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电子式RCD和电磁式RCD的选用

发布日期:[2014-10-09]     浏览:3147

作者 王厚余

摘 要 我 国现 时 广 泛 采 用 的借 故 障 回路 电 源 残 压 的 电 能 来 动 作 的 电 子 式 RCD在 发 生 接 地 故 障 时 有 拒动 的可 能 .不如 借故 障 电流 的电 能动作 的 电磁 式 RCD 动作 可靠 为保证人 身安全应按 建筑电气国际标 准的 规 定 采 用 电 子 式 RCD.否 则 应 采 用 电磁 式 RCD。 建 议 低压 电器制造 行 业扩 大 生产价 廉 可靠 的 电磁 式 RCD


关 键 词 电子 式 RCD 电磁 式 RCD 电 击 防 护 短 路 防 护 欠 压 防 护 “断 零 ” 防 护

建筑 电气 中 RCD (剩余 电流动作保护器 )是 防人 身 电击 的重要保 护性开关 电器 上世 纪 80年代笔 者 参 加 编 制 的 《低 压 配 电设 计 规 范 》 (GB 50054—95) 内有一节专 门规定 了装 用 RCD的要求 当时笔者对
RCD了解 不 多 .建筑 电气 国际标准 对其 也乏 具体规 定 .无章可循 .所以该节的规定现在看来十分简单 和 肤浅 。由于用 电技术 的发展 ,对 RCD装用 的要求 日 趋 复杂 和严 格 .现 时 RCD应 用 中存 在 的问题 很多 。 本文只拟探讨其 中的一 个问题 — — 电子式 RCD和电 磁 式 RCD的 选用 和 取 舍 的 问题


1 电子 式 RCD和 电磁 式 RCD的 不 同 之处 电 子 式 RCD 和 电 磁 式 RCD 的 动 作 能 源 是 不 同 的 :前者 在发生 接地故 障时 ,借 RCD接线端 子处 电 源电压的故障残压 提供的电能来动作 .残压过低时能 量不足 .它将拒动 :而后者则 是借通 过 RCD的故障 电流提供 的电能来动作 .有危 险故 障电流 即能 动作 , 与 电 源 电压 的 故 障残 压 高 低 无 关 电 子 式 RCD 只 能 在 电 源 故 障 残 压 足 够 高 时 动 作 . 因此 电 子 式 RCD不 如 电磁 式 RCD动作 可靠 电子式 RCD对 制作 材料 和 生产 工 艺要 求较 低 .价格较便宜 ,在我 国被广泛采用。在欧洲较 多采用 电 磁 式 RCD,也 有 一些 发达 国家 ,如 美 国 、 日本 ,较 多 采用电子式 RCD.其 中原 因将在下文中分析讨论 。


2 在 TN—C—S系 统 内 电子 式 RCD应 用 的 局 限性

关 于电子式 RCD,在我 国 RCD产品标 准 《剩余 电流 动作保 护 电器 的一般 要 求》 (GB/Z 6829—2008) 中 的 第 8.3.3.3条 有 如 下 一 段 规 定 : “对 /a ≤ 0.03 A 的剩余电流保护器 ,在 电源电压 (笔者注 :应 是指发生接地故障时在 RCD接线端子处 的电源电压的 残压 )降低 到 50V (相对地 电压 )时 。如出现大于或 等于额定剩余动作 电流的剩余 电流应能 自动动作 ”这一 规定说明在发生接地故障时我国电子式 RCD的故 障 残 压 动 作 最 低 值 已低 于建 筑 电气 国 际 标 准 IEC 60364 的规定值 (单 相 回路 中的 RCD为 85 v.三相 回路 中 的 RCD为 70% 的 回路 电压 ).提 高 了防 电击水平 。


这是我 国 RCD生产从业 人员努 力研发 的可喜成果 这里需要 注意 的是对这一产 品标准 的规定不能误 解 .不 能 误 以 为 既 然 电子 式 RCD 最 低 动 作 电 压 等 于 接触电压限值 50 V,就不会有 电击危险 了。 因为 人体 接 触 电压 并不 等 于RCD处 的 电源 故 障残 压 U RCD有 可 能 超 过 50V 而 ∞ 低 于 50V,这 时 发 生电击事故而电子式 RCD则拒动.这可用图 1来说 明。


图 中 被 RCD 保 护 的 一 台 TN —C —S系 统 供 电 的 电气设备 发生碰 外壳接 地故 障 .设 接地故 障 回路 阻抗 为 :

从 式 (2) 及 式 (3) 可 知 和 c。并 不 相 等 。
RCD越靠 近设备 ,Uxco越 小 ,以至小 于 50 V。而人 体接触 电压则 仍为 = (zPEJI\r+ZpE) 不变 。 当 >50 V 时发 生 电击 事故 而 电子 式 RCD则 拒 动 。

 这种电击 危险发 生在 TN—C—S系统 内而 不发生 在 TN—S系统 内 。因在 TN—S系统 内没有 PEN线 ,式 (2)中 的阻抗 约 占故 障 回路阻抗 的一半甚 至 更 多 ,uRcD肯 定 大 于 50V。 但 需 注 意 我 国现 时 已 进 入信息时代 .为防共模 电压对信息系统的干扰 ,对低 压 供 电 的建 筑 物 宜 采用 TN —C—S系 统 (见 参 考 文献 ⋯ 第十 四章第 五节第 4款 )而不 宜采用 TN—S 系统 .以降低共模 电压 。这时应注意防止电子式 RCD的这 一 拒 动 问题


这 一 拒 动 情 况 也 不 会 发 生 在 TT系 统 内 因 TT 系统故障 电流 返 回电源 的通路 内串有保护接地 和 系统接地两个大值接地电阻 , cD接近此两接地 电阻 上的电压 降.其值几 为 220V,电子式 RCD不会拒动 (见参考文献⋯ 第十九章第一节)。


附带说 明 ,我 国国家 标准 《剩余 电流动 作保护 装 置安装 和运 行》 (GB 13955—2005)第 5.6条第 b)款规定 : “对 电源 电压偏差较大地 区的电气设备 应优先选用动作功能与电源电压无关的剩余 电流保护 装 置 。” 这 一 规 定 没 有 条 文 说 明 。不 明 其 原 理 。可 能 将地区电网的电压负偏差与低压配 电回路 发生接地故 障时 RCD处的电源故 障残压 ∞ 相混淆 了。这一规 定 恐 欠妥 当


3 在 潮 湿 场所 内 电子 式 RCD作 用 的局 限性

 在 农 电 、施 工 场 地 、浴 室 、游 泳 池 等 潮 湿 或 特 别 潮 湿的场所 内,防电击 的接触电压限值 不 是 50 V 而是 25 V或 12 V.这时电子式 RCD将不能可靠防电 击 在 潮 湿 场 所 ,电气 设 备 如 发 生碰 外 壳 接 地 故 障 而 带 低于 50 V的接触电压 ,例如为 30 V,而 uRcu也可 能低至 50V 以下 .这 时十分可能发 生电击事故 而 电 子式 RCD却拒 动。所 以在潮湿场所 内电子式 RCD的 应 用更 具 局 限性

 附带说 明,行业标 准 《民用建筑 电气设计规范》 (JGJ 16—2008)第 7.7.10条第 9款 规定 : “1)用 于 电子信息设备 、医疗 电气设备 的剩余 电流动作 保护 器 应 采用 电 磁 式 :2)用 于 一 般 电 气 或 家 用 电器 回 路 的剩 余 电 流 动 作 保 护 器 宜 采 用 电 磁 式 或 电子 式 。” 这 一规定 同样没有说明其原 由和依据 .令人难解 。揣其 意图可能认为信 息设备和 医疗设 备等属重要设备才值 得装用价格较高 的电磁式 RCD,而对一般电气设备则 不值得采用 规定 内全未提及 两种 RCD的动作 与 电 源故障残压的关系 .事关人身安全 ,恐也有欠妥当。


4 中性 线不 导 通 时 电子 式 RCD的拒 动


图 2所 示 为 一 单 相 TN —S系 统 .当 中性 线 因 断 线或连接不 良而不导通时 .如果 电气设备存在碰外壳 接地故障 ,这时接触电压 将为全部 PE线上故障电 流 产生 的电压降 ,电击致死危 险很大 ,但 由于 中 性线 不 导通 .电子 式 RCD却 因端 子 处 电源 电压 为 零伏而 拒动 .后 果将 十分 严重 。对 于 TN—C—S系 统 ,情 况 相 同 ,不 赘 述 。


关 于这 一 问题 .有 的 同行 引 用 我 国 《供 配 电 系 统 设计 规 范》 第 3.0.3条 : “不 应 按 一 个 电源 系 统 检 修 或故障的同时另一 电源又发生故障进行设 计”的规定 并 推 而 广之 .认 为 在 低 压 配 电 系 统 内 不必 考 虑 接 地 故 障和’中性线不导通两个故障 同时发生的情况 .以此否 定上 述 电子 式 RCD拒 动 的危 险 对 此 笔 者 不敢 苟 同

任何 电气系统都有同时发生两个 故障的可能 上 述 3.0.3条的规定在上世 纪 70年代第一次 编制 《供 配电系统设计规范》时正是 出于笔者 的笔下 。当时我 国经 济 比较 困难 .为节约 电源投资 才写入这一 规定 。 多 年 实 践 经 验 表 明 .一 个 电力 用 户 两 个 电源 系 统 同时 发生故障停电的案例不胜枚举 。查 IEC和发达 国家 电 气规范都无此规定 笔者多年来为写入这一不恰当 的 规 定 深感 愧 疚

另外 ,一 电力用户 的电源系统和低压建筑 电气 中 的配 电系统 有许 多不 同 .两者 不 能相提 并论加 以套 用 ,因为低压 配 电系统更 易 同时发 生两 个故 障 在 IEC 60364建筑 电气标准 中就有多 处规定 了对 同时 发 生 两个 故 障 时 的保 护 措 施 例 如 TT系统 和 IT系统 虽 然发 生一个故 障时故障 电流小 .PE线可 取较小 截面 积 .但考虑了同时发生两个故障转变成相问短路的可 能 .规 定 其 PE线 的 截 面 积 的选 用 和 TN 系 统 的 截 面 积 一 样 大 又 如 在 IT系 统 中 .为 防 同时 发 生 两 个 故 障引起 的电气危 险.专 门规定 了若 干防范同时发 生两 个故障的措施 。还有 .在采用隔离 变压器供 电给多台 设备的电气分隔措施 中.为防同时发生两个故 障引起 的电击危 险 .在 电气分隔措施中必须设置 不接地 的局 部等电位联结 诸如此类的 IEC标准 中关 于低压 建筑 电气防范同时发生两个故障的要求和措施在参考文献⋯ 中都有陈述 ,不多叙 。这里 费些笔墨 ,引证 IEC标准

对防范两个故障的要求 .只是想说 明 IEC标准十分重 视 中性线 不导 通对 电子 式 RCD防 电击性 能 的影 响 。 对 此 在建 筑 电气 设计 中不 能 掉 以轻 心 。

5 对 发 达 国 家 选 用 电 子 式 RCD和 电 磁 式 RCD不 同 要 求 的分 析

电子式 RCD对制作材料 和生产工艺的要求较低 , 售 价较低廉 ,在我 国得 到广泛 的应用 。在一些发达 国 家两者 的选用要求则不尽相 同.欧洲较多采用电磁式 RCD.但 在美 国 、 日本则更 多采 用 电子 式 RCD。这 些 不 同是 有 其 原 因 的 。欧 洲 和 我 国一 样 ,配 电 回路 的 相 电 压 采 用 220~240 V 这 一 级 标 称 电 压 。设 备 发 生 碰外 壳接地 故 障时接触 电压 约 100 V左 右 ,电击 危 险较大 ,因此欧 洲较 多采用 电磁式 RCD,以确保 RCD可靠切断 电源 ,它是有科学依 据的。而在美 国、 日本 .为 策人 身安全 ,对 于 以插 座供 电难 以摆 脱 的 电击 危 险大 的手持式 、移 动式 小功率 电气 设备 都 以 110~120 V 电压供 电。设 备发生碰外壳接 地故障时 , 其接 触 电压 不大 于 50 V,即使 电子式 RCD不动 作 .电击致死危 险也不大 .因此他们较多采用 电子式 RCD,也是有科学依据 的。相 比之 下 ,我国配电回路 相 电压为 220 V却广泛采用 电子式 RCD.就防 电击而 言 却 是 缺 乏 科 学 依 据 的 。事 关 人 身 安全 ,这 一 情 况有 必 要 引 起 重 视

6 依 据 建 筑 电 气 国 际 标 准 正 确 选 用 电 子 式 RCD 电 子 式 RCD 在 电 源 故 障 电 压 低 时 拒 动 .不 如 电 磁 式 RCD 可 靠 ,但 它 制 作 简 单 ,售 价 较 低 ,有 利 于 推广应 用 只要按建筑 电气 国际标准规定 的要求正确 选 用 ,它 也 能 在 一 定 条 件 下 有 效 地 起 到 防 电 击 作 用 关 于 保护 电器 选用 的建 筑 电气 国 际标 准 <
(Electrical Installations of Buildings Part 5: Selection and Erection of Electrical Equipment Chapter 53:Switchgear and Controlgear) (IEC 60364 — 5— 53, 1994),即 《建筑物 电气装 置 第 5部 分 :电气设备 的选 择 与 安 装 第 53章 :开关 设 备 和 控 制 设 备 》 (我 国等 同转化 的国家标 准为 GB 16895.4—1997)第 531.2.2.2条 对 电 子 式 RCD 的 选 用 有 恰 当 的 规 定 该条规定 如下 : “531.2.2.2 只有 满足下列两个条 件 之一 时 .才允 许 采用 在 辅 助 电 源 失 效 的 情 况 下 不 自 动动作 的带辅助 电源 的剩余 电流动作保护 电器 :

压 附 件 ,则 此 附 件 价 格 还 高 于 电磁 式 RCD 所 以 仅 从 经 济 上 考虑 ,这 一设 想 不 切 实际

对 IEC标准规定的第二个条件 .笔者的理解是专 业人 员能 了解 电子式 RCD的上述特性和必要 的使用 要求 ,在使用中加以注意 .可避免间接接触 电击事故
的发生 例如为 防中性线 的不导通致 使 电子 式 RCD 拒动 .他需关心和保持 中性线截面积或机械强度 的足够 .避免 中性线受机械损伤 中断 .在定期检验 中他需 测 试 中性 线 是 否 导 通

良好 等 . 以保 证 电 子 式 RCD 的 有 效 动作

IEC 60364—5—53标准的这一规定说明在建筑 电 气 中 应 区分 电子 式 RCD 和 电磁 式 RCD 我 国广 泛 采 用的电子式 RCD即使 ∞ 为 50V时能动作 ,仍存在 电源 故障残 压过低 而拒动 的可

能 .在建 筑 电气 设计 中应 注 意 其 应 用 是 有 一 定 的 条 件 的 .这 些 条 件 需 在 建 筑 电 气 设 计 安 装 中切 实 付 诸 实 施 .否 则 应 采 用 电 磁 式 RCD

7 结束 语
我 国 按 GB /Z 6829 — 2008 生 产 的 电 子 式 ,IR≤ 0.03 A的 RCD 能 在 电源 故 障残 压 低 至 50 V 时 动作 。其性能有所提高。但如本文所述 ,在一些情况 下 发生 间接接触 电击

事 故时 它仍可 能拒 动。所 以按 GB/Z 6829—2008标准生产 的电子式 RCD不 能完全 有效 防电击 .其使用是有条件的 .在建筑 电气设计 中 应注 意辅 以其他一些防电击措施 我国低压配 电

系统 标 称 电 压 与 欧 洲 诸 国属 同一 等 级 .为 保 证 人 身 安 全 . 在建筑 电气设 计 中应和 欧洲诸 国一样 .按 国际标准 IEC 60364 —5—53标 准 规 定 的条 件 选 用 电 子 式

RCD。 当条 件无 法 满 足 时应 采 用 电磁 式 RCD 生产 电磁式 RCD有 一定 的难 度 .但 它的使用有 其 必 要性 不 然 IEC可 不 必 为它 的制 造 和 使 用制 订 标 准 .一些 发 达 国家

也 不必 为装 用 它 而 多 花投 资 。笔 者 相信 我 国低 压 电器制造 业一定 能基 于以人 为本 的原 则 .坚持 勇于创新 的传 统 .象供应 电子式 RCD那样
大量供应价廉可靠 的电磁式 RCD.为提高我 国的用电 安全水平作 出新贡献
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即使在辅 助 电源失 效 的情 况下 .仍 能满足 《建筑 物 电气 装 置 电气 防护 》 (IEC 60364~4—41: 1992)中 7.1规定的防间接接触保护的要求

安装在 电气装置 中 的保护 电器 由专 职人员 (BA4)或熟练人员 (BA5)进行操作 、试验和检查 ”

笔 者 理 解 上 述 IEC标 准 的条 文 第 一 项 的 意 思 是 当 电子 式 RCD的 电源 故 障残 压低 于 产 品标 准 规定 的动作 值 时 .虽然 它拒动 .但若 辅 以其 他措 施仍 可 不 发 生 间 接接 触 电击 事 故 例 如在 场 所 内设 置 了局 部 等 电位联结 .将 故障时 的接触 电压 限制在其 限值 (如 :50 V:25 V)以 下 ,虽 然 电子 式 RCD拒 动 , 电击事故仍无 由发生 。

又若接地故 障 回路 阻抗 足够小 ,接地故 障电 流 足够大 ,回路首端用以保护 回路绝缘 的短路防护 能及 时切 断 电源 .虽然 电子式 RCD拒 动 .但短 路防 护却能兼起防 电击的作用。

在以上例举情况下 电子式 RCD虽然不能防 电击 .但 能 防常 见 多 发 的 接 地 电弧 火 灾 。 因 电 弧 具 有 大 阻 抗 .电 弧 上 的大 电 压 降 足 以使 电 子 式 RCD获 得 足 够 的电源故障残压而动作 。

需 要 说 明 当 用 短 路 防 护 电器 切 断 电 源 来 防 电 击 时 .其切断时间需满足 防电击的时间要求 ,例如在干 燥 场 所 TN系 统 内切 断 时 间 为 不大 于 0.4 S。为此 需 限
制 故 障 回路 阻 抗 值 以增 大接 地 故 障 电流 。在 第 17版英 国建筑 电气 国家 标 准 (2008 Requirements for ElectricalInstallations) (BS 7671,即 《电气装 置 的 要 求 2008》)第 411.4.6条 内为 防 电击 规 定 了 不 同 条 件 下 的 最 大 值 。例 如 当采 用 C型 断 路 器 作 保 护 时 ,如 断 路 器 额定 电流 为 20 A,为 保 证 0.4 s内切
断 电源 , 值不得 大于 1.15n,否则不能满足 防电 击 的 时 间 要 求 所 以不 能 简 单 地 误 认 为 电 子 式 RCD 电源故障残压 ∞ 低时故障电流 必然 大到足 以使 断路器的短路 防护动作 ,避免电击事故发生 ,从前文 中式 (1)、 (2)、 (3)可知 、 和 ∞ 三者 间并 无 直接联 系 ,URcD小 并不 一 定 能使 /d大 到足 以使 断路器有效动作。其理甚明 ,不需多述。
有 同 行 提 出 当 电子 式 RCD 电源 故 障 残 压 cD过 低 时 ,可 由断路 器 的欠 压 防 护 动作 来 切 断 电源 。这 一 设 想 恐难 成立 姑 不 论 技 术 上 是否 可行 ,笔 者 了解 末 端微型断路器本身并不具备欠压防护功能 。若加装欠