剩余電流保護裝置分析論文

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摘要：目前，在農網等低壓配電系統中，大量使用的是普通電流型電子式剩余電流保護裝置，包括剩余電流繼電器、剩余電流斷路器等，選用這些產品除了應滿足國家相關產品標準，取得合格3C認證外，對其安裝后在線運行時，應具有的動作特性，如動作電流、動作時間等，也應滿足國家相關安裝和運行管理標準要求。

關鍵詞：剩余電流保護裝置線運行探討

目前，在農網等低壓配電系統中，大量使用的是普通電流型電子式剩余電流保護裝置，包括剩余電流繼電器、剩余電流斷路器等，選用這些產品除了應滿足國家相關產品標準，取得合格3C認證外，對其安裝后在線運行時，應具有的動作特性，如動作電流、動作時間等，也應滿足國家相關安裝和運行管理標準要求。

1三相漏電流不平衡因素的影響

農網等低壓配電系統正常運行時，由于三相負荷及絕緣水平存在差異，客觀上使得三相泄漏電流存在不平衡現象，而供電線路和用電設備的泄漏電流與氣候、溫度、負載特性、負荷大小等因素有關，變化范圍大，不易控制。從剩余電流保護技術角度講，供電線路泄漏電流數值較大時，在不同相上出現突然施加的相同值瞬時故障電流，會合成出不同值的剩余電流。對普通電流型產品而言，在某相上雖然瞬時接地故障電流等于或大于額定動作值，但合成的剩余電流可能小于該產品的額定動作值，此時剩余電流保護裝置可能不動作，即通常遇到的三相供電系統，存在有剩余電流動作不靈敏相的現象。

正常運行狀態下對剩余電流保護裝置做試驗，除了用保護裝置本身的試驗按鈕檢查外，用剩余電流保護裝置專用測試儀器檢查其在線運行時的動作特性。例如當額定動作電流I△n為300mA在線運行時，某時刻線路存在泄漏電流，見圖1。此時若用300mA作為試跳故障電流，分別在A、B、C三相上做試驗，就會合成出不同值的剩余電流。

圖1中，I△是由穿過剩余電流互感器的相線及N線的泄漏電流合成得到的，其幅值和相角受其影響是個隨機變化量。一般而言剩余電流保護裝置專用測試儀器是純阻性負載特性，因此用其分別在A、B、C三相作試跳時，可以認為I△n與UA、UB、UC同相位。從圖1中可求出與在三相上分別合成為不同幅值與相角的剩余電流I△(A)、I△(B)、I△(C)，以幅值為例，則得出I△(A)≈400mA，I△(B)≈240mA，I△(C)≈280mA。也就是說用IΔn作試驗出現了三種不同結果：A相I△(A)>U△n正確動作，B相I△(B)<I△n，不能動作，從運行角度可認為指標不合格。C相I△(C)<I△n，但可能接近于該產品的整定動作值，處于動作與不動作的臨界狀態。上述現象盡管為特定例子，但仔細分析后不難發現，在向量圖中還有不少由于實際存在的泄漏電流，從而形成不靈敏相的區域。

從低壓配電系統安全可靠運行角度看，出現單相接地等瞬時故障（樹枝碰線、斷線落地、接地短路電弧等）占有一定比例。而在農網等低壓配電系統中選用的，用于間接接觸電擊保護和防止電氣火災及電氣設備損壞的剩余電流保護裝置，國家相關產品標準要求能檢測突然施加或緩慢上升的剩余電流，且在額定動作值時應符合分斷時間要求。因此，注意到我國低壓配電系統現狀，在選用剩余電流保護裝置產品時，也應充分重視其在線運行時動作電流、最大分斷時間、極限不驅動時間等動作特性參數指標是否仍能符合標準。從技術措施角度講，這對低壓配電系統剩余電流保護，更具有安全可靠的實際意義。

2動作時間因素的影響

根據剩余電流保護裝置國家相關產品標準，以分斷時間分類有一般型和延時型兩大類。S（選擇）型作為延時型的一種，有時可以單獨列為一類，例如JB/T8756-1998《剩余電流動作保護繼電器》標準中，以分斷時間分為一般型、延時型、S型三類。剩余電流繼電器與交流接觸器或各種具備電動合分閘功能的低壓斷路器組成組合式剩余電流保護裝置，具有技術含量較高、可維護性好等優點，在農網等低壓配電系統得到了廣泛應用。S型剩余電流繼電器作為延時型的一種，可與一般型產品配合，用作選擇性分級保護，可以設置一次自動重合閘功能。因其在額定動作電流下較一般型分斷時間長得多，對雷擊感應或系統操作過電壓等形成的尖峰干擾有較強的抗干擾能力，明顯減少了誤動作機會。此外，由于住宅或單臺設備使用的大多為小型剩余電流斷路器，分斷時間小于0.1s，額定動作電流一般在50mA左右，因此與S型剩余電流保護裝置（最小不驅動時間為0.13s）組成分級保護，能滿足下一級極限不驅動時間大于上一級動作時間的要求。實際使用效果證明，S型剩余電流繼電器更適合在我國農網中大量推廣使用。S型剩余電流繼電器與一般型、延時型動作時間比較見表1。

目前大量使用的電流型電子式產品，動作時間的設置多采用阻容元件組成的模擬電路技術。常溫狀態下在做型式試驗或其它試驗時，可以達到相關產品標準要求。但安裝運行較長時間后，應考慮是否仍能滿足在I△n、2I△n、5I△n時均能符合分斷時間和極限不驅動時間要求。GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》中，對產品的運行管理特別提出：為檢驗剩余電流保護裝置在運行中的動作特性及其變化，運行管理單位應配置專用測試儀器，并應定期進行動作特性試驗，包括測試動作電流值、分斷時間、極限不驅動時間等，有很強的針對性和實用意義，對考核剩余電流保護裝置的質量，指導正確選用和運行管理有很好的督促作用，應引起供電管理部門和生產廠商的高度重視。

4電流型剩余電流繼電器技術改進措施

從以上分析可以看出，現有普通電子式電流型剩余電流保護裝置，在三相供電系統使用中，存在剩余電流動作不靈敏相現象。而采用模擬電路設置動作電流值及分斷時間和極限不驅動時間等整定值，離散性大，難以完全滿足農網等低壓配電系統安全可靠運行的技術要求。

隨著單片機技術的快速發展，其信息處理功能大大增強。引入單片機技術對現有的電流型剩余電流保護裝置進行技術更新升級，可以克服目前產品的缺陷，大幅度提高動作時間及動作電流值設置的精確度，以適應低壓配電系統安全可靠運行對剩余電流保護裝置更高的要求。南京工程學院附屬工廠在這方面做了一定工作，研制開發了LJM微機S型剩余電流繼電器產品等。它在普通S型產品基礎上增加了單片機技術，對經過剩余電流互感器檢測到的突然施加或緩慢上升的剩余電流信號，采用適當的數學處理方法，進行動態相位檢測、數字濾波、實時計算等，且對互感器無同名端方向性要求。使得剩余電流動作保護值在360°相角變化范圍內不受漏電流影響，解決了普通電流型產品在低壓配電系統存在三相不平衡漏電流且數值較大時，有不靈敏相的問題。此外，采用數字及軟件設置技術，使得動作電流與動作時間的額定整定值設置精確度大大提高，低壓配電系統的可靠性、穩定性得到保證，克服了模擬電子電路易產生性能漂移的問題。

·當被保護的低壓配電系統漏電流值小于額定整定剩余動作電流值時，各相用同樣的接地試跳電流（產品銘牌標稱的額定剩余動作電流），對剩余電流保護裝置做動作特性試驗，均可確保動作準確。

·當線路任一相發生瞬時接地故障出現突然施加的漏電流，該產品能準確檢測到，當其達到額定動作值時均能可靠動作，不受三相漏電流不平衡因素影響，使得單相接地故障剩余電流動作值保持一致，并具有一次重合閘功能，保證了產品安全可靠投入運行。

·當被保護的低壓配電系統緩變剩余電流達到額定動作值時，立即動作跳閘，也有一次重合閘。若故障繼續存在則跳閘閉鎖，需關掉剩余電流繼電器工作電源后重新合上開關，才能繼續運行。

·剩余電流互感器安裝無方向要求，互感器與本機沒有一一對應關系約束，互換性好，便于大批量生產、安裝、維護。

·剩余電流實時數字顯示，可設置報警功能。

·接地故障剩余電流動作值記錄、儲存，有助于故障原因分析。

·可附加通信接口功能。

GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》以安裝和使用為主，執行后將與現有國家相關產品標準構成一個完整的標準鏈，完善了剩余電流保護裝置從生產制造到安裝和運行管理全過程的標準體系。

綜上所述，我國現有低壓配電系統存在三相不平衡泄漏電流且數值較大，而目前大量正在使用的產品，動作特性參數指標尚有不足之處。因此，必須重視對剩余電流保護裝置的技術更新改進，從技術上消除缺陷，提高動作特性參數設置精確度和穩定性，完善產品應用功能，以適應國家標準和低壓配電系統現狀對產品的更高要求。