学习《剩余电流动作保护装置安装和运行》doc.docx

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学习《剩余电流动作保护装置安装和运行》—GB13955-2005体会

（讨论稿）

王霓潘明日

2006年7月

目次

前言

一、RCD定义与功能

1、RCD定义

2、RCD的保护范围（功能）

二、RCD应用应全方位满足继保配置准则

1、继电保护的设计依据和基本要求

2、RCD的配置应树立以治本为主标本兼治的原则

3、关于RCD分级保护问题

三、RCD在TT配电系统中的应用

1、TT系统的接地故障电流

2、RCD是TT系统接地故障理想的保护装置

3、TT系统RCD的保护范围应全覆盖

4、RCD在TT中应采用分级保护方式

5、RCD额定剩余动作电流I△n整定

6、辅助等电位联结和独立设备接地装置

四、RCD在TN配电系统中的应用

1、RCD在TN系统中应用的局限性

2、TN系统的电源端装设跳闸式RCD不妥

3、RCD在TN系统中的应用范围

五、结束语

前言

《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB13955-2005（简称<标准>）已于2005年12月1日起实施。

笔者与几位同行对<标准>学习和讨论多次，认为<标准>对剩余电流动作保护装置（简称RCD）的功能、分类、应用范围、应用条件、应用方法、安装、运行及维护管理等都做了全面、明确的规定，使设计有据可依、有章可循。

<标准>是从RCD本身及其安装和运行的角度规定本标准的全部技术内容为强制性。

笔者试从配电和继保设计的角度探讨RCD作为继保装置在配电系统中的应用，同时也是学习<标准>的心得和体会，如有不妥，敬请<标准>编制者和同仁不吝赐教。

一、RCD定义与功能

1、RCD定义

·剩余电流动作保护装置（RCD）

RCD，是指电路中带电导体对地故障所产生的剩余电流超过规定值时，能够自动切断电源或报警的保护装置（<标准>之引言）。

·剩余电流

流过RCD主回路电流瞬时值的矢量和（用有效值表示）（<标准>3.3）。

·接地故障电流

由于绝缘故障而流入地的电流（<标准>3.8）。

·对地泄漏电流

无绝缘故障从设备的带电部件流入地的电流（<标准>3.9）。

·额定剩余动作电流（I△n）

制造厂对RCD规定的剩余动作电流值，在该电流值时，RCD应在规定的条件下动作。

·额定剩余不动作电流（I△no）

制造厂对RCD规定的剩余不动作电流值，在该电流值时，RCD应在规定的条件下不动作。

2、RCD的保护范围（功能）

<标准>在引言中对RCD的保护功能是这样描述的：

“低压配电系统中装设RCD是防止直接接触电击事故和间接接触电击事故的有效措施之一，也是防止电气线路或电气设备接地故障引起电气火灾和电气设备损坏事故的技术措施。

”

上述RCD保护范围都是由接地故障引发的各种危害（事故）。

接地故障是“罪魁祸首”，是“万恶之源”。

从大局看，RCD是接地故障电流保护装置。

二、RCD应用应全方位满足继保配置准则

1、继电保护的设计依据和基本要求

继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为设计依据，并应满足速动性、选择性、可靠性和灵敏性四项基本要求。

RCD作为继保装置，在配电系统中的配置应全方位满足这一设计准则和基本要求。

2、RCD的配置应树立以治本为主标本兼治的原则

选用接地故障作为继电保护设计的故障类型，并以此为主线进行继电保护设计，再对继保设计进行复核，复核内容是：

由接地故障引发的各种危害是否得到全面而有效的防护，并对设计进行调整和补充。

如其不然而是采用孤立处理各种危害的防护措施，极易陷入“头痛医头脚痛医脚”的混乱之中。

3、关于RCD分级保护问题

1）RCD采用分级保护的主要目的是当发生接地故障自动切断电源时，缩小停电范围和查找故障点范围。

2）采用三级保护时RCD分别装设在电源端、负荷群首端和负荷端构成三级串接保护系统。

采用二级保护时RCD分别装设在电源端和负荷端或负荷群首端。

分级保护上下级RCD的额定电流、剩余动作电流和动作时间应满足选择性配合的要求。

3）分级保护RCD的末级（负荷端或负荷群首端）保护范围必须是全覆盖，以避免扩大事故停电范围。

<标准>4.5.1.f有“……除壁挂式空调插座外的其他电源插座或插座回路”必须安装RCD的规定。

言外之意是说壁挂式空调插座回路可以不装设RCD，原因不外乎是其正常对地泄漏电流过大而不能满足RCD的剩余动作电流整定值I△n≤30mA的要求。

但是，不管是何种原因，只要RCD为分级保护，壁挂式空调插座作为末级配电中的负荷，必须装设RCD（在末级RCD保护范围之内）。

不同的只是允许RCD在此情况下的剩余动作电流的整定值I△n＞30mA。

这样做虽然放弃了对直接接触电击事故的保护作用，却保证了分级保护的选择性要求，避免了扩大事故停电范围。

三、RCD在TT配电系统中的应用

1、TT系统的接地故障电流ID

采用TT接地型式的低压（380/220V）配电系统，当发生接地故障时，接地故障电流ID（图一）由下式决定：

ID=220V/（RB+RA）

RB：

电源工作接地装置的接地电阻（欧）；

RA：

设备接地装置的接地电阻和外露可接近导体的接地导体的电阻总和（欧）。

注：

ID为接地故障电流

Uf为预期接触电压

图一TT配电系统接地故障回路

由上式和图一可见ID具有以下特点：

1）ID是流入地中的电流；

2）设RB=1欧，RA=4欧，则有如下结果：

·ID=220/（1+4）=44A；

·预期接触电压Uf=RA·ID=4x44=176V

·当该回路装设高灵敏度的RCD，且额定剩余动作电流整定值为I△n=30mA时，可能出现的预期接触电压Uf＇=RA·I△n=4x0.03=0.12V。

3）式中RB为定值，故ID的大小仅取决于RA。

当各组RA的取值大体相同时，则接地故障点不论发生在系统的何处，其ID值大体相同。

2、RCD是TT系统接地故障理想的保护装置

由以上分析可知，TT系统接地故障电流ID的大小与故障点距电源的远近无关，与负荷电流的大小也无关。

ID既不是短路电流也不具有短路电流的特点；又不是过载电流也不具有过载电流的特点。

因此，低配中常规的短路保护装置和过载保护装置都难当TT系统接地故障保护的重任。

RCD是通过检测流入RCD主回路中的不平衡电流（流入地中或PE的分流）而起保护作用的。

因此RCD是TT系统理想的接地故障保护装置。

3、TT系统RCD的保护范围应为全覆盖

所谓全覆盖是指TT系统从电源进线端至末端负荷包括所有线路、配电装置和电气设备都置于RCD的保护范围之内。

理由如下：

1）TT系统的各个部位都有发生接地故障的可能性；

2）如果不是全覆盖，当“漏网者”发生接地故障时，不仅有引发电气火灾和电击事故的可能，而且使接在同一设备接地装置RA及其PE线上包括已安装RCD的所有外露可接近导体带上危险的对地电压（如图一所示），以致造成更大危害。

3）如前所述，RCD是TT系统接地故障理想的保护装置，因此，由RCD实现全覆盖保护，责无旁贷。

实现RCD全覆盖保护的基本方法是在电源端安装RCD。

4、RCD在TT系统中应采用分级保护方式

如果系统为分级配电，则RCD应分级保护并满足选择性配合要求。

这是因为TT系统要求电源端安装RCD（实现全覆盖保护），所以就必须采用分级保护而且末级（负荷端或负荷群首端）也应实现全覆盖保护，以避免扩大故障停电范围。

但<标准>4.7（见附<标准>相关条文）可不装RCD的情况所规定的内容除外。

5、RCD额定剩余动作电流

整定

1）负荷端RCD额定剩余动作电流

整定依据

a）I△n≥2Im·x（公式1）

I△n：

RCD额定剩余动作电流整定值·A

Im·x：

被RCD保护的电气线路和设备正常运行时泄漏电流最大值·A

b）TT系统：

（公式2）

TN系统：

（公式3）

：

外露可接近导体的接地电阻和PE线电阻和（Ω）；

：

相线对地标称电压（V）；

：

接地故障回路的阻抗（Ω）。

注：

公式2是要求

上的分压值在安全值以下，即

；

公式3是要求

动作的可靠性，即

。

c）I△n＝30（10,6）mA（公式4）

注：

为直接接触保护用的不同保护对象I△n整定值，最大分断时间见<标准>附录B表B·1。

d）I△n＞30mA（公式5）

注：

为间接接触保护用的I△n整定值，最大分断时间见<标准>附录B表B·2。

2）负荷分类及其额定剩余动作电流I△n整定

当RCD采用分级保护时，其末端全部负荷分别归口在以下三种负荷类型之中：

a）需装直接接触保护用RCD的负荷

这部分负荷包括<标准>4.5.1和4.6（见附<标准>相关条文）所规定的末端负荷。

RCD额定剩余动作电流整定值I△n应满足公式1,2（或3）,4的要求。

b）可不装设RCD的负荷

这部分负荷包括<标准>4.7（见附<标准>相关条文）所规定的末端负荷。

c）需装间接接触保护用RCD的负荷

这部分负荷包括除a）和b）类之外的所有负荷。

RCD额定剩余动作电流整定值I△n应满足公式1,2（或3）,5的要求。

·上述I△n整定值应遵照<标准>5.7和5.8两节中有关规定；

·若系统简单，负荷类型单一，可根据实际情况采用负荷群首端装设RCD以取代负荷端的RCD。

3）RCD分级保护的选择性配合

RCD二级保护（电源端、负荷端或负荷群首端）和三级保护，其上下级保护装置动作的时间差越小越好但应满足≥0.2s；上级比下一级RCD的主回路额定电流，额定剩余电流至少大一档。

6、辅助等电位联结和独立设备接地装置

当未安装RCD或安装报警式RCD或安装RCD因故失灵的电气线路或电气设备发生接地故障时，将导致接在同一接地装置及其PE线上包括已安装RCD的所有外露可接近导体都将带有危险的对地电位以致造成人身间接电击事故。

为避免电击事故发生，辅助等电位联结是必不可少的安全措施。

为减少危险电压在PE线上的流窜范围，设置多组独立设备接地装置（如分级设置）是一个好办法，只是常因客观条件限制而不易实现。

图二TT配电系统RCD配置（小区住宅）

图三TT系统住户配电RCD配置方案

四、RCD在TN配电系统中的应用

图四TN配电系统接地短路故障回路

注：

故障点的连接状态分为金属性连接和电弧性连接。

后者是暂态过程，其结果有三：

a）熔焊（金属性连接）；b）断路（相线断线未接地）；c）接地（相线断线并接地）。

1、RCD在TN配电系统中应用的局限性

RCD在TN系统远不及在TT系统应用得那么广泛和具有系统性。

这种局面的形成主要来自以下两方面的原因：

1）TN系统接地短路故障的主保护是短路电流保护装置（简称SCD）。

RCD仅作为有条件的补充保护措施；

2）TN这种配电系统的接地方式不适合配置RCD。

因为TN系统所有PE线都是电气相通的。

为了阻断PE线上可能出现的危险电压，确保RCD作为防止间接接触电击事故的有效性，应在RCD的保护范围内设置独立的接地装置及其PE线，即做局部TT处理，而局部TT只能在末级配电系统中实现。

因此，限制了RCD在TN系统中的应用范围。

注：

此处断开为相线断线直接接地示意，不断开为相线绝缘损坏直接接地示意。

图五TN系统相线断线（或绝缘损坏）并直接接地的故障回路

2、TN系统的电源端装设跳闸式RCD不妥

1）问题的提出

人们设想在TN系统电源端装设跳闸式RCD，以期以下效果：

a）当出现接地短路故障电流Id不足以驱动SCD跳闸自动切断电源时，RCD能起到补充保护作用；

b）当发生线路绝缘损坏或架空相线断线并直接接地时，RCD跳闸自动切断电源起到保护作用（如图五）；

c）作为由接地短路故障所引发的电气火灾的监控装置。

2）引发的问题

不管以何种名义在TN系统电源端装设跳闸式RCD都将引发以下问题：

a）由于电源端装设了RCD，至少在理论上本系统应采用RCD分级保护，以避免扩大事故停电范围。

于是被广泛采用的TN系统中的RCD其数量庞大。

而国人多数会选用价格便宜、寿命短、可靠性较差的电子式RCD，这又带来维护和维护费用问题；

b）在电源端装设RCD难以实施局部TT；

c）如果只有电源端的SCD动作可靠系数不够大需用RCD取代，则RCD将面临与下级SCD的选择性配合问题，似是“南辕北辙”；

d）增加了由于N线碰壳使RCD跳闸而造成大范围停电的几率；

3）解决问题的出路

TN系统的电源端不设跳闸式RCD又能实现上述期待的效果。

为此，笔者提出以下建议：

a）减少接地故障回路阻抗值，提高SCD动作可靠性。

比如加大电源进线的截面积，增加PE线并联根数，变少回电源进线为多回进线以及正确整定SCD电流动作值等措施，确保SCD可靠动作；

b）改TN为TT系统。

TN系统电源端的SCD动作可靠性不够可能不是SCD的错，而冒然用RCD取代SCD可能会是错上加错，因为问题可能是出在系统接地制式的选择上。

诸如农村的农业机械、排灌、农副业生产、低层分散住宅群及小型公建群等分散用户。

此等用户本应采用TT配电接地型式。

如此，在TT系统中，分级设置RCD不仅是顺理成章门当户对，而且SCD的问题也就不复存在；

c）在TN系统电源端装设报警式RCD；

d）其他方法。

3、RCD在TN系统中的应用范围

跳闸式RCD可安装在TN系统的末级配电中，作为防止直接接触电击事故保护用。

当末级配电的SCD的动作可靠系数不够大时，RCD可作为接地短路故障的补充保护措施，同时也起到防止间接接触电击事故保护作用。

在采用RCD的同时应做局部TT处理。

图六人体直接接触电击事故故障回路

五、结束语

1、接地故障（TT）和接地短路故障（TN）将可能引发一系列危害：

直接接触电击事故、间接接触电击事故、电气火灾和电气设备损坏。

因此，接地故障和接地短路故障是祸根，是主要矛盾。

当电气设计者抓住这一主要矛盾并以此为主线进行继电保护设计时，才能从整个配电系统的角度正确处理RCD的选型和配置；才能理顺RCD与RCD，RCD与SCD的纵向和横向关系。

2、接地故障（TT）和接地短路故障（TN）是两种性质不同的接地故障。

前者的接地故障电流为非短路电流，后者的接地短路故障电流为短路电流。

不同性质的矛盾用不同的方法解决。

TT系统接地故障的保护装置是RCD。

RCD设置准则是全覆盖保护和分级设置。

TN系统接地短路故障选用短路保护装置（SCD）作为主保护，其设置准则也是全覆盖保护和分级设置。

3、特殊矛盾需特殊处理。

TT系统接地故障采用RCD实行全覆盖保护和分级设置之后，只剩下一个特殊问题需做特殊处理：

·防止直接接触电击事故。

解决方法是在此种负荷首端安装高灵敏度的RCD，其整定值I△n≤30mA。

TN系统接地短路故障选用SCD实行全覆盖保护和分级设置之后，则有两个特殊问题需做特殊处理：

·防止直接接触电击事故。

解决方法同上述TT系统并做局部TT处理；

·因绝缘损坏或架空线相线断线造成相线直接接地故障时，解决方法分两种情况：

当故障点发生在末级配电时，则在负荷线路首端设置RCD；当故障点发生在电源端时，可在电源端设置绝缘监视装置或报警式RCD以及其他措施。

附<标准>相关条文

4.5必须安装剩余电流保护装置的设备和场所

4.5.1末端保护

a）属于Ⅰ类的移动式电气设备及手持式电动工具；

b）生产用的电气设备；

c）施工工地的电气机械设备；

d）安装在户外的电气装置；

e）临时用电的电气设备；

f）机关、学校、宾馆、饭店、企事业单位和住宅等除壁挂式空调电源插座外的其他电源插座或插座回路；

g）游泳池、喷水池、浴池的电气设备；

h）安装在水中的供电线路和设备；

i）医院中可能直接接触人体的电气医用设备；

j）其他需要安装剩余电流保护装置的场所。

4.6报警式剩余电流保护装置的应用

对一旦发生剩余电流超过额定值切断电源时，因停电造成重大经济损失及不良社会影响的电气装置或场所，应安装报警式剩余电流保护装置。

如：

a）公共场所的应急电源、通道照明；

b）确保公共场所安全的设备；

c）消防设备的电源，如消防电梯、消防水泵、消防通道照明等；

d）防盗报警的电源；

e）其他不允许停电的特殊设备和场所。

为防止人身电击事故，上述场所的负荷末端保护不得采用报警式剩余电流保护装置。

4.7可不装设剩余电流保护装置的情况

具备下列条件的电气设备和场所，可不装剩余电流保护装置的情况

a）使用安全电压供电的电气设备；

b）一般环境条件下使用的具有加强绝缘（双重绝缘）的电气设备；

c）使用隔离变压器且二次侧为不接地系统供电的电气设备；

d）具有非导电条件场所的电气设备；

e）在没有间接接触电击危险场所的电气设备。