浅谈剩余电流动作保护装置在低压配电系统中的应用
程瑜
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】不同的配电系统对应的接地型式也存在较大的区别，这些区别体现在不同的使用范围，和具体表现优异性上。为了确保接地型式与剩余电流动作保护装置（RCD）能够顺利完成工作任务，需要相关人员能够对多种不同类型的装置特点有全面的掌握，并能够根据现场实际情况，来准确判断应使用哪种类型的装置。并且在相关规范制度的要求之下，正确完成相关装置的安装作业，保证剩余电流动作保护装置，在不同的配电系统接地型式环境下都能够顺利工作，并保证处于正常的使用状态。
【关键词】低压配电系统；接地型式；剩余电流动作保护装置
0前言
根据之前的工作经验，从业人员已经了解到，防护措施的终效果，实现程度与配电系统接地型式有很重要的联系。在低压配电系统中安装剩余电流动作保护装置即所说的漏电保护装置，是防止直接和间接接触导致触电事故的有效措施之一，也是防止接地故障导致火灾和电气设备损坏事故的一种技术措施。低压配电系统接地型式按照电力系统与大地间接地方式的不同，分为TN系统、TT系统和IT系统，它们对安装RCD要求和接线方式都不同。在直接接触电击事故的防护中，剩余电流动作保护装置只作为事故中基本防护措施的补充保护措施；间接触电事故防护的主要措施是采用自动切断电源的保护方式，安装剩余电流动作保护装置用于该类防护时应正确与电网系统接地型式相配合。
1TT系统
TT系统是电源中性点直接接地,引出中性线(N)，属三相四线制系统。该系统大的特点在于设备外露导电部分的PE线以直接接地的状态进行连接，并且连接时采取分别连接的方式，所以各部分之间的工作状态互不干扰，同时和电源端接地点之间不存在关联关系。由于所有接入系统的设备外壳都是通过独立的PE线分别直接接地的,在过程中就不会出现电磁联系,信息传递过程不会受到影响，所以该系统特别适合在精密仪器设备的环境中投入使用。杜绝了危险故障电压沿PE线传到其它未发生故障处。这种供电系统的特点如下:①当电气设备的金属外壳带电(相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电)时,由于有接地保护,可以大大减少触电的危险性。但是,低压断路器(自动开关)不一定能跳闸,造成漏电设备的外壳对地电
压高于安全电压,属于危险电压。②当漏电电流比较小时,即使有熔断器也不一定能熔断,所以还需要RCD作为防触电的保护措施，其特点是设备外壳就近接地。接线方式如图1。
2IT系统
该系统是电源中性点与大地间不直接连接，通过电阻接地；电气设备的外露可导电部分通过保护接地线与接地极连接。该系统的设备或线路可以针对外露的可接触不同电位的导电部分保护性安装RCD。
3TN系统
该系统是电源中性点直接接地，电气设备的外露可导电部分通过保护线与该接地点相连接。按照中性线（N）和保护线(PE)的组合方式区别，又可以分为三种主要类型，分别是TN-C系统，TN-S系统和TN-C-S系统。
3.1TN-C。TN-C系统的中性线和保护线为一体，为三相四线制,由于在使用过程中，三相负载分配不均衡，所以会导致在零线上存在不平衡的电流，电流存在会导致出现对地电压，因此，保护线所连接的设备金属外壳上，会附带存在一部分的电压。如果零线处于断线状态
，则可使保护接零漏电设备的外壳带电；如果电源的相线接触地面，设备外壳的电位就会随之升高，此时在中性线上的危险电位就会进一步的蔓延。TN-C系统，干线使用RCD时，零线后面的所有重复接地，拆除，否则会导致漏电开关无法正常开合，而且在任何情况下都需要保证，工作零线不得处于断线状态，为了达成以上目的就需要使用过程中，中性线按规定重复接地。后基于TN-C的供电系统特征，只适合在三相负载基本平衡的状态下使用，当三相负荷处于不平衡状态或者只有单相用电时，PEN线的电位就会随之升高，造成该区域的电压要高于安全额度电压，使得触电风险增加。
在正常的工作状态下，这种电压只会维持在几伏特或几十伏之间，此时是远远低于安全电压限额的，不会对系统的正常使用造成影响，安全风险也较低。但如果PEN出现了断线或者短路故障，此时电压会骤升突破安全电压限额，由于系统内所有的PEN线互相之间处于连通状态，所以，故障电压会随着PEN线向其他区域进行蔓延,会引起一系列电气设备的连带故障。而且由于系统是采用PEN线作为设备接地,由于上述安全隐患的存在，一旦出现安全事故。因此TN-C系统安装RCD，应将设备可导电外壳独立接地，形成局部的TT系统或者改造成TN-S、TN-C-S系统。
3.2TN-S系统。在该系统中，中性线与保护线之间是处于分开状态的，整体呈现三相五线状态，中性线与PE线只在变压器中性点进行共同接地，其它区域全部为分开设置的，PE线连接的相关设备，所有的外壳构件，在处于正常工作状态时都是不会出现带电情况的。因此该系统也具备较好的使用安全性和系统稳定性。其内部在工作过程中，当系统处于正常工作状态时，在保护线区域不会出现电流存在的情况，只有在零线部分存在少许的不平衡电流，此时PE线不存在电压，而所有与PE线相连的设备构件都处于安全状态下，此时零线只是作为单相用电荷载回路，不承担更多的电流输送任务。保护线在设备使用过程中，不允许出现断线情况，为保证系统正常运行，其漏电开关经过专门设定，确保在一般情况下能够对抗相应的干扰，减少出现误判情况，造成系统断电。为使系统使用时安全系数处于更好的状态，在干线上需要使用漏电保护器，同时，所有的零线不能重复接地，由于PE线在工作状态中存在重复接地的状态，所以可以在其干线上安装一定的漏电保护器，来减少干扰。由于在使用过程中具有较好的安全性和平稳性，所以该系统一般应用在民用建筑领域居多，在很多工业领域也涉及到相应系统或类似系统的应用。由于保护线和工作零线之间是属于分开状态，各自完成相应的工作任务，所以只要系统处于正常状态，就不会通过负荷电流，只有在一些区域发生接地故障时，才有可能带电位，因此在正常使用状态下不会对保护线以及与其连接的其他设备产生不必要的电磁干扰，提高了系统的使用平稳性，并有助于延伸其他设备的使用寿命。
3.3TN-C-S系统。该系统整体呈三相四线制，进户后采用三相四线加PE线，其工作特点为工作零线和保护线之间处于相互连接的状态，由此会产生较大的不平衡电流，所以需要对电气设备进行额外的接零保护，使其能够免于零线电位的影响。如果保护线上没有电流存在，该段导线就不会存在电压，采用TN-C-S系统，可以有效降低电气设备外壳对地的电压，但是这种电压只能处于降低和抑制状态，却不能的被解除。其具体的大小则取决于负荷不平衡程度，以及线路自身的长度，当电压荷载越不平衡且线路长度较长时，设备外壳的对地电压偏离程度就会越发明显。在系统中，RCD只允许使用在N线和PE线分开部分，其接线方式如图2。
4安科瑞ASJ系列产品介绍
安科瑞ASJ系列剩余电流动作继电器和多回路剩余电流监测仪可与低压断路器或低压接触器等组成组合式剩余电流保护装置，主要适用于交流50Hz，额定电压400V及以下的TT和TN系统配电线路，用来对电气线路进行接地故障保护，防止接地故障电流引起的设备损坏和电气火灾事故，也可用来对人身触电危险提供间接接触保护。
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器
ASJ60系列剩余电流监测仪
4.1功能介绍
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器具有以下功能：A型或者AC型剩余电流测量，剩余电流越限报警指示，额定剩余动作电流可设定，极限不驱动时间可设定，两组继电器输出，具有就地，远程“测试”、“复位”功能；
ASJ60系列剩余电流监测仪具有以下功能：16路剩余电流监测，1路预警继电器输出，16路报警继电器输出，2路DI输入，自动重合闸功能，远程通讯功能，远程分合闸功能。
4.2技术指标
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器技术指标
| 项目 | 指标 | ||||
| AC型 | A型 | ||||
| 辅助电源 | 电压 | AC110/220V（±10%） | AC/DC85~270V | ||
| 功耗 | <5W | <5W | |||
| 输入 | 额定剩余动作 电流I△n | 0.03、0.1、0.3、0.5(A) | 0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A) | ||
| 极限不驱动时间△t | 0.1、0.5(s) | 0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s) | |||
| 额定剩余不动作 电流I△no | 50%I△n | 50%I△n | |||
| 动作特性 | AC正弦交流电流 | AC正弦交流电流、 脉动直流电流 | |||
| 频率 | 50Hz±5Hz | 50Hz±5Hz | |||
| 动作误差 | -20%~-10%I△n | -20%~-10%I△n | |||
| 输出 | 输出方式 | 一组常开、一组转换 | 一组常闭或常开、一组转换 | ||
| 触点容量 | 5A250VAC 5A30VDC | AL1:8A250VAC;5A30VDC AL2:6A250VAC;5A30VDC | |||
| 复位方式 | 就地、远程 | 就地、远程、自动 | |||
| 环境 | 工作温度 | 运行温度：-20℃~+55℃，存储温度：-30℃~+70℃ | |||
| 工作湿度 | ≤95%RH，不结露，无腐蚀性气体场所 | ||||
| 海拔高度 | ≤2000m | ||||
| 污染等级 | 3级 | ||||
| 安装类别 | Ⅲ类 | ||||
ASJ60系列剩余电流监测仪技术指标
| 项目 | 指标 | |
| 电源 | 电压范围 | AC/DC85V~265V |
| 大功耗 | ≤10VA | |
| 输入 | 大测量支路数 | 16路 |
| 剩余电流测量范围 | 1mA~30A | |
| 额定剩余动作电流I△n | 1mA~30A连续可调 | |
| 动作特性 | AC正弦交流电流及脉动直流电流 | |
| 频率 | 50Hz±5Hz | |
| 动作延时 | 0~10s可设 | |
| 开关量 | 2路无源干接点输入 | |
| 输出 | 输出方式 | 1路水浸报警继电器（常开） 16路剩余电流报警继电器（常开） |
| 触点容量 | AC250V/3ADC30V/3A | |
| 重合闸 | 次数 | 0~99连续可设 |
| 间隔时间 | 0~999秒连续可设 | |
| 通讯 | 方式1 | RS485通讯，Modbus-RTU协议 |
| 方式2（可选） | 4G无线通讯 | |
| 环境要求 | 温度 | 工作温度：-10℃~55℃，存储温度：-30℃~70℃ |
| 湿度 | ≤95%，不结露 | |
| 海拔 | ≤2500m | |
| 平均工作时间 | ≥50000小时 | |
4.3选用说明
剩余电流动作继电器在应用时应注意低压系统的接线型式。
| 系统形式 | 系统接线 | 说明 |
| TT系统 |
| 采用ASJ。因为当发生单相接地故障时，故障电流很小，且较难估计，达不到开关的动作电流，外壳上将出现危险电压。 |
| TN-S系统 |
| 可采用ASJ。更快速灵敏切断故障，以提高安全可靠性，此时PE线不得穿过互感器，N线穿互感器，且不得重复接地。 |
其余接线型式需要改造成以上两种型式使用，防止出线误动作或者不动作的情况。剩余电流互感器的选择应根据主回路的额定电流为参考选择，
| 型号 | 孔径 | 主回路额定电流 | 变比 |
| AKH-0.66L45 | 45mm | 80A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L80 | 80mm | 250A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L100 | 100mm | 400A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L150 | 150mm | 630A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L200 | 200mm | 1000A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L-260*100II | 265*104mm | 1000A | 1A:1mA |
实际应如图所示，互感器安装在主回路或者支路上，通过测量剩余电流判断是否驱动断路器动作。
ASJ10/20剩余电流继电器典型应用
ASJ60剩余电流监测仪典型应用
4.4注意事项
当采用剩余电流动作保护器（RCD）作为电击防护附加防护措施时，应符合下列规定：
-
额定剩余电流动作值不应大于30mA；
-
额定电流不超过32A的下列回路应装设剩余电流动作保护器（RCD）：
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供一般人员使用的电源插座回路；
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室内移动电气设备；
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人员可触及的室外电气设备。
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剩余电流动作保护器（RCD）不应作为的保护措施；
-
采用剩余电流动作保护器（RCD）时应装设保护接地导体（PE）。
因此，在实际运用中应正确掌握保护技术及配电系统的特点，避免出现在同一电源供电的电气设备上，一部分设备采用保护接零，另一部分设备采用保护接地以及如RCD负荷侧N线与其它回路共用、重复接地等错误，加强安全管理，真正提升安全用电水平。
参考文献：
[1]钟维花,李敬宗.配电网络的接地型式及其保护在配电线路设计中的运用[J].电子测试,2015(12):218-219.
[2]GB/T13955-2017剩余电流动作保护装置安装和运行.
[3]林雄文.低压配电系统接地型式与剩余电流动作保护装置的应用.
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.06版