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电子式RCD和电磁式RCD的选用

2011-11-09 4页 pdf 278KB 50阅读

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电子式RCD和电磁式RCD的选用 电 子 式 RCD和 电 磁 式 RCD的 选 用 王厚余 (中国航空工业规划设计研究院,北京市 1o0o11) Selection of Electronic RCD and Electromagnetic RCD Wang Houyu (China Aeronautical Project and Design Institute,Beijing 10001 1,China) Abstract It is described that electronic RCD now widely used in ...
电子式RCD和电磁式RCD的选用
电 子 式 RCD和 电 磁 式 RCD的 选 用 王厚余 (中国航空工业规划研究院,北京市 1o0o11) Selection of Electronic RCD and Electromagnetic RCD Wang Houyu (China Aeronautical Project and Design Institute,Beijing 10001 1,China) Abstract It is described that electronic RCD now widely used in our country which act by means of the energy of residual voltage of power supply in the fault circuit are likely to refuse operation in the event of grounding fault,thus the reliability of which is not SO good as that of electromagnetic RCD which act by means of the electric energy of fault current.In order to ensure pe~onal safety, electronic RCD should be adopted according to the international standards for building electricity,or else electromagnetic RCD should be used. Also, it is suggested that low—voltage apparatus manufacturing industry should expand to produce cheap and reliable electromagnetic RCD. Key words Electronic RCD Electromagnetic RCD Electric shock protection Shoa—circuit protection Under—voltage protection “Neutral conductor broken’’ protection 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 电子式 RCD和 电磁式 RCD的选 用 (王厚余) 3 建箍电乞。 ________________I_ BUILDING 2口 1口 年 第2 期l ELECTR_ClTY 4 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 ∞ 。 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 1 TN—C—S系统内 RCD处故障残压过低 电子式 RCD可能拒动 Fig.1 If the fault residual voltage in the position of RCD in TN—C—S system is too low.electronic RCD may refuse operation 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: Zs zL+Z L.+ZPE+ZPEN 则故障电流为: Id: go|zS : Vo/( +Z£,+ZpE+ZPEN) (1) 在设备外壳上产生的接触电压为: = (ZpEN+ZpE) (2) 这时电子式 RCD端子上的电源故障残压却为: cD= ( ,+ZpE) (3) 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。 图 2 TN系统内中性线不导通 电子式 RCD拒动 Fig.2 If the neutral conductor in the TN system is broken, the electronic RCD will refllse operation 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: 电子式 RCD和 电磁式 RCD的选 用 f王厚余) 5 建裁电乞。 ———I_l——_—·■ BUlLDING 2口1口年第2 期l ELECTRlCI ¥ 6 — — 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 Electrical Installations)) (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 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 ,^ ≤ 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 盏_i; I| 1 王厚余. 低压电气装置的设计安装和检验.第二 版. 北京 :中国电力出版社 . 2008:131,161. 2009—10—19来稿
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