浅析低压配电系统分级设置剩余电流保浅析低压配电系统分级设置剩余电流保护器护器[摘要] 在民用建筑低压配电系统中，接地故障是引起人身间接触电、发生电气火灾的最重要原因采用剩余电流动作保护器作接地故障保护，根据低压配电系统分级，配置三级保护装置，形成全面的保护体系，能有效预防此类事故[关键词] 剩余电流动作保护器；RCD；RCM；接地故障；电气火灾；间接触电；分级保护；0 0 引言引言即便近几年国家有关电气安全的规范、标准、规程不断的修订而完善各种安全保护措施，但是因接地故障引起的电气火灾仍然是火灾事故的主要起因；同时接地故障也会造成人身间接触电事故我国现行的电气设计相关规范都提出了在低压配电线路中需设置故障保护，用以分断故障电流或发出故障报警信号1 1 接地故障的防护原理接地故障的防护原理接地故障在不同的配电系统中呈现出的状态是不同的，其保护方式都是围绕切除故障电源或降低接触电压来进行的下面我们将就民用建筑常用的 TN 和 TT系统讨论剩余电流保护器对接地故障的保护下图为 TN 系统及 TT 系统接地故障示意图： 其等效电路图如下：当 TN 及 TT 系统采用断路器过电流保护时，保护电器的特性以及回路的阻抗应该满足：Zs*Id≦U0。
对于 TT 系统而言，故障回路阻抗 Zs 包括：电源 RE、相导体 RL、故障点 Rf、外露可导电部分的接地导体 Rpf、接地导体 RPE和电源的接地极在内的阻抗，其值通常很大（数十欧姆），故障电流 Id很难满足保护电气快速动作的额定值TN 系统采用断路器的保护，只需要证实故障电流满足断路器动作灵敏度要求就行了低压配电系统的主回路距离短，线路截面大（RL 和RPE 很小），发生线路绝缘破坏直接接地故障时（相线金属性接地，Rf 可忽略），其故障电流大，尚能满足断路器切断电源的动作要求；但是对于大多数低压配电系统而言，由于单相接地故障的原因非常复杂，其接地也不属于金属性接地（如电缆绝缘老化、受机械 力导致绝缘破坏等），故障接地电阻 Rf不能忽略，故障电流就很难引起断路器动作切断电源若采用剩余电流保护器（RCD）做故障防护，其切断故障电源的动作电流值则降低至 RCD 的额定剩余动作电流值I△n，（ TN 系统仍满足 Zs*I△n≦U0，TT 系统回路动作特性只需要满足 RA* I△n≦50(V)）这是很容易实现的2 2 剩余电流保护器（剩余电流保护器（RCDRCD）用作故障防护）用作故障防护根据上述分析，采用剩余电流保护器（RCD）用作故障防护已经在民用配电系统中得到了广泛的应用，并且也能配合其他辅助措施，根据应用场景不同衍生出各种不同的组合，但是大量的应用都偏向于配电系统的局部防护。
确切来说，剩余电流保护器 RCD 对接地故障的保护分为人身安全和财产安全两大类其中人身安全主要针对配电末端设备的间接接触电击防护，应瞬时切断电源财产安全主要用于低压配电系统前面两级，防接地电弧火灾,可作用于延时切断电源或动作于报警故此常见低压配电系统中 RCD 的装配应用一般推荐采用两级或三级方案，根据配电系统分级、被保护设备和场所的需要设置，形成由总保护、中级保护、末端保护组成多级保护如下图：2.1、末端保护剩余电流保护器 RCD 的分级保护应以末端保护为基础，上一级保护的保护范围应根据负荷分布的具体情况确定其保护范围当电流从人体的手流到双脚的电 流超过 30mA 时，人体就有被电死的风险低压配电系统末级（不超过 32A）终端回路经常为非专业人员维护的手持式电气设备，剩余电流保护主要用于防直接接触的电击防护，应瞬时切断电源，按规范 GB51348 规定，其故障防护最长的切断电源时间不应大于下表规定：故低压配电系统末端应选用无延时的高灵敏度 RCD，其额定剩余动作电流不超过 30mAGB51348 第 7.5.5.5 条规定：下列设备的配电线路应设置额定剩余动作电流值不大于 30mA 的剩余电流保护器：1）手持式及移动式用电设备；2）人体可能无法及时摆脱的固定式设备；3）室外工作场所的用电设备；4）家用电器回路或插座回路。
额定电流大于 32A 的终端回路，多为固定设备或专业人员操作和维护场所，电击防护措施一般比较正规，发生电击事故的概率相对较低，故 TN 系统保护电源的时间不应超过 5s, TT 系统切断电源的时间不应超过 1s此时可参考中级保护方式设置剩余电流保护电器2.2、中级保护安装在总保护和末端保护之间的低压干线或分支干线的剩余电流动作保护器中级保护主要用于防止电气线路或设备接地故障引起电气火灾，既可以采用剩余电流保护装置 RCD,也可以采用剩余电流报警装置 RCM建筑物电气装置标准IEC60364 规定，当配电线路发生接地故障，泄漏电流达到 300 mA，就可能引发火灾故作为电气火灾保护的 RCD 额定剩余电流动作值不宜超过 300 mA 民用建筑配电系统在做电气火灾保护时，通行的做法是设置电气火灾监控系统该系统由：电气气火灾监控器、接口模块； 剩余电流式电气火灾探测器；测温式电气火灾探测器；故障电弧探测器，等几个部分（或全部）组成该系统的设置应注意以下两个原则：1）在有效的剩余电流、温升引发电气火灾隐患前提下，应尽量避免误报误动干扰低压配电系统2）检测范围内最大自然泄漏电流值应不大于保护器的剩余不动作电流（一般为 0.4~0.6I△n），相当于在一个区间配电系统的剩余电流额定动作值取 300 mA时，自然泄漏电流值控制在 120 mA 左右是合适的。
3）对于大型建筑，中级保护可再细分为上下级安装，更能对配电系统提供全方位的保护为减少配电系统误动作，上下级剩余电流保护之间应有选择性，这可通过额定动作电流值和动作时间的级差来保证，剩余电流的故障发生点应由最近的上一级剩余电流保护器来保护1）动作时间：在末级保护采用瞬时动作的保护器的情况下，中级保护应采用延时型 RCD，延时极差不小于 0.1s相关产品的延时时间优选值为：0.2s，0.3s，0.4s，0.5s，0.8s，1s；这个时间鉴于漏电电流对火灾的影响，本级保护发出报警信号的时间不宜大于 1s2）额定剩余动作电流值(I△n)：为了满足上下级配合的需求，上一级 RCD 的动作电流 I△n应不低于 2 倍的下一级 I△n中级保护的 RCD 的额定剩余动作电流值优选为： 0.1A，0.2A，0.3A，0.5A实际应用中，RCD 的 I△n 宜为回路电流的千分之一，这样可尽量避开正常泄漏电流，减少误报几率2.3、总保护 安装在配电低压侧的第一级剩余电流动作保护器通常采用有接地故障防护功能的框架断路器来实现；在大量采用 TN 系统的民用建筑配电中，本级发生的单相接地故障均被认为属于相线与中性线的短路故障，属于断路器过电流保护范畴。
这就忽略了部分因线路绝缘破坏等小电流接地故障的状况，增添了很多电气火灾的风险本级在动作保护实现上，一般有两种方式一种为内部互感器矢量和方式（接地保护），控制器根据三相电流和中性线电流矢量和进行保护，可对应断路器极数，分下列三种接线形式：整定电流一般为 0.2~0.8 In（In 断路器额定电流），动作时间应比下一级保护动作时间大一个极差另外一种为外接漏电互感器方式（如下图外接互感器方式 1.2）；方式 1 控制器直接取外加的电流互感器输出电流信号进行保护剩余动作电流值宜为： 0.5A~30A方式 2 推荐在一点接地的接地母排上装设一个剩余电流监测器 RCM 来检测变电所供电范围内所有系统的接地故障并进行报警3 3 结语结语尽管防接地故障可采用过电流、短路、等电位等多种方式，但经验证明，他们并不是万无一失的，剩余电流保护器在故障防护中起到了不可忽视的作用总 之，采用由末级保护、中级保护、总保护组成的全面的剩余电流保护体系，能有效防止因接地故障引起的人身触电及电气火灾隐患参考文献：[1]中机中电设计研究院，等 CB/T 16895.21 - 2020/IEC 60364-4-41: 2017低压电气装置第 4-41 部分:安全防护电击防护[S]. 北京: 中国标准出版社，2020.[2]中机中电设计研究院 GB/T 13870.1 - 2008/IEC/TS 60479-1: 2005 电流对人和家畜的效应第 1 部分:通用部分[S].北京: 中国标准出版社， 2008: 11.[3] 中国建筑东北设计院有限公司，等. GB 51348-2019 民用建筑电气设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2020.[4]国家电网公司信息通信产业集团，等. GB/T13955 - 2017 剩余电流动作保护装置安装和运行[S].北京:中国标准出版社，2017.[5]上海电器科学研究院，等. GB/T 6829- 2017 剩余电流动作保护电器(RCD)的一般要求[s].北京:中国标准出版社，2017.[6] 中国建筑东北设计院有限公司，等.民用建筑电气设计标准 实施指南.成都:四川科学技术出版社，2020.[7] 王厚余. 建筑物电气装置 600 问[M]. 北京:中国电力出版社，2013.[8] 施耐德电气专家团队，等.电气装置应用（设计）指南.北京：中国电力出版社，2017. 。