【E課堂】詳解漏電保護(hù)器的工作原理

　　漏電保護(hù)器電路原理圖介紹

　　圖中L為電磁鐵線圈，漏電時(shí)可驅(qū)動閘刀開關(guān)K1斷開，每個(gè)橋臂用兩只1N4007串聯(lián)可提高耐壓。R3、R4阻值很大，所以K1合上時(shí)，流經(jīng)L的電流很小，不足以造成K1斷開。R3、R4為可控硅T1、T2的均壓電阻，可以降低對可控硅的耐壓要求。K2為試驗(yàn)按鈕，起模擬漏電的作用。按壓試驗(yàn)按鈕K2，K2接通，相當(dāng)于外線火線對地有漏電，這樣，穿過磁環(huán)的三相電源線和零線的電流的矢量和不為零，磁環(huán)上的檢測線圈的a、b兩端就有感應(yīng)電壓輸出，此電壓立即觸發(fā)T2導(dǎo)通。由于C2預(yù)先有一定電壓，T2導(dǎo)通后，C2便經(jīng)R6、R5、T2放電，使R5上產(chǎn)生電壓觸發(fā)T1導(dǎo)通。T1、T2導(dǎo)通后，流經(jīng)L的電流增大，使電磁鐵動作，驅(qū)動開關(guān)K1斷開，試驗(yàn)按鈕的作用是隨時(shí)可檢查本裝置功能是否完好。用電設(shè)備漏電引起電磁鐵動作的原理與此相同。R1為壓敏電阻，起過壓保護(hù)作用。

　　該斷路器原理簡單，零件少，維修方便，在更換零件時(shí)要注意零件的可靠性和參數(shù)應(yīng)符合要求。

　　1. 什么是漏電保護(hù)器?

　　答：漏電保護(hù)器(漏電保護(hù)開關(guān))是一種電氣安全裝置。將漏電保護(hù)器安裝在低壓電路中，當(dāng)發(fā)生漏電和觸電時(shí)，且達(dá)到保護(hù)器所限定的動作電流值時(shí)，就立即在限定的時(shí)間內(nèi)動作自動斷開電源進(jìn)行保護(hù)。

　　2. 漏電保護(hù)器的結(jié)構(gòu)組成是什么?

　　答：漏電保護(hù)器主要由三部分組成：檢測元件、中間放大環(huán)節(jié)、操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 ①檢測元件。由零序互感器組成，檢測漏電電流，并發(fā)出信號。 ②放大環(huán)節(jié)。將微弱的漏電信號放大，按裝置不同(放大部件可采用機(jī)械裝置或電子裝置)，構(gòu)成電磁式保護(hù)器相電子式保護(hù)器。 ③執(zhí)行機(jī)構(gòu)。收到信號后，主開關(guān)由閉合位置轉(zhuǎn)換到斷開位置，從而切斷電源，是被保護(hù)電路脫離電網(wǎng)的跳閘部件。

　　3. 漏電保護(hù)器的工作原理是什么?

　　答： ①當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生漏電時(shí)，出現(xiàn)兩種異?，F(xiàn)象：

　　一是，三相電流的平衡遭到破壞，出現(xiàn)零序電流;

　　二是，正常時(shí)不帶電的金屬外殼出現(xiàn)對地電壓(正常時(shí)，金屬外殼與大地均為零電位)。

　?、诹阈螂娏骰ジ衅鞯淖饔寐╇姳Ｗo(hù)器通過電流互感器檢測取得異常訊號，經(jīng)過中間機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換傳遞，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，通過開關(guān)裝置斷開電源。電流互感器的結(jié)構(gòu)與變壓器類似，是由兩個(gè)互相絕緣繞在同一鐵心上的線圈組成。當(dāng)一次線圈有剩余電流時(shí)，二次線圈就會感應(yīng)出電流。

　?、勐╇姳Ｗo(hù)器工作原理將漏電保護(hù)器安裝在線路中，一次線圈與電網(wǎng)的線路相連接，二次線圈與漏電保護(hù)器中的脫扣器連接。當(dāng)用電設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，線路中電流呈平衡狀態(tài)，互感器中電流矢量之和為零(電流是有方向的矢量，如按流出的方向?yàn)椤?”，返回方向?yàn)椤?”，在互感器中往返的電流大小相等，方向相反，正負(fù)相互抵銷)。由于一次線圈中沒有剩余電流，所以不會感應(yīng)二次線圈，漏電保護(hù)器的開關(guān)裝置處于閉合狀態(tài)運(yùn)行。當(dāng)設(shè)備外殼發(fā)生漏電并有人觸及時(shí)，則在故障點(diǎn)產(chǎn)生分流，此漏電電流經(jīng)人體?大地?工作接地，返回變壓器中性點(diǎn)(并未經(jīng)電流互感器)，致使互感器申流入、流出的電流出現(xiàn)了不平衡(電流矢量之和不為零)，一次線圈申產(chǎn)生剩余電流。因此，便會感應(yīng)二次線圈，當(dāng)這個(gè)電流值達(dá)到該漏電保護(hù)器限定的動作電流值時(shí)，自動開關(guān)脫扣，切斷電源。

　　4. 漏電保護(hù)器的主要技術(shù)參數(shù)有哪些?

　　答：主要動作性能參數(shù)有：額定漏電動作電流、額定漏電動作時(shí)間、額定漏電不動作電流。其他參數(shù)還有：電源頻率、額定電壓、額定電流等。 ①額定漏電動作電流 在規(guī)定的條件下，使漏電保護(hù)器動作的電流值。例如30mA的保護(hù)器，當(dāng)通入電流值達(dá)到30mA時(shí)，保護(hù)器即動作斷開電源。 ②額定漏電動作時(shí)間是指從突然施加額定漏電動作電流起，到保護(hù)電路被切斷為止的時(shí)間。例如30mA×0.1s的保護(hù)器，從電流值達(dá)到30mA起，到主觸頭分離止的時(shí)間不超過0.1s。 ③額定漏電不動作電流在規(guī)定的條件下，漏電保護(hù)器不動作的電流值，一般應(yīng)選漏電動作電流值的二分之一。例如漏電動作電流30mA的漏電保護(hù)器，在電流值達(dá)到15mA以下時(shí)，保護(hù)器不應(yīng)動作，否則因靈敏度太高容易誤動作，影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。 ④其他參數(shù)如：電源頻率、額定電壓、額定電流等，在選用漏電保護(hù)器時(shí)，應(yīng)與所使用的線路和用電設(shè)備相適應(yīng)。漏電保護(hù)器的工作電壓要適應(yīng)電網(wǎng)正常波動范圍額定電壓，若波動太大，會影響保護(hù)器正常工作，尤其是電子產(chǎn)品，電源電壓低于保護(hù)器額定工作電壓時(shí)會拒動作。漏電保護(hù)器的額定工作電流，也要和回路中的實(shí)際電流一致，若實(shí)際工作電流大于保護(hù)器的額定電流時(shí)，造成過載和使保護(hù)器誤動作。

　　5. 漏電保護(hù)器的主要保護(hù)作用是什么?

　　答：漏電保護(hù)器主要是提供間接接觸保護(hù)，在一定條件下，也可用作直接接觸的補(bǔ)充保護(hù)，對可能致命的觸電事故進(jìn)行保護(hù)。

　　6. 什么是直接接觸和間接接觸保護(hù)?

　　答：當(dāng)人體接觸帶電體有電流通過人體時(shí)，就叫人體觸電。按照人體觸電的原因可分為直接觸電和間接觸電。直接觸電，是指人體直接觸及帶電體(如觸及相線)，導(dǎo)致的觸電。間接觸電，是指人體觸及正常情況下不帶電，故障情況下帶電的金屬導(dǎo)體(如觸及漏電設(shè)備的外殼)，導(dǎo)致的觸電。根據(jù)觸電的原因不同，對觸電所采取的防觸電措施也分為：直接接觸保護(hù)相間接接觸保護(hù)。直接接觸保護(hù)一般可采用絕緣、防護(hù)罩、圍欄、安全距離等措施;間接接觸保護(hù)一般可采用保護(hù)接地(接零)、保護(hù)切斷、漏電保護(hù)器等措施。

　　7. 人體觸電時(shí)的危險(xiǎn)是什么?

　　答：人體觸電時(shí)，通入人體的電流越大相電流持續(xù)的時(shí)間越長就越危險(xiǎn)。其危險(xiǎn)程度大致可以劃分為三個(gè)階段：感知-擺脫-室顫。 ①感知階段。由于通入電流很小，人體能有感覺(一般大于0.5mA)，此時(shí)對人不構(gòu)成危害; ②擺脫階段。指手握電極觸電時(shí)，人能擺脫的最大電流值(一般大于10mA)，此電流雖有一定危險(xiǎn)，但可以自己擺脫，所以基本也構(gòu)不成致命的危險(xiǎn)。當(dāng)電流增大到一定程度，觸電者將因肌肉收縮，發(fā)生痙攣導(dǎo)致抓緊帶電體，不能自己擺脫。 ③室顫階段。隨電流加大和觸電時(shí)間延長(一般大于50mA和ls)，將導(dǎo)致發(fā)生心室顫動，如果不立即斷開電源，將會導(dǎo)致死亡。由此可以看出，心室顫動是人體觸電致死的最主要原因。所以，對人的保護(hù)，常用不引起心室顫動，作為確定電擊保護(hù)特性的依據(jù)。

　　8. “30mA·s”的安全性是什么?

　　答：通過大量的動物試驗(yàn)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(shí)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(shí)間在ls以內(nèi)時(shí)，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(shí)間很短而通人電流較大時(shí)(例如500mA×0.1s)，仍然會有引發(fā)心室顫動的危險(xiǎn)。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(shí)踐證明，用30 mA·s作為電擊保護(hù)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(gè)安全限值可以看出，即使電流達(dá)到100mA，只要漏電保護(hù)器在0.3s之內(nèi)動作并切斷電源，人體尚不會引起致命的危險(xiǎn)。故30mA·s這個(gè)限值也成為漏電保護(hù)器產(chǎn)品的選用依據(jù)。

　　9. 哪些用電設(shè)備需安裝漏電保護(hù)器?

　　答：《施工現(xiàn)場臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，“施工現(xiàn)場所有用電設(shè)備，除作保護(hù)接零外，必須在設(shè)備負(fù)荷線的首端處設(shè)置漏電保護(hù)裝置。”以上規(guī)定講了三個(gè)方面： ①施工現(xiàn)場所有用電設(shè)備都要裝設(shè)漏電保護(hù)器。因?yàn)榻ㄖ┕ぢ短熳鳂I(yè)、潮濕環(huán)境、人員多變，再加上設(shè)備管理環(huán)節(jié)薄弱，所以用電危險(xiǎn)性大，要求所有用電設(shè)備包括動力及照明設(shè)備、移動式和固定式設(shè)備等。當(dāng)然不包括使用安全電壓供電和隔離變壓器供電的設(shè)備。 ②原有按規(guī)定進(jìn)行的保護(hù)接零(接地)措施仍按要求不變，這是安全用電的最基本的技術(shù)措施不能拆除。 ③漏電保護(hù)器安裝在用電設(shè)備負(fù)荷線的首端處。這樣做的目的，對用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的同時(shí)，也對其負(fù)荷線路進(jìn)行保護(hù)，防止由于線路絕緣損壞造成的觸電事故。

　　10. 為什么進(jìn)行了保護(hù)接零(接地)后，還要加裝漏電保護(hù)器?

　　答：無論保護(hù)接零還是接地措施，其保護(hù)范圍都是伺限的。例如“保護(hù)接零”，就是把電氣設(shè)備的金屬外殼與電網(wǎng)的零線連接，并在電源側(cè)加裝熔斷器。當(dāng)用電設(shè)備發(fā)生碰殼故障(某相與外殼碰觸)時(shí)，則形成該相對零線的單相短路，由于短路電流很大，迅速將保險(xiǎn)熔斷，斷開電源進(jìn)行保護(hù)。其工作原理是把“碰殼故障”改變?yōu)椤皢蜗喽搪饭收稀?，從而獲取大的短路電流切斷保險(xiǎn)。然而，工地的電氣碰殼故障并不頻繁，經(jīng)常發(fā)生的是漏電故障，如設(shè)備受潮、負(fù)荷過大、線路過長、絕緣老化等造成的漏電，這些漏電電流值較小，不能迅速切斷保險(xiǎn)，因此，故障不會自動消除而長時(shí)間存在。但這種漏電電流對人身安全已構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。所以，還需要加裝靈敏度更高的漏電保護(hù)器進(jìn)行補(bǔ)充保護(hù)。

　　11. 漏電保護(hù)器的種類有哪些?

　　答：漏電保護(hù)器按不同方式分類來滿足使用的選型。如按動作方式可分為電壓動作型和電流動作型;按動作機(jī)構(gòu)分，有開關(guān)式和繼電器式;按極數(shù)和線數(shù)分，有單極二線、二極、二極三線等等。下面按動作靈敏度和按動作時(shí)間分類： ①按動作靈敏度可分為： 高靈敏度：漏電動作電流在30mA以下; 中靈敏度：30~1000mA; 低靈敏度：1000mA以上。 ②按動作時(shí)間可分為： 快速型：漏電動作時(shí)間小于0.ls;延時(shí)型：動作時(shí)間大于0.1s，在0.1-2s之間;反時(shí)限型：隨漏電電流的增加，漏電動作時(shí)間減小。當(dāng)額定漏電動作電流時(shí)，動作時(shí)間為0.2~1s;1.4倍動作電流時(shí)為0.1，0.5s;4.4倍動作電流時(shí)為小于0.05s。

　　12. 電子式與電磁式漏電保護(hù)器有何不同?

　　答：漏電保護(hù)器按脫扣方式不同分為電子式與電磁式兩類： ①電磁脫扣型漏電保護(hù)器，以電磁脫扣器作為中間機(jī)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生漏電電流時(shí)使機(jī)構(gòu)脫扣斷開電源。這種保護(hù)器缺點(diǎn)是：成本高、制作工藝要求復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)是：電磁元件抗干擾性強(qiáng)和抗沖擊(過電流和過電壓的沖擊)能力強(qiáng);不需要輔助電源;零電壓和斷相后的漏電特性不變。 ②電子式漏電保護(hù)器，以晶體管放大器作為中間機(jī)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生漏電時(shí)由放大器放大后傳給繼電器，由繼電器控制開關(guān)使其斷開電源。這種保護(hù)器優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高(可到5mA);整定誤差小，制作工藝簡單、成本低。缺點(diǎn)是：晶體管承受沖擊能力較弱，抗環(huán)境干擾差;需要輔助工作電源(電子放大器一般需要十幾伏的直流電源)，使漏電特性受工作電壓波動的影響;當(dāng)主電路缺相時(shí)，保護(hù)器會失去保護(hù)功能。

　　13. 漏電斷路器有哪些保護(hù)功能?

　　答：漏電保護(hù)器主要是當(dāng)用電設(shè)備發(fā)生漏電故障時(shí)提供保護(hù)的裝置，安裝漏電保護(hù)器時(shí)，應(yīng)另外安裝過流保護(hù)裝置。當(dāng)采用熔斷器作為短路保護(hù)時(shí)，其規(guī)格的選用應(yīng)與漏電保護(hù)器的通斷能力相適應(yīng)。目前廣泛采用了將漏電保護(hù)裝置與電源開關(guān)(自動空氣斷路器)組裝在一起的漏電斷路器，這種新型的電源開關(guān)具有短路保護(hù)、過載保護(hù)、漏電保護(hù)和欠壓保護(hù)的效能。安裝時(shí)簡化了線路，縮小了電箱的體積和便于管理。漏電斷路器銘牌型號其含義如下：使用時(shí)應(yīng)注意，因?yàn)槁╇姅嗦菲骶哂卸嘀胤雷o(hù)性能，當(dāng)發(fā)生跳閘時(shí)，應(yīng)具體分清故障原因：當(dāng)漏電斷路器因短路分?jǐn)鄷r(shí)，須開蓋檢查觸頭是否有燒損嚴(yán)重或凹坑;當(dāng)因線路過載跳閘時(shí)，不能立即重新閉合。由于斷路器裝有熱繼電器作為過載保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)大于額定電流時(shí)，雙金屬片彎曲使觸頭分開，必須待雙金屬片自然冷卻恢復(fù)原狀后，方可使觸頭重新閉合。當(dāng)因漏電故障造成的跳閘時(shí)，必須查明原因排除故障后，方可重新合閘，嚴(yán)禁強(qiáng)行合閘。漏電斷路器發(fā)生分?jǐn)嗵l時(shí)，L般手柄處于中間位置，當(dāng)重新閉合時(shí)，需先將操作手柄向下扳動(分?jǐn)辔恢?，使操作機(jī)構(gòu)重扣合，再向上進(jìn)行合閘。漏電斷路器可用于容量較大(大于4.5kw)的動力線路不頻繁操作的開關(guān)電器。

　　14. 如何選用漏電保護(hù)器?

　　答：選擇漏電保護(hù)器應(yīng)按照使用目的和根據(jù)作業(yè)條件選用： 按保護(hù)目的選用： ①以防止人身觸電為目的。安裝在線路末端，選用高靈敏度，快速型漏電保護(hù)器。 ②以防止觸電為目的與設(shè)備接地并用的分支線路，選用中靈敏度、快速型漏電保護(hù)器。 ③用以防止由漏電引起的火災(zāi)和保護(hù)線路、設(shè)備為目的的干線，應(yīng)選用中靈敏度、延時(shí)型漏電保護(hù)器。 按供電方式選用： ①保護(hù)單相線路(設(shè)備)時(shí)，選用單極二線或二極漏電保護(hù)器。 ②保護(hù)三相線路 (設(shè)備)時(shí)，選用三極產(chǎn)品。 ③既有三相又有單相時(shí)，選用三極四線或四極產(chǎn)品。在選定漏電保護(hù)器的極數(shù)時(shí)，必須與被保護(hù)的線路的線數(shù)相適應(yīng)。保護(hù)器的極數(shù)是指內(nèi)部開關(guān)觸頭能斷開導(dǎo)線的根數(shù)，如三極保護(hù)器，是指開關(guān)觸頭可以斷開三根導(dǎo)線。而單極二線、二極三線、三極四線的保護(hù)器，均有一根直接穿過漏電檢測元件而不斷開的中性線，在保護(hù)器外殼接線端子標(biāo)有"N"字符號，表示連接工作零線，此端子嚴(yán)禁與PE線連接。應(yīng)當(dāng)注意：不宜將三極漏電保護(hù)器用于單相二線(或單相三線)的用電設(shè)備。也不宜將四極漏電保護(hù)器用于三相三線的用電設(shè)備。更不允許用三相三極漏電保護(hù)器代替三相四極漏電保護(hù)器。

　　15. 按照分級配電的要求，電箱應(yīng)該有幾種設(shè)置?

　　答：施工現(xiàn)場一般按三級配電，所以電箱也應(yīng)按分級設(shè)置，即在總配電箱下，設(shè)分配電箱，分配電箱以下設(shè)開關(guān)箱，開關(guān)箱以下就是用電設(shè)備。配電箱是配電系統(tǒng)中，電源與用電設(shè)備之間送電和配電的中樞環(huán)節(jié)，是專門用作分配電力的電氣裝置，各級配電都是經(jīng)過配電箱進(jìn)行的。總配電箱控制整個(gè)系統(tǒng)的配電，分配電箱控制每一支路的配電。開關(guān)箱是配電系統(tǒng)的最末端，再往下就是用電設(shè)備，每臺用電設(shè)備由自己專用的開關(guān)箱控制，實(shí)行一機(jī)一閘。不得幾臺設(shè)備合用一個(gè)開關(guān)箱，防止誤操作事故;也不要把動力與照明控制合置在一個(gè)開關(guān)箱內(nèi)，防止因動力線路故障影響照明。開關(guān)箱上接電源下接用電設(shè)備，操作頻繁、危險(xiǎn)性大，必須引起重視。電箱內(nèi)各電器元件的選擇，必須與線路和用電設(shè)備相適應(yīng)。電箱安裝垂直、牢固，周圍留有操作空間，地面無積水、無雜物，附近無熱源、無振動，電箱應(yīng)防雨、防塵。開關(guān)箱距離被控制的固定設(shè)備不應(yīng)超過3m。

　　16. 為什么要采用分級保護(hù)?

　　答：因?yàn)榈蛪汗┡潆娨话愣疾捎梅旨壟潆姟Ｈ绻辉诰€路末端(開關(guān)箱內(nèi))安裝漏電保護(hù)器，雖然發(fā)生漏電時(shí)，能斷開故障線路，但保護(hù)范圍小;同樣，若只在分支干線(分配箱內(nèi))或干線(總配電箱內(nèi))安裝漏電保護(hù)器，雖然保護(hù)范圍大，如果某一用電設(shè)備漏電跳閘時(shí)，將造成整個(gè)系統(tǒng)全部停電，既影響無故障設(shè)備的正常運(yùn)行，又不便查找事故，顯然這些保護(hù)方式都有不足之處。因此，應(yīng)接線路和負(fù)載等不同要求，在低壓干線、分支線路和線路末端，分別安裝具有不同漏電動作特性的保護(hù)器，形成分級漏電保護(hù)網(wǎng)。分級保護(hù)時(shí)，各級選用保護(hù)范圍應(yīng)相互配合，保證在末端發(fā)生漏電故障或人身觸電事故時(shí)，漏電保護(hù)器不越級動作;同時(shí)要求，當(dāng)下級保護(hù)器發(fā)生故障時(shí)，上級保護(hù)器動作，補(bǔ)救下級失靈的意外情況。實(shí)行分級保護(hù)，可使每臺用電設(shè)備均有兩級以上的漏電防護(hù)措施，不僅對低壓電網(wǎng)所有線路末端的用電設(shè)備創(chuàng)造了安全運(yùn)行條件和提供了人身安全的直接接觸與間接接觸的多重防護(hù)，而且可以最大限度地縮小發(fā)生故障時(shí)停電的范圍，且容易發(fā)現(xiàn)和查找故障點(diǎn)，對提高安全用電水平和降低觸電事故、保障作業(yè)安全有著積極的作用。