斷路器的接地故障保護與剩余電流保護

2020-12-01

接地故障保護

全稱應該是“單相接地故障保護”,就是某一相對地的短路故障,與三相短路或兩相短路類似,也屬于短路保護的一種。

只是它有一定的特殊性,三相短路和兩相短路因為線芯導體的極小阻抗和線電壓(380V),短路電流很大;而單相接地故障的短路阻抗較前兩者要復雜些,只會更大,且短路電壓僅為相電壓(220V),所以短路電流相對較小。

因此,對于接地故障的保護會根據不同的短路電流大小采用不同的方案,而三相短路、兩相短路則簡單粗暴些,唯有努力用過電流保護去實現它。

*當過電流保護滿足動作靈敏度要求時,用過電流保護的短路瞬時或短路短延時保護。

*當過電流保護不滿足靈敏度要求時,可采用零序電流保護。TN 系統的接地故障電流相對較大(大于幾十、上百安倍),采用零序電流保護是可以勝任的。對于此,帶有電子脫扣器的斷路器可選擇四段保護功能,即長延時Ir、短延時Isd、短路瞬時Ii、接地故障保護Ig。其實這個 Ig 就是零序電流保護(記住這個 Ig)。

*當過電流保護不滿足靈敏度要求時,也可采用剩余電流保護(RCD動作于切除,RCM動作于報警)。選用剩余電流保護主要是提高了動作靈敏度,但它的作用并不止于此,還有更深層次的用意(可看下面)。

*以上幾種方式的保護動作靈敏度在一步步提高(百安倍級以上 → 十幾安倍級以上 → 毫安級以上)。


而對于 TT 系統的接地故障保護,因為接地故障電流較?。ㄐ∮谑畮装脖叮?,過電流保護和零序電流保護無法滿足動作靈敏度要求,唯有通過剩余電流保護來實現。

所以說,接地故障保護中的過電流保護和零序電流保護措施,本質上來說是切除線路中的大故障電流,只為保護配電線路因發熱而導致的絕緣損壞問題,以及因此引發的次生災害 —— 火災。

這里需再次說明,斷路器中的接地故障保護實際上是零序電流保護的概念。它并不能防接地電弧火災,也不能防人身電擊。

而剩余電流保護只是以上幾種接地故障保護方式的一種。那么,它究竟是用于哪里呢?


剩余電流保護

它用于保護【人身安全】和【財產安全】兩方面,即用于防止直接接觸和間接接觸電擊事故,和用于防建筑物電氣火災事故。

具體保護措施如下:

*當用于防直接接觸時,其保護動作值應 ≤ 30mA(高靈敏度)。直接接觸電擊是假定故障電流以人體為通路而回到電源中性點的,所以必須要不大于 30mA 動作,且應立即切斷電源,時間越快越好。

*當用于防間接接觸時,保護動作值可在 30~3000mA(中靈敏度)。這里需指出的是,用于防間接接觸的 RCD 動作整定值是可以大于 30mA 的。因為間接接觸電擊防護是假定設備在運行過程中絕緣損壞了,為防電擊,正常環境中當預期接觸電壓超過50V時,應提前在規定時間內切斷故障回路。對于 TN 系統,僅要求 RCD 的動作整定值 Ia ≤ 220/Zs(接地故障回路阻抗很小,僅為線芯導體阻抗,2 歐姆以內),很顯然 Ia 的整定值可以是幾十安倍,并不是 30mA。對于 TT 系統,則要求 Ia ≤ 50/Ra(設備端保護接地電阻值,一般情況下 ≤ 10歐姆),同樣 Ia 也可以大于30mA。

*當用于防電氣火災時,保護動作值通??稍?100~300mA,對于框架斷路器 ACB 的剩余電流保護整定范圍可在 0.5~30A(低靈敏度),塑殼斷路器 MCCB 也在 0.1~30A(低靈敏度)。

也正因為規范中的要求,很多人將 RCD 用于防電氣火災時,往往整定電流設定在不大于 300mA 的范圍內。也確實,在 IEC-TC64 的技術文件中指出了 300mA 以上的電弧能量才能引起火災。但我們忽略了它的條件設定,即場景是火災危險場所。

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