浅谈剩余电流动作保护装置的功能和应用
安科瑞 陈聪
【摘要】介绍了剩余电流动作保护装置的组成、类型及功能，并针对设计中存在的问题，提出了在工程应用中需要注意的事项，进而结合相应的规范、标准和应用实际，分析了剩余电流动作保护装置在不同应用场所、不同电气环境下应如何正确选型和使用等问题。
【关键词】剩余电流动作保护装置；功能；分类；应用
0前言
随着人民生活水平的不断提高，各种为满足人们生活和工作舒适、方便的电气设备越来越多地出现在现实生活和工作当中。同时，用电的安全隐患也伴随而来。为了减少人身触电和火灾事故的发生，陆续出台了一系列的规范和措施。其中，剩余电流动作保护装置的应用就是一个非常有效可靠的技术手段。
1定义和组成
剩余电流动作保护装置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。它主要由检测元件(零序电流互感器)、中间环节(包括放大器、比较器、脱扣器等)、执行元件(主开关)以及试验元件等几个部分组成。
2保护装置的功能
2．1对直接接触电击故障的保护
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直接接触电击事故基本防护措施的补充保护措施。因为直接接触故障，主要靠主保护的过负荷和短路保护来实现。从剩余电流动作保护装置的动作机理来看，剩余电流动作保护装置不包括相与相、相与N线间形成的直接接触电击事故的保护。
2．2对间接接触电击事故的防护
间接接触电击事故防护的主要措施是采用自动切断电源的保护方式，以防止由于电气设备绝缘损坏发生接地故障时，电气设备的外露可接近导体持续带有危险电压而产生电击事故或电气设备损坏事故。因为当电路发生绝缘损坏造成接地故障时，往往由于故障电流较小，不至于使过电流保护装置动作，此时，应安装剩余电流动作保护装置。
2．3对电气火灾的防护
当电气设备和线路因绝缘损坏而形成接地故障引起火灾时，所装设的剩余电流动作保护装置当接地故障电流超过预定值时，应能发出报警信号或自动切断电源。目前新修订的《建筑设计防火规范》GB50016—2006中l1．2．7条和《高层民用建筑设计防火规范》GB50045．95(2005年版)中的9．5节均对此有相应的要求。按照要求，电气火灾监控系统的探测器不仅包括剩余电流式电气火灾监控探测器，而且还包括测温式电气火灾监控探测器。
3保护装置的分类
3．1按照动作方式分类
3．1．1电磁式剩余电流动作保护装置零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大直接激励剩余电流脱扣器，其动作功能与线路电压无关。
3．1．2电子式剩余电流动作保护装置零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大器，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，其动作功能与线路电压有关。按照新的国标规定，电子式剩余电流动作保护装置根据电子元器件有效工作寿命的要求，工作年限一般为6年。超过规定年限，应进行全面检测。
3．2按照剩余电流产生的种类区别
3．2．1AC型剩余电流动作保护装置对突然施加或缓慢上升的剩余正弦交流电流能确保脱扣的剩余电流保护装置。
3．2．2A型剩余电流动作保护装置对突然施加或缓慢上升的剩余正弦交流电流和剩余脉动直流电流能确保脱扣的剩余电流动作保护装置。
4设计中存在的问题
4．1对接线方式的忽视
在很多工程中，剩余电流动作保护装置发生误动均与接线有关。其实，只要掌握一个原则即可，那就是：在正常情况下，流过剩余电流动作保护装置主回路电流瞬时值的矢量和为零。对于TT系统、TN—S系统不太会出错；对于TN—C—S系统，剩余电流动作保护装置只允许使用在N线与PE线分开后的部分；对于TN—C系统，是不能直接使用剩余电流动作保护装置的，将系统改造为TN—C—S系统或局部TT系统后才可以使用。剩余电流动作保护装置负荷侧的N线，只能作为中性线，不得与其他回路共用，且不能重复接地。TN—C系统的配电线路因运行需要，在N线有重复接地时，不应将剩余电流动作保护装置作为线路电源端保护。
4．2对分级保护设置不当
在电气火灾监控系统中，通常是根据防火分区或设备供电的重要性来设置保护范围的。配电系统为了缩小发生接地故障切断电源时引起的停电范围，要求剩余电流动作保护装置采用分级保护，通常为二到三级。经常出现的问题是上下级在动作电流值和动作时间上不能相互协调配合。动作电流值的协调比较容易实现，而在时间配合上，应使上一级剩余电流动作保护装置的极限不驱动时间大于下一级剩余电流动作保护装置的动作时间，且上下级剩余
电流动作保护装置的动作时间差不得小于0．2s。
4．3对正常泄漏电流值预估不足
工程中有时会发生在正常运行情况下剩余电流动作保护装置突然跳闸的现象，而此时的线路和设备又没有出现异常的情况。此时，就要考虑线路和设备在运行时固有的泻放电流所带来的影响。如果固有的泻放电流值大于剩余电流动作保护装置的设定值，就有可能出现误动。还有一种情况是，设计人员已经考虑了正常的固有泻放电流，且没有大于剩余电流动作保护装置的设定值，但还是发生了误动。其实，这是对剩余电流动作保护装置的额定剩余不
动作电流值设定的不了解。按照规定，选用的剩余电流保护装置的额定不动作电流，应不小于被保护电气线路和设备正常运行时泄漏电流大值的2倍。换句话来说，即：当被保护电气线路和设备正常运行时泄漏电流大值大于剩余电流保护装置的额定不动作电流的1／2时，就有可能导致剩余电流保护装置的动作。
4．4对使用场所和电气环境的认识不足
对于电源电压偏差较大的场所和在高温或特低温环境使用时，应选用电磁式剩余电流动作保护装置，不应选用受上述因素影响较大的电子型剩余电流动作保护装置。对有可能产生直流脉动剩余电流的场所(如应用电子元器件较多的电气设备)应选用A型剩余电流动作保护装置，而不要选用通常的AC型剩余电流动作保护装置，以免起不到保护的作用。
4．5对所保护对象的重要性认识不足
从对剩余电流动作保护装置的定义来看，其作用是两个：一是能够自动切断电源，二是能够报警。对于因停电造成重大经济损失及不良社会影响的电气设备和场所，应设置报警式剩余电流动作保护装置，不应简单地直接切断电源。
4．6对何种场所和设备装设剩余电流动作保护装置认识不足
目前，不论是相关的低压配电规范还是防火规范，对安装剩余电流动作保护装置的设备和场所有了具体的规定，尽管规范之间的措辞不尽相同，但从近颁布的规范来看，要求安装剩余电流动作保护装置的使用范围在逐步扩大。因为随着人民生活水平的提高，对人民生命和财产的重视程度也提高；同时，随着装置成本的降低，多使用一些也是无可厚非的。但也不能滥用，例如，对于安全低电压供电的电气设备、一般环境下使用的Ⅱ类电气设备、隔离变压器二次侧不接地系统供电的电气设备及非导电场所的电气设备，是不需要装设剩余电流动作保护装置的。
5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
5.1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。
5.2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*故障工作时间 | ≥50000小时 | |
5.3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
5.4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）：
-
供一般人员使用的电源插座回路；
-
室内移动电气设备；
-
人员可触及的室外电气设备。
-
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）。
6结语
综上所述，只要我们认识了剩余电流动作保护装置的动作原理，做到合理配置、正确选型，那么，相信这些措施的实施就会对保护人民生命安全和设备的安全运行起到积极的作用。
参考文献：
[1]GB13955-2005，剩余电流动作保护装置安装和运行[S]
[2]GB50016-2006，建筑设计防火规范[S]．
[3]GB50045-95，高层民用建筑没计防火规范[S]．
[4]张新跃.剩余电流动作保护装置的功能和应用
[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.06版