三极与四极漏电保护器的简单分析

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。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。但若负载是三角形接法，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。三极漏电保护器，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。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。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，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。正确使用漏电保护器图1是漏电保护器工作原理，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。试按按钮的时间每次不得超过1S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。 2 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: 一方面在发生触电或泄漏电流超过允许值时, 漏电保护器可有选择的动作; 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30 mA , 动作时间小于0.1 s 的漏电保护器。 3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-S 系统 整个系统的中性线与保护线是分开的。TN-C 系统 整个系统的中性线与保护线是合一的。TN-C-S 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