對漏電保護器的安全性能剖析

隨著改革開放不斷深入發展，人民的生活水平也在不斷地提高。 如電冰箱、洗衣機、電視機、空調、電飯煲、微波爐……多種多樣的電氣設備越來越多地進入千家萬戶，被眾多居民普遍使用。 這些眾多的家用電器，對于保護人身與設備的安全意識，引起了國內外人士的廣泛關注。 因此，對建筑電氣的設計和施工也提出了更高的要求。 當前，在中性點直接接地的380/ 220V 的低壓配電系統中，已經開始采取將質量合格參數合格的漏電保護器與接地保護或接零保護正確地配合使用，較好地防止了漏電電擊等事故的發生。
　　
　　1 　漏電保護器安裝的必要性
　　保護接零一般采用TN-C-S 系統或TN-S 系統，也就是在電源入戶之前將零線重復接地，且重復接地電阻≤10Ω。 而在進戶之后，工作零線N 與保護零線PE 則須分開。 此時，PE 線與所有用電設備金屬外殼通過三孔插座的接地孔連接起來。而零線在引入配電箱后，應當和相線一樣對地絕緣。 如果發生相線碰殼短路情況時，短路電流則經零線和接地極構成閉合回路。 這時回路阻抗很小，短路電流很大，從而此較大的短路電流致使保護開關跳閘，切斷電源回路，達到安全保護的目的。 如圖1 所示。 短路電流
　　IK = U/Zd　　　式中：
　　IK—相線碰殼短路電流，A
　　U —相電壓，
　　Zd —零線阻抗與重復接地電阻之和，Ω
　　但是，TN-C-S 系統只能對用電設備的外殼在帶電時起到保護作用，而對相地短路的情況則不能起到保護作用。 其原因是：在相地短路時(即設備絕緣破損發生的單相對地短路，簡稱故障短路) ，短路電流要經過設備與地面的自然接觸，電阻流向電源中性點。 由于這時自然接觸電阻很大，而短路電流很小，不足以使熔斷器、斷路器動作，切斷電路，卻能使故障引發的電弧火花持續很長時間，甚至著火。 如圖2 所示。

　　 　　為了克服以上存在問題，在建筑電氣設計、施工中采用安裝漏電保護器，就成為一種有效的觸電或漏電保護手段。
　　另外，在居民住宅中安裝漏電保護器，也是當今我國按照國標GB6829295 標準要求，進行設計與施工的需要。
　　
　　2 　漏電保護器的工作原理
　　漏電保護器是由零序電流互感器、漏電脫扣器、脫扣機構、主開關、實驗按鈕等五部分組成。 倘若發生被保護設備的接地故障電流作用于漏電保護器的漏電脫扣器上的情況，其電流超過預定值時，則會立即出現開關跳閘，從而切斷了故障電路。 如圖3 所示。 一般來說在正常情況下，各相電流的相量和等于零。 由此，各相電流在零序電流互感器鐵芯中感應的磁通量之和也等于零。 這時，由于零序電流互感器的二次側繞組無信號輸出，主開關仍處于閉合狀態，電源繼續向負載方向供電。

　　當發生接地故障，或設備絕緣損壞、漏電，或人觸及帶電體時，主回路中各相電流的相量和不再為零。 則會出現故障電流在零序電流互感器的環形鐵芯中產生磁通，從而導致二次側感應電壓迫使脫扣線圈勵磁，強令主開關跳閘，切斷供電回路。
　　由上可知，電流型漏電保護器是基于基爾霍夫第一定律：流入電路中任一節點的復電流代數和等于零，即∑I = 0。
　　
　　3 　漏電保護器的作用及使用范圍
　　漏電保護器具有動作靈敏，切斷時間迅速的性能。 在建筑電氣設計施工中只要合理選用和正確安裝，對保護人身安全和防止設備損壞，以及預防火焰將會有明顯的作用。
　　(1) 當人體直接觸及220V 帶電體時，漏電保護器迅速以0.1 秒的時間快速切斷電路。 這時流過人體(一般人體電阻為1 000Ω左右) 的觸電電流為220/ 1 000 = 220 (mA) ，其電擊能量為：220(mA) ×0. 1 (S) = 22mA·S < 30mA·S。 目前我國現行規定：對人體安全的電擊能量為：1·T = 30mA·S ，可以明顯看出，當人們一旦觸及220V 帶電體時，漏電保護器會在0. 1 秒時間內迅速作出反應，而不致出現生命危險。
　　(2) 在TN-C-S 或TN-S 系統中，未裝漏電保護器時，如果發生接地故障情況，設備外殼會產生對人身有危險的接觸電壓；當裝有漏電保護器之后，即使發生了接地故障，接觸電壓在還沒有達到危及人身生命時，漏電保護器就會立即切斷電源回路。 其理由是：在住宅建筑電氣設計時，設計者已為用戶所安裝的漏電保護器選擇了額定動作電流小于或等于30mA ，動作時間為0. 1 秒。 當發生接地故障時，只要有漏電電流產生，就會在漏電電流小于或等于30mA 時，漏電保護器就立刻動作，切斷了電源回路。 同時，30mA 的電流在0. 1 秒時間內作用于人體不會危及生命安全。
　　(3) 安裝漏電保護器對配電線路的絕緣水平起到監察作用。 如果設備出現碰殼故障或絕緣損壞，就會有漏電電流產生。 當漏電電流達到漏電保護器的額定動作電流時，將立即動作切斷電源回路。 也就是說，在人尚未觸及故障設備危險的接觸電壓之前，就已經將故障線路切斷了。 從而提前避免了觸電死亡及火災事故的發生。
　　(4) 一旦出現發生接地故障時，由于切斷故障線路因素不是依靠過電流保護，而是依靠漏電保護。 再則，漏電保護的額定動作電流數值很小，與過電流相比，相差1000倍～10000倍。
　　因此，出現在設備外殼的接觸電壓也很低，一般小于50V ，大大提高了安全性。
　　
　　4 　漏電保護器使用時應注意事項
　　(1) 漏電保護器適用于電源中性點直接接地或經過電阻、電抗接地的低壓配電系統。 對于電源中性點不接地的系統，則不宜采用漏電保護器。 因為后者不能構成泄漏電氣回路，即使發生了接地故障，產生了大于或等于漏電保護器的額定動作電流，該保護器也不能及時動作切斷電源回路；或者依靠人體接能故障點去構成泄漏電氣回路，促使漏電保護器動作，切斷電源回路。 但是，這對人體仍不安全。 顯而易見，必須具備接地裝置的條件，電氣設備發生漏電時，且漏電電流達到動作電流時，就能在0.1 秒內立即跳閘，切斷了電源主回路。
　　(2) 漏電保護器保護線路的工作中性線N 要通過零序電流互感器。 否則，在接通后，就會有一個不平衡電流使漏電保護器產生誤動作。
　　(3) 接零保護線(PE) 不準通過零序電流互感器。 因為保護線路(PE) 通過零序電流互感器時，漏電電流經PE 保護線又回穿過零序電流互感器，導致電流抵消，而互感器上檢測不出漏電電流值。 在出現故障時，造成漏電保護器不動作，起不到保護作用。
　　(4) 控制回路的工作中性線不能進行重復接地。 一方面，重復接地時，在正常工作情況下，工作電流的一部分經由重復接地回到電源中性點，在電流互感器中會出現不平衡電流。 當不平衡電流達到一定值時，漏電保護器便產生誤動作；另一方面，因故障漏電時，保護線上的漏電電流也可能穿過電流互感器的個性線回到電源中性點，抵消了互感器的漏電電流，而使保護器拒絕動作。
　　(5) 漏電保護器后面的工作中性線N 與保護線(PE) 不能合并為一體。 如果二者合并為一體時，當出現漏電故障或人體觸電時，漏電電流經由電流互感器回流，結果又雷同于情況(3) ，造成漏電保護器拒絕動作。
　　(6) 被保護的用電設備與漏電保護器之間的各線互相不能碰接。 如果出現線間相碰或零線間相交接，會立刻破壞了零序平衡電流值，而引起漏電保護器誤動作；另外，被保護的用電設備只能并聯安裝在漏電保護器之后，接線保證正確，也不許將用電設備接在實驗按鈕的接線處。
　　以上敘述的幾條注意事項，都是很容易在使用中出現錯誤的地方，故在本文中特地提出來，希望讀者在使用漏電保護器時格外注意。
　　
　　5 　結論
　　漏電保護器的使用對低壓供電系統的安全可靠性起到了很重要的作用，它彌補了IN-C-S 與IN-S 系統的不足。 但是，還不能說用了漏電保護器，在供電系統中就萬無一失了。它并不是防止電擊事故的惟一措施，也不是特效措施。 譬如，在高層建筑中，往往把高低壓配電室的電氣設備金屬外殼、金屬板、建筑物鋼筋基礎網連接起來。 如果高壓電氣設備外殼碰殼帶電，便會產生一個120V 的危險電壓(10KV 對地電容電流為30A ，接地電阻4Ω ，∴30 ×4 = 120 (V) ) ，該電壓通過PE 線竄到低壓設備的外殼，漏電保護器對PE 線無法檢測，造成保護失效。 欲要克服這種不足，則應通過實施用國際電工委員會的標準及GB50054-95 規范中推行的等電位聯結的方法去解決。