通过保护导体接到接地装置的接地极上。当电气设备上出现故障电流,剩余电流动作保护装置在人还末触及带电的金属外壳前,已

14、将故障切断,防止人体触及危险的接触电压。如果出现故障时,正好有人触及因故障损坏而带电的电气设备外壳,则被电击者与故障回路相并联,而人体电阻要比保护导体的电阻大很多,大部分电流流经保护导线,剩余电流动作保护装置立即动作,切断电源,对人体不会造成致命危险。剩余电流动作保护装置用于间接接触电击保护时,应正确与电网的接地形式相配合。TT接地系统时,可以安装总保护或单台设备的保护;TN接地系统时,只能安装单台设备的剩余电流保护。三、接地故障和电气火灾保护接地故障保护接地故障是带电导体和大地,接地的金属外壳或与地有联系的构件之间的接触。例如,架空导线断裂接地,电源线绝缘损坏碰金属外壳等。如接地故障不及时排

15、除,当人体碰到落地的带电导线和金属外壳,接地故障电流持续存在,有可能发生人身电击伤亡和设备损坏事故。剩余电流保护装置仅用于接地故障保护时,根据配电网络系统的形式和容量大小,额定剩余动作电流可以从几毫安至几百毫安。考虑选择性保护,分断时间一般应采用延时型。剩余电流保护装置用于接地故障保护,又要考虑间接接触保护时,动作特性应根据间接接触保护的要求选择。电气火灾保护过去普遍认为,电气间短路引起的火灾大多由带电导体间的短路所造成,一般称金属性短路。由于短路电流大,可用带短路保护的断路器和熔断器来防止。实际情况并非全部如此,因大多数的短路火灾是由接地短路故障产生的电弧或电火花所引起。一般称电弧性短路。金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作切断电源,火灾往往得以避免。电弧性短路电流受阻抗影响。电弧长时间延续,而电弧引起的局部温度可高达

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