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單元三課題五,剩余電流動作 保護裝置,防止間接觸電常用的技術(shù)措施,裝設(shè)自動切斷電源裝置(采用過流保護) 、 采用接地保護、 電氣設(shè)備采用雙重絕緣或加強絕緣、 （將有觸電危險的場所絕緣）構(gòu)成不導(dǎo)電環(huán)境、 采用等電位連接保護或采取等電位均壓措施、 采用特低電壓、 采用剩余電流動作保護、 實行電氣隔離等 。,一、概述,1．剩余電流保護 低壓配電線路中各相(含中性線)電流矢量和不為零而產(chǎn)生的電流稱為剩余電流。 通常所說的接地故障電流即漏電電流就是一種常見的剩余電流。 剩余電流保護是利用剩余電流動作保護裝置來防止電氣事故的一種安全技術(shù)措施。,2、作用：,（1）用于防止由剩余電流引起的單相電擊事故； （2）用于防止由剩余電流引起的火災(zāi)和設(shè)備燒毀事故； （3）用于檢測和切斷各種一相接地故障； （4）有的剩余電流保護裝置還可用于過載、過壓、欠壓和缺相保護。,二、結(jié)構(gòu)與工作原理,（一）結(jié)構(gòu) 剩余電流動作保護裝置的結(jié)構(gòu)主要由三個基本部分構(gòu)成，即檢測元件、中間環(huán)節(jié)(包括放大元件和比較元件)和執(zhí)行機構(gòu)。,1．檢測元件（剩余電流互感器）,如圖4-21所示，剩余電流保護裝置的電流互感器一般采用空心式的環(huán)形互感器。,它的主要功能是把一次回路檢測到的剩余電流 I1 變換成二次回路的輸出電壓 E2 、E2 施加到剩余電流脫扣器的脫扣線圈上，推動脫扣器動作，或通過信號放大裝置，將信號放大以后施加到脫扣線圈上，使脫扣器動作。,2．信號放大裝置（放大元件）,剩余電流互感器二次回路的輸出功率很小，一般僅達到mVA的等級。在剩余電流互感器和脫扣器之間增加一個信號放大裝置，不僅可以降低對脫扣器的靈敏度要求，而且可以減少對剩余電流互感器輸出信號要求，減輕互感器的負擔(dān)，從而可以大大地縮小互感器的重量和體積，使剩余電流保護裝置的成本大大降低。信號放大裝置一般采用電子式放大器。,,3．脫扣器（比較元件） 剩余電流保護裝置的脫扣器是一個比較元件，用它來判別剩余電流是否達到預(yù)定值，從而確定剩余電流保護裝置是否應(yīng)該動作。,,4．執(zhí)行元件 根據(jù)剩余電流保護裝置的功能不同，執(zhí)行元件也不同。 對剩余電流斷路器，其執(zhí)行元件是一個可開斷主電路的機械開關(guān)電器。 對剩余電流繼電器，其執(zhí)行元件一般是一對或幾對控制觸頭，輸出機械開閉信號。,（二）工作原理,1．電子式剩余電流動作保護裝置的工作原理 4-22所示，為電子式剩余電流動作保護裝置原理圖。 在零序電流互感器的二次回路和脫扣器之間接入一個電子放大線路E。,,,,在正常情況下，電路中沒有發(fā)生人身電擊、設(shè)備漏電或接地故障時，剩余電流保護裝置通過電流互感器一次側(cè)電路的電流矢量和等于零，即IL1 + IL2 + IL3 + IN = 0。 此時，電流IL1、IL2、IL3和IN在電流互感器中產(chǎn)生磁通的矢量和等于零，即ΦL1 +ΦL2 + ΦL3 + ΦN = 0 。這樣在電流互感器的二次線圈中沒有感應(yīng)電壓輸出，因此剩余電流保護裝置保持正常供電。,當(dāng)電路中發(fā)生人身電擊、設(shè)備漏電、故障接地時，通過設(shè)備接地電阻RA有一個接地電流 IN 流過，則通過互感器電流的矢量和不等于零，為IL1 + IL2 + IL3 + IN ≠0 ，剩余電流互感器中產(chǎn)生磁通矢量和也不等于零，即ΦL1 +ΦL2 + ΦL3 + ΦN ≠0 。 此時，互感器二次回路中有一個感應(yīng)電壓輸出，此電壓直接或通過電子信號放大器施加在脫扣線圈上，產(chǎn)生一個工作電流。二次回路的感應(yīng)電壓輸出隨著故障電流的增大而增大，當(dāng)接地故障電流達到額定值時，脫扣線圈中的電流足以推動脫扣機構(gòu)動作，使主開關(guān)斷開電路，或使報警裝置發(fā)出報警信號。,2、電磁式剩余電流動作保護裝置的工作原理,如圖所示，電磁式剩余電流動作保護裝置的檢測元件是零序電流互感器，中間環(huán)節(jié)是由電磁鐵（放大器）、銜鐵、彈簧（比較器）、脫扣機構(gòu)組成；執(zhí)行機構(gòu)是斷路器，SB是試驗按鈕。,（1）正常工作時：,各相電流的相量和等于零，零序電流互感器的環(huán)形鐵芯所感應(yīng)磁通的相量和也為零，零序電流互感器的二次繞組中沒有感應(yīng)電壓輸出，極化電磁鐵T線圈沒有電流流過，T的吸力克服彈簧反作用力，使銜鐵X保持在閉合位置，脫扣機構(gòu)TK不動作，漏電保護斷路器QF不動作，保持電路正常供電。,（2）保護動作時：,當(dāng)因某種原因產(chǎn)生剩余電流時，通過零序電流互感器一次側(cè)各導(dǎo)線電流的相量和不再為零（此時產(chǎn)生的電流被稱作“剩余”電流）。這時環(huán)形鐵芯將有交變磁通產(chǎn)生，在互感器二次繞組中有感應(yīng)電壓輸出，電磁鐵T線圈中將有交流電流通過，并產(chǎn)生交變磁通與永久磁鐵的磁通疊加使電磁鐵去磁，從而使其對銜鐵X的吸力減小，于是銜鐵被彈簧的反作用力拉開，脫扣機構(gòu)TK動作，斷路器QF斷開電源。,（3）試驗時：,按下試驗按鈕SB，相間出現(xiàn)電流，模擬剩余電流，同樣使通過零序電流互感器一次側(cè)各導(dǎo)線電流的相量和不再為零，而使裝置動作。,三、技術(shù)參數(shù),1、關(guān)于漏電動作性能的技術(shù)參數(shù) （1）額定剩余動作電流（I△n）: 是指在規(guī)定的條件下，剩余動作保護裝置必須動作的漏電動作電流值。它反映了剩余動作保護裝置的靈敏度。 （2）額定剩余不動作電流(I△n0)： 是指在規(guī)定的條件下，剩余動作保護裝置必須不動作的剩余電流值。 （3）分斷時間。指剩余電流動作保護裝置從突然加上動作電流時起，至被保護電路切斷為止的全部時間。,,2、 其他技術(shù)參數(shù) ①額定頻率：50Hz; ②額定電壓：220V 或 380V; ③額定電流(I△n)：6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、(60A)、63A、(80A)、100A(125A)、160A、200A、250A(帶括號值不推薦優(yōu)先采用 ) 。,四、剩余電流動作保護裝置分類,1．按照檢測信號和工作原理分類 可分為電流動作型、交流脈沖型、電壓動作型。 目前廣泛使用的是反映零序電流的電流型剩余電流動作保護裝置。,2．按照中間環(huán)節(jié)所采用的元件分類,可分為電磁式、電子式兩種，區(qū)別見圖4-28所示。我國生產(chǎn)的剩余電流動作保護裝置絕大部分為電子式的，約占90％左右。電磁式剩余電流動作保護裝置因制造成本高、價格貴，使用量較少 。,,（1）電磁式剩余電流動作保護裝置的工作特點： 零序電流互感器的二次回路輸出電壓不經(jīng)任何放大，直接激勵剩余電流脫扣器，其動作功能與線路電壓無關(guān)，因此不會因線路電壓降低而影響動作可靠性。,,（2）電子式剩余電流動作保護裝置的工作特點： 零序電流互感器的二次回路和脫扣器之間接入一個電子放大線路，互感器二次回路的輸出電壓經(jīng)過電子線路放大后再激勵剩余電流脫扣器，其動作功能與線路電壓有關(guān)。,,,3．按照功能分類,（1）剩余電流開關(guān)(剩余電流動作斷路器，用于接通、承載和分斷正常工作條件下電流，以及在規(guī)定條件下當(dāng)剩余電流達到一個規(guī)定值時，使觸頭斷開的機械開關(guān)電器)； （2）剩余電流繼電器(組合式剩余電流動作保護裝置，在規(guī)定的條件下，當(dāng)剩余電流達到一個規(guī)定值時，發(fā)出動作指令的電器)； （3）剩余電流保護插座（插頭）等。,①剩余電流開關(guān)(剩余電流斷路器),是指不僅它與其它斷路器一樣可將主電路接通或斷開，而且具有對剩余電流流檢測和判斷的功能，當(dāng)主回路中發(fā)生剩余電流或絕緣破壞時，剩余電流保護開關(guān)可根據(jù)判斷結(jié)果將主電路接通或斷開的開關(guān)元件。 它與熔斷器、熱繼電器配合可構(gòu)成功能完善的低壓開關(guān)元件。 目前這種形式的剩余電流保護裝置應(yīng)用最為廣泛，就是常說的剩余電流保護器。,剩余電流開關(guān)一般每月要做一次功能試驗,,剩余電流開關(guān)結(jié)構(gòu)特點是檢測裝置、脫口裝置、跳閘機構(gòu)都裝配在一個絕緣外殼內(nèi)。,②剩余電流繼電器（組合式剩余電流保護裝置）,剩余電流繼電器是指具有對漏電流檢測和判斷的功能，而不具有直接切斷和接通主回路功能的漏電保護裝置。 它可與大電流的自動開關(guān)配合，作為低壓電網(wǎng)的總保護或主干路的剩余電流、接地或絕緣監(jiān)視保護。,組成,開關(guān),繼電器,剩余電流保護繼電器由零序互感器、脫扣器和輸出信號的輔助接點組成。,零序互感器,脫扣器,輔助接點,組成與工作原理,,,,零序互感器,,開關(guān),電流互感器,繼電器,③剩余電流保護插座（插頭）,是指具有對剩余電流檢測和判斷并能切斷回路的電源插座。 其額定電流一般為20A以下，剩余動作電流6～30mA，靈敏度較高，常用于手持式電動工具和移動式電氣設(shè)備的保護及家庭、學(xué)校等民用場所。,,,電熱水器漏電保護插頭,,4、按照剩余動作電流分類：,我國標(biāo)準規(guī)定的額定剩余動作電流值為：6mA、10mA、（15mA）、30mA、（50mA）、（75mA）、100mA、200mA、 300mA、500mA、1000mA、3000mA、5000mA、10000mA、20000mA共15個等級（帶括號的值不推薦優(yōu)先采用）。 ①高靈敏度型：額定剩余動作電流為30mA及以下者屬于高靈敏度（6mA、10mA、（15mA）、30mA ），主要用于防止各種人身觸電事故 。 ②中靈敏度型：30mA以上至1000mA（（50mA）、（75mA）、100mA、200mA、 300mA、500mA、1000mA ）者屬中靈敏度，用于防止觸電事故和漏電火災(zāi) 。 ③低靈敏度型：1000mA以上（3000mA、5000mA、10000mA、20000mA ）者屬低靈敏度，用于防止剩余電流火災(zāi)和監(jiān)視一相接地事故。,5、按其動作時間分類：,快速(瞬時)型：快速型剩余電流保護裝置沒有人為的延時，適用于單級保護或分級保護的末級保護。用于直接接觸保護時其剩余動作電流小于30mA，選用快速型剩余電流保護器,其動作時間與動作電流的乘積不應(yīng)超過30mA﹒s. 。 延時型：延時剩余電流保護裝置加有人為的延時部件，適用于分級保護的首級保護，因此它只適用于間接接觸保護，其剩余動作電流大于30mA。延時時間的優(yōu)選值為：0.2s、0.4s、0.8s、1s、1.5s、2s。 反時限型：反時限型剩余電流保護裝置是為了更好地配合電流-時間曲線而設(shè)計的產(chǎn)品，其特點是剩余電流越大，分斷時間越短；剩余電流越小，分斷時間越長。其適用于直接接觸保護。但目前我國沒有進行推廣。,“30mA·s”的安全性是什么？,通過大量的動物試驗和研究表明，引起心室顫動不 僅與通過人體的電流（I）有關(guān)，而且與電流在人體中持續(xù)的時間（t）有關(guān)，即由通過人體的安全電量Q=I×t來確定，一般為50mA·s。就是說當(dāng)電流不大于50mA，電流持續(xù)時間在ls以內(nèi)時，一般不會發(fā)生心室顫動。 但是，如果按照50mA·s控制，當(dāng)通電時間很短而通人電流較大時（例如500mA×0.1s），仍然會有引發(fā)心室顫動的危險。雖然低于50mA·s不會發(fā)生觸電致死的后果，但也會導(dǎo)致觸電者失去知覺或發(fā)生二次傷害事故。,,實踐證明，用30 mA·s作為電擊保護裝置的動作特性，無論從使用的安全性還是制造方面來說都比較合適，與50 mA·s相比較有1.67倍的安全率（K=50/30=1.67）。 從“30mA·s”這個安全限值可以看出，即使電流達到100mA，只要剩余電流動作保護裝置在0.3s之內(nèi)動作并切斷電源，人體尚不會引起致命的危險。故30mA·s這個限值也成為剩余電流保護器產(chǎn)品的選用依據(jù)。,五、剩余電流動作保護裝置分級保護,1、什么是分級保護 根據(jù)線路和負載的情況，按照不同的保護要求，在低壓干線、分支線路和線路末端，分別安裝具有不同剩余電流動作特性的保護裝置，形成分級剩余電流保護網(wǎng)。,,2、目的 低壓供用電系統(tǒng)中剩余電流動作保護裝置采用分級保護的目的就是在保證安全的同時，縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時引起的停電范圍。,3、為什么要分級保護？,低壓供配電一般都采用分級配電。 如果只在線路末端（開關(guān)箱內(nèi)）安裝剩余電流動作保護裝置 ，雖然發(fā)生剩余電流時，能斷開故障線路，但保護范圍?。?同樣，若只在分支干線（分配箱內(nèi)）或干線（總配電箱內(nèi)）安裝剩余電流保護器，雖然保護范圍大，如果某一用電設(shè)備因剩余電流跳閘時，將造成整個系統(tǒng)全部停電，既影響無故障設(shè)備的正常運行，又不便查找事故，顯然這些保護方式都有不足之處。,4．分級保護的形式與作用,分級保護方式的選擇：應(yīng)根據(jù)用電負荷和線路具體情況的需要，一般可分為兩級或三級保護。 在總電源端、分支線首端和線路末端都安裝剩余電流動作保護裝置就是三級保護，如圖4-41所示。,（1）第一級保護（總保護）,安裝在變壓器低壓側(cè)的第一級保護（總保護）僅對網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的間接接觸觸電進行保護，不具備防止人身直接接觸觸電的功能。 其主要作用是在達到動作整定值時可靠跳閘，保證低壓主干線的安全運行，防止接地故障引起電氣火災(zāi)和電氣設(shè)備損壞。 另外，還可具備在架空線路發(fā)生斷線、過負荷、短路等情況時動作于跳閘的功能。,（2）第二級保護（中級保護）,為了縮小故障停電范圍，提高供電可靠性，在分支較長、負荷較大或用戶較多的線路上宜裝設(shè)分支線第二級保護（中級保護）。在總保護與末端保護之間設(shè)立的剩余電流保護均屬中級保護。 第二級保護的作用是當(dāng)保護范圍內(nèi)發(fā)生故障性剩余電流時，將因故障剩余電流引起的停電范圍控制在該分支線路內(nèi)。,（3）末級保護,安裝在用戶側(cè)的末級保護裝置的主要作用就是實現(xiàn)直接接觸電擊保護，保證人身安全。 在不同的使用場所，當(dāng)保護范圍內(nèi)出現(xiàn)大于額定剩余動作電流30 mA時，能瞬時迅速切斷電源。,各級剩余電流和分斷時間的配合見下表,,六、剩余電流動作保護裝置在電擊防護方面的應(yīng)用,1. 應(yīng)用于電擊防護的原則 （1）應(yīng)用于直接接觸電擊防護的原則。 在直接接觸電擊事故的防護中，剩余電流保護只作為直接接觸電擊事故基本防護措施（絕緣防護、屏護、安全距離、特低電壓等）的附加保護措施，但不能替代應(yīng)有的直接接觸電擊防護措施。 但剩余電流保護不適用對相與相、相與N線間形成的直接接觸電擊事故的保護，因此帶電導(dǎo)體間相與相間及相與N線間的短路應(yīng)靠保護電器切斷電源。,,（2）應(yīng)用于間接接觸電擊防護的原則。 間接接觸電擊事故防護的主要措施應(yīng)是自動切斷電源的保護（即過電流保護）。 當(dāng)電路發(fā)生絕緣損壞造成接地故障，其故障電流值小于過電流保護裝置的動作電流值時，自動切斷電源的過電流保護不起作用時，應(yīng)采用剩余電流保護。,,（3）分級保護必須有末端保護的原則。 剩余電流動作保護裝置的分級保護應(yīng)以末端保護為基礎(chǔ)。為防止發(fā)生人身電擊事故，無論兩級或三級保護，都必須有末端保護。,2、必須安裝剩余電流保護裝置末端保護的設(shè)備和場所,（1）屬于Ⅰ類的移動式電氣設(shè)備及手持式電動工具； （2）生產(chǎn)用的電氣設(shè)備； （3）施工工地的電氣機械設(shè)備； （4）安裝在戶外的電氣裝置； （5）臨時用電的電氣設(shè)備；,,（6）機關(guān)、學(xué)校、賓館、飯店、企事業(yè)單位和住宅等除壁掛式空調(diào)電源插座外的其他電源插座或插座回路； （7）游泳池、噴水池、浴池的電氣設(shè)備； （8）安裝在水中的供電線 路和設(shè)備； （9）醫(yī)院中可能直接接觸人體的電氣醫(yī)用設(shè)備； （10）其他需要安裝剩余電流保護裝置的場所。,作業(yè),P128：1、 2 補充： 1、什么是剩余電流保護裝置的三級保護方式？ 在總電源端、分支線首端和線路末端分別安裝剩余電流保護裝置。 2、剩余電流保護裝置按照結(jié)構(gòu)形式分為那幾類？ 漏電開關(guān)(漏電斷路器)、漏電繼電器(組合式漏電保護裝置)、漏電保護插座等。,