【摘要】剩余電流動作保護器在不同的接地系統(tǒng)中有其適用性和嚴格的接線方式，錯誤地選用剩余電流動作保護器或不規(guī)范地接線，會使剩余電流動作保護器誤動或拒動，甚至引起人身觸電和電氣火災事故。從剩余電流動作保護器工作原理出發(fā)，著重于用電設(shè)備的電流矢量分析與計算，闡述剩余電流動作保護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)類型對剩余電流動作保護器工作的影響。電流矢量的分析方法為剩余電流動作保護器的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】剩余電流動作保護器；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剩余電流保護電器主回路的電流瞬時值的矢量和（用有效值表示）[1]。剩余電流動作保護器（residual currentoperated protective devices,RCD）在低壓供電系統(tǒng)中對人身觸電和漏電火災等事故起到了有效的防護作用，在各類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，隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，各種電氣設(shè)備在生產(chǎn)和生活各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，人們與電接觸的機會越來越多，觸電的可能性越來越大，用電設(shè)備導致人員觸電傷亡的事件時有發(fā)生。為了人身和設(shè)備安全，對RCD的使用要求越來越嚴格。GB/T 16895.1—2008規(guī)定了各類接地制式的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)[2]，各類接地系統(tǒng)的特點和RCD的工作原理限制了RCD在一些接地系統(tǒng)中的應(yīng)用，且要求其接線方式有嚴格的規(guī)范性。

1 RCD的基本工作原理

RCD一般由剩余電流檢測模塊和斷路器組成，斷路器起接通、承載和分斷電路的作用，剩余電流檢測模塊一般由剩余電流互感器、信號放大器、信號判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負載線路接入RCD后即穿過了剩余電流互感器，形成一次繞組；剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時，線路中剩余電流為零，即穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[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，故不會在二次繞組中感應(yīng)出電流，信號判別元件判斷線路中沒有剩余電流，RCD不會動作；當發(fā)生故障使線路中產(chǎn)生正弦或脈動直流剩余電流時，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，此時會在二次繞組感應(yīng)出電流。當剩余電流在檢測范圍內(nèi)時，磁心工作在線性區(qū)，二次側(cè)感應(yīng)電流與剩余電流大小成正比，該電流信號經(jīng)過信號放大器后，在判別元件中與設(shè)定的剩余電流動作標準值對比，當檢測到的剩余電流值超過設(shè)定值時，判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號，執(zhí)行元件驅(qū)動斷路器動作，切斷電源，從而起到漏電保護的作用。

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

2用電負載的電流矢量分析與計算

在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下，RCD能否正常工作，取決于流經(jīng)其進、出線端的電流矢量和，故用電負載的電流矢量分析對于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，其中三相供電時根據(jù)負載的分布和接線方式可分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。

2.1單相供電時負載的電流矢量

圖1為單相供電負載接線示意圖，無論Z為純阻性負載還是復阻抗負載，流經(jīng)負載Z的電流矢量如圖1所示，根據(jù)KCL定律可得

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

2.2三相供電時負載的電流矢量

1）負載星形聯(lián)結(jié)時的電流矢量

三相供電負載星形聯(lián)結(jié)示意圖如圖2所示。負載星形聯(lián)結(jié)時，如果三相負載對稱平衡，可不需要中性線，如圖2（a）所示。但是在圖2（a）的情形下，存在負載異常導致三相負載不平衡的情況，此時會產(chǎn)生中性點漂移。圖2（a）中，設(shè)Z2 1=λZ，Z3 1=μZ，分別取a、b、c節(jié)點為參考對象，根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得

式中：Iu、Iv、Iw為三相負載各相線電流矢量；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λ=μ=1時，三相負載對稱平衡；當λ≠μ時，三相負載不平衡，中性點發(fā)生漂移。結(jié)合式（3）、式（4）可知，無論三相負載平衡與否，式（4）總是成立，表明三相負載星形聯(lián)結(jié)不帶中性線時，在無電流泄漏的情況下，各相的線電流矢量和始終為零。

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

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

2）負載三角形聯(lián)結(jié)時的電流矢量

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

式中：

Iu、Iv、Iw為三相負載的線電流矢量；Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負載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TT、TN、IT三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點，因RCD的工作原理，其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類型和接線方式有關(guān)，若應(yīng)用和接線方式有誤，RCD會拒動或誤動，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)有一點直接接地，用電側(cè)負載的外露可導電部分通過接地極接地。

4安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹

安科瑞ASJ系列剩余電流動作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測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)配電線路，用來對電氣線路進行接地故障保護，防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災事故，也可用來對人身觸電危險提供間接接觸保護。

ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測儀

4.1功能介紹

ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩余電流測量，剩余電流越限報警指示，額定剩余動作電流可設(shè)定，極限不驅(qū)動時間可設(shè)定，兩組繼電器輸出，具有就地，遠程“測試”、“復位”功能；

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測儀具有以下功能：16路剩余電流監(jiān)測，1路預警繼電器輸出，16路報警繼電器輸出，2路DI輸入，自動重合閘功能，遠程通訊功能，遠程分合閘功能。

4.2技術(shù)指標

ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器技術(shù)指標ASJ60系列剩余電流監(jiān)測儀

4.1功能介紹

ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩余電流測量，剩余電流越限報警指示，額定剩余動作電流可設(shè)定，極限不驅(qū)動時間可設(shè)定，兩組繼電器輸出，具有就地，遠程“測試”、“復位”功能；

ASJ60系列剩余電流監(jiān)測儀具有以下功能：16路剩余電流監(jiān)測，1路預警繼電器輸出，16路報警繼電器輸出，2路DI輸入，自動重合閘功能，遠程通訊功能，遠程分合閘功能。

4.2技術(shù)指標

ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器技術(shù)指標