1、三极与四极漏电保护器的简单分析低压配电系统中装设漏电保护器是防止人身触电的有效措施，也可以防止因漏电而引发的电气火灾及设备损坏事故。漏电保护器一般分为一极、二极、三极、四极。其中一极、二极漏电保护器的结构原理图，它们的主要区别在于当漏电事故发生时是否断开零线。其工作原理均为通过检测相线、零线电流的相量和是否为零来判定是否有漏电事故发生。本文所讨论的重点是三极、四极漏电保护器的工作原理与应用场合的差异。笔者查阅一些厂家提供的三、四极漏电保护器结构原理图时发现一些问题，源自某国产品牌开关制造商产品资料，源自某进口品牌开关制造商产品资料。我们发现二者的四极漏电保护器的结构原理图并无区别，但三极漏电保
2、护的结构原理图却存在重大不同，并由此引发其使用也有重大区别。在分析之前，需要明确一个概念，即“负载三相平衡” 。在三相交流电系统中，负载三相平衡时，其三相电流相量和为零。但笔者以为，所谓“负载三相平衡” 是一个理论概念，在实际的产品制造中，由于生产工艺、使用条件及电源品质等因素的制约，理想的三相完全平衡的负载不大可能存在，其三相电流 ia、ib、 ic 的相量和不为零而且很容易达到漏电保护器的动作电流值例如 30mA。因此，“负载三相平衡” 这个概念只具理论意义。本文以下谈到三极、四极漏电保护器的应用时与此相关。首先二者的漏电动作原理相同。均是通过检测穿过零序电流互感器的 3 根相线和 1根
3、N 线的电流相量和是否达到漏电保护器的动作电流值来决定其是否脱扣。对于正常工作的三相四线配电系统，不论其所带负载如何，均有 ia+ib+ic+iN=0，漏电保护器不动作。一旦发生接地故障时，故障相有一部分电流经故障点流入大地，此时零序电流互感器内电流相量和不等于零，即 ia+ib+ic+iN0，漏电保护器动作，切断故障回路，从而保证人身安全。不同之处仅在于漏电保护器动作时，在切断相线的同时是否切断零线。因此，笔者以为，所谓的三极漏电保护器是一种“假三极” 漏电保护器，其实质与四极漏电保护器相同。应用时，正常情况下，若负载是 Y 形接法，不论三相平衡与否，其中性点与 N 线相连，则穿过零序电流互
4、感器的相线及 N 线电流相量和为零，即 ia+ib+ic=-iN，当然没有问题。但若负载是 N 形接法，由于负载无中性点，则漏电保护器的 N 线被悬空，iN=0。此时，只有负载三相平衡，即 ia+ib+ic=0，才有 ia+ib+ic+iN=0，保证漏电保护器不动作。但如前所述，“ 负载三相平衡 ”是一个理论概念，不具多少实际意义。因此漏电保护器均应用于三相四线配电系统中，而不论其负载是否平衡。对无中性点的负载，则不可使用。大不相同，穿过零序电流互感器的仅有 3 根相线，因此，它检测的仅是三相电流的相量和。在正常的配电系统中，要使 ia+ib+ic=0，只有以下 2 种情况：1. 三相四线配电
5、系统中，负载三相平衡。此时，尽管系统的 N 线未穿过漏电保护器的零序电流互感器，但因 ia+ib+ic=0，漏电保护器不动作。但亦如前述，这是一种理论状态。2. 配电系统本身是三相三线制，不论其负载是否三相平衡，也不论负载是 Y 形接法或 形接法，均有 ia+ib+ic=0，漏电保护器不动作。图 3-a 类型漏电保护器接三相三线负载时，负载 Y 形接法及 形接法的配电电路图如图 4-a、b 所示。因此，三极漏电保护器更具实际意义的使用场合是前述的第 2 种情况，即应用于三相三线的配电系统，负载对 N 线无要求。电动机便是此类负载之一，不论该电动机的绕组是 Y 形接法还是 形接法。漏电保护器的工
6、作原理及应用相同，不再赘述。对民用建筑电气设计而言，三极或四极漏电保护器的应用是广泛的。例如，按规范，在住宅楼单元进线处要设 300mA 的漏电保护器，此时因配电系统为三相四线（未考虑 PE线），我们只能选用类型的漏电保护器。若选用漏电保护器则可能使其无法正常工作。另一个应用例子便是三相插座前端加装漏电保护。此时，若仅为预留三相插座而不知其负载为何，情况便比较复杂。具体地说，若负载有中性线，则不可选用的漏电保护器。若负载无中性线，则只能选用的漏电保护器（此种情况下，我们仍考虑实际三相负载不能满足“三相平衡”的理论要求）。综上所述，三极、四极漏电保护器的正确使用应建立在弄清漏电保护器本身的结构，
7、即 N 线是否穿过零序电流互感器与负载类型，即负载是否对中性线有要求的基础上。笔者以为，三极漏电保护器应定义为 N 线不穿过零序电流互感器，它应用于三相三线配电系统，负载无中性线。四极漏电保护器应定义为 N 线穿过零序电流互感器，它应用于三相四线配电系统，负载有中性线。对所谓“三极漏电保护器” 因其容易混淆概念而须引起大家注意低压电器正确使用漏电保护器 漏电保护器近年来得到较广泛的使用，特别是两网改造给漏电保护器开拓广阔的空间，收到不少社会效益，但如何使漏电保护器正常工作，发挥应有的作用，除提高产品质量保证可靠运行外，与被保护线的质量和漏电保护器的安装方式有很大关系。 图 1 是漏电保护器工作
8、原理，正常工作时电路中除了工作电流外没有漏电流通过漏电保护器，此时流过零序互感器(检测互感器)的电流大小相等，方向相反，总和为零，互感器铁芯中感应磁通也等于零，二次绕组无输出，自动开关保持在接通状态，漏电保护器处于正常运行。当被保护电器与线路发生漏电或有人触电时，就有一个接地故障电流，使流过检测互感器内电流量和不为零，互感器铁芯中感应出现磁通，其二次绕组有感应电流产生，经放大后输出，使漏电脱扣器动作推动自动开关跳闸达到漏电保护的目的。漏电保护器工作原理虽然比较简单，但在实际使用中会出现这样或那样的错误，造成不必要的误动或拒动，下面介绍一下售后服务中遇到的常见的几个实例。图 2 是因安装人员的不
9、规范接线，将该插座的零线 N 端子误连接上保护接地(PE)端子，如图 2 中 b 所示，当使用该插座时，电流不经过零线而经过保护接地线返回电源，造成漏电保护器动作。改正方法见如图 2 中 a 所示。图 3 误用了三相三线制漏电保护器，因零线不经过漏电保护器，漏电保护器检测到的不是漏电电流而是三相不平衡电流，故在三相线路中只要有一相接通任意负载，电流就远远超过漏电动作电流而跳闸，改正方法是将漏电保护器换成三相四线漏电开关。图 4 两只漏电保护器线路混同，图 4a 当灯接通后 1LDB 出现差流，2LDB 出现三相不平衡电流，造成 1LDB 和 2LDB 跳闸，在图 4b 中两只漏电保护器共用一根
10、零线，单独合上3LDB 或 4LDB 时不会跳闸。但当同时使用时，两只漏电保护器将同时跳闸，结果造成二条线路不能同时供电，因为二个负载不会大小相同。图 5 在安装漏电保护器时不能重复接地，否则通过零序互感器电流减少，导致漏电保护该跳闸时而不能跳闸。图 6 接零保护线通过检测互感器，设备当出现漏电时，由于相线漏电流经接零保护线又回过检测互感器，使互感器检测不出漏电流，致使漏电保护器不动作。最后要指出的漏电保护器安装位置不能太高“试验按钮”要处在易操作位置，按试验按钮的目的是模拟人为漏电，强制使漏电保护跳闸，验证能否正常工作，至少每月试验一次。如果失灵或不动作时，应立即拆下来修理或更换。试按按钮的
11、时间每次不得超过 IS也不能连续频繁操作，以免烧毁试验电阻扣线圈。漏电保护器的工作原理和应用国内外多年的运行经验表明，推广使用漏电保护器，对防止触电伤亡事故，避免因漏电而引起的火灾事故, 具有明显的效果。本文就广泛使用的电流型漏电保护器(以下简称漏电保护器) 的工作原理及应用作些介绍。1 漏电保护器的工作原理漏电保护器主要包括检测元件(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。图 1 是三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理示意图。TA 为零序电流互感器, GF 为主开关, TL 为主开关的分励脱扣器线圈。在被保护电路工作正常, 没
12、有发生漏电或触电的情况下, 由克希荷夫定律可知, 通过 TA 一次侧的电流相量和等于零, 即:这样 TA 的二次侧不产生感应电动势, 漏电保护器不动作, 系统保持正常供电。当被保护电路发生漏电或有人触电时, 由于漏电电流的存在, 通过 TA 一次侧各相电流的相量和不再等于零,产生了漏电电流 Ik。在铁心中出现了交变磁通。在交变磁通作用下, TL 二次侧线圈就有感应电动势产生, 此漏电信号经中间环节进行处理和比较, 当达到预定值时, 使主开关分励脱扣器线圈 TL 通电, 驱动主开关 GF 自动跳闸, 切断故障电路,从而实现保护。用于单相回路及三相三线制的漏电保护器的工作原理与此相同, 不赘述。2
13、 装设漏电保护器的范围1992 年国家技术监督局发布的国标 GB13955292漏电保护器安装和运行, 对全国城乡装设漏电保护器做出统一规定。2.1 必须装漏电保护器(漏电开关) 的设备和场所(1) 属于 I 类的移动式电气设备及手持式电动工具(I 类电气产品, 即产品的防电击保护不仅依靠设备的基本绝缘, 而且还包含一个附加的安全预防措施, 如产品外壳接地) ;(2) 安装在潮湿、强腐蚀性等恶劣场所的电气设备;(3) 建筑施工工地的电气施工机械设备;(4) 暂设临时用电的电器设备;(5) 宾馆、饭店及招待所的客房内插座回路;(6) 机关、学校、企业、住宅等建筑物内的插座回路;(7) 游泳池、喷
14、水池、浴池的水中照明设备;(8) 安装在水中的供电线路和设备;(9) 医院中直接接触人体的电气医用设备;(10) 其它需要安装漏电保护器的场所。2.2 报警式漏电保护器的应用对一旦发生漏电切断电源时, 会造成事故或重大经济损失的电气装置或场所, 应安装报警式漏电保护器, 如:(1) 公共场所的通道照明、应急照明;(2) 消防用电梯及确保公共场所安全的设备;(3) 用于消防设备的电源, 如火灾报警装置、消防水泵、消防通道照明等;(4) 用于防盗报警的电源;(5) 其它不允许停电的特殊设备和场所。3 漏电保护器额定漏电动作电流的选择正确合理地选择漏电保护器的额定漏电动作电流非常重要: 一方面在发生
15、触电或泄漏电流超过允许值时, 漏电保护器可有选择地动作; 另一方面, 漏电保护器在正常泄漏电流作用下不应动作, 防止供电中断而造成不必要的经济损失。漏电保护器的额定漏电动作电流应满足以下三个条件:(1) 为了保证人身安全, 额定漏电动作电流应不大于人体安全电流值, 国际上公认 30 mA 为人体安全电流值;(2) 为了保证电网可靠运行, 额定漏电动作电流应躲过低电压电网正常漏电电流;(3) 为了保证多级保护的选择性, 下一级额定漏电动作电流应小于上一级额定漏电动作电流, 各级额定漏电动作电流应有级差 112 215 倍。第一级漏电保护器安装在配电变压器低压侧出口处。该级保护的线路长, 漏电电流
16、较大, 其额定漏电动作电流在无完善的多级保护时, 最大不得超过100mA; 具有完善多级保护时, 漏电电流较小的电网, 非阴雨季节为 75mA ,阴雨季节为 200mA; 漏电电流较大的电网, 非阴雨季节为 100 mA , 阴雨季节为 300mA。第二级漏电保护器安装于分支线路出口处, 被保护线路较短, 用电量不大, 漏电电流较小。漏电保护器的额定漏电动作电流应介于上、下级保护器额定漏电动作电流之间, 一般取 30 75 mA。第三级漏电保护器用于保护单个或多个用电设备, 是直接防止人身触电的保护设备。被保护线路和设备的用电量小, 漏电电流小, 一般不超过 10mA , 宜选用额定动作电流为
17、 30 mA , 动作时间小于011 s 的漏电保护器。4 漏电保护器的正确接线方式TN 系统是指配电网的低压中性点直接接地, 电气设备的外露可导电部分通过保护线与该接地点相接。TN 系统可分为:TN 2S 系统 整个系统的中性线与保护线是分开的。TN 2C 系统 整个系统的中性线与保护线是合一的。TN 2C2S 系统 系统干线部分的前一部分保护线与中性线是共用的, 后一部分是分开的。TT 系统 配电网低压侧的中性点直接接地, 电气设备的外露可导电部分通过保护线直接接地。漏电保护器在 TN 及 TT 系统中的各种接线方式如图 2 5 所示。安装时必须严格区分中性线 N 和保护线 PE。三极四线
18、或四极式漏电保护器的中性线, 不管其负荷侧中性线是否使用都应将电源中性线接入保护器的输入端。经过漏电保护器的中性线不得作为保护线, 不得重复接地或接设备外露可导电部分; 保护线不得接入漏电保护器。摘要：阐述漏电保护的必要性，漏电保护的原理以及选用漏电保护器应考虑的若干因素。关键字：漏电保护器；安全用电；整定电流；漏电电流在低压接地保护中，当线路过电流保护不能兼作单相接地保护时，常采用漏电保护，如 TN 系统中的手握式设备，家用电器供电回路，TT 系统中大部分设备都采用漏电保护。随着经济的发展，各种电器设备在生产和生活中的各个领域中应用越来越多，人触电的可能性也越来越大，安全用电的要求也更加严格
19、。 国际电工委员会 IEC 标准及我国民用建筑电器设计规范JGJ/T16-92，对漏电保护都作了规定。一、 漏电保护的必要性（1）接地接零系统不能满足安全要求。要保护人身安全，就应该保证在设备漏电时的接触电压在36V 安全值以下，则要求接地电阻 R 不得大于 0.89，这在现行的工程中很难满足，当接地电阻 R 大于 2 时，接触电压就达到 70V 以上，足以危及人身安全。（2）施工时接地接零线连接不可靠，甚至断接，这都埋下了隐患。（3）等电位连结并没有包括多种各处的用电设备，触电危险仍没有根除。二、 漏电保护的原理漏电保护的原理是基于事故状态下，相电流矢量不等于零，出现一个零序电流，当零序电流
20、达到整定值，便使脱扣器动作，切断故障电流达到保护目的。目前国内生产的漏电保护器分为电磁式和电子式两大类。电磁式漏电保护器的工作原理是由零序电流互感器检测线路中的零序电流，由此产生的电磁场来削弱永久磁铁的电磁场，使储能弹簧将衔铁释放，脱扣器动作，开关跳闸，切除故障线路。电子式漏电保护器则是利用零序电流互感器次级绕组电压，经电子放大，产生足够的功率使开关跳闸。目前民用建筑中大量采用的是电子式漏电保护器。三、 漏电保护器的选择1. 合理选择漏电保护器的整定电流及时间漏电保护可用作防止直接触电或间接触电事故的发生。在接地故障中所采用的漏电保护都是用作间接触电保护的，即防止人体触及故障设备的金属外壳。人
21、体触电不发生心室纤维颤动的界限值为30mA.s，因此设计漏电保护时，不仅要注意漏电保护器的动作电流，也要注意动作电流时间值小于30mA.s。2. 系统的正常泄漏电流要小于漏电保护器的额定不动作电流漏电保护器的额定不动作电流，由产品的样本给出。如列此数，可取漏电保护额定动作电流的一半。西电线路及电器设备的正常泄漏电流对漏电保护器的动作正确与否有很大的影响，若泄漏电流过大，会引起保护电器误动作，因此在设计中必须估算系统的泄漏电流，并使其小于漏电保护器的额定不动作电流。泄漏电流的计算非常复杂，又没有实测的数据，设计中只能参考有关的资料。3. 按照保护目的的选用漏电开关以触电保护为目的的漏电保护器，可
22、装在小规模的干线上，对下面的线路和设备进行保护，也可以有选择地在分支上或针对单台设备装设漏电保护器，其正常的泄漏电流相对也小。漏电保护器的额定动作电流可以选得小些，但一般不必追求过小的动作电流，过小的动作电流容易产生频繁的动作。IEC 标准规定：漏电保护器的额定动作电流不大于 30mA。动作时间不超过 0.1s；如动作时间过长，30mA 的电流可使人有窒息的危险。分支线上装高灵敏漏电保护器做触电保护，干线上装中灵敏或低灵敏延时型作为规定漏电火灾保护，两种办法同时采用相互配合，可以获得理想的保护效果，这时要注意前后两级动作选择性协调。4. 按照保护对象选用漏电保护器人身触电事故绝大部分发生在用电设备上，用电设备是触电保护的重点，然而并不是所有的用电设备都必须装漏电保护器，应有选择地对那些危险较大的设备使用漏电保护器保护。如：携带式用电设备，各种电动工具等；潮湿多水或充满蒸汽环境内的用电设备；住宅或公建中的插座回路；游泳池水泵，水中照明线路；洗衣机、空调机、冰箱、电动炊具等；娱乐志气的电气设备等。参考文献：1 JGJ/T16-92 民用建筑电气设计规范 S2 陈一才. 高层建筑电气设计手册M. 北京：中国建筑工业出版社， 1990.文章来源：工程建设与设计
