建筑电气工程中的剩余电流动作保护技术探究徐文豪

建筑电气工程中的剩余电流动作保护技术探究徐文豪

徐文豪

(上海爱文人才服务有限公司上海200232)

摘要：在建筑工程行业快速发展的今天，建筑工程呈现出复杂性的特征，由于人们对建筑空间内的功能性要求越来越高，也为了满足人们日益增长的居住需求，在建筑工程中的电气工程技术也越来越多样化。电气工程的质量直接关系到建筑工程的使用功能。从现阶段电气工程的设计现状来看，怎样提升电气工程的安全性已经成为重点关注的问题。剩余电流动作保护技术的应用可以从技术上提升电气设备运行的可靠性与安全性。文中就从分析剩余电流动作保护技术的工作原则入手，对该技术在建筑工程中的应用展开研究。

关键词：建筑工程；电气工程；剩余电流动作保护技术

引言

电气工程作为建筑工程中的配套工程，其安全性和可靠性会直接关系到人们的生命安全和财产安全。在针对电气工程进行设计时，既要保障应用性，又要保障安全性，在其中设置剩余电流动作保护装置时，可以有效降低防直接接触电击措施因故失效时的安全事故。在具体工程中，应根据功能需求，综合考虑剩余电流动作保护技术的使用范围等，并采取适当的技术措施加以防护，从而保障电气工程的可靠运行。

1剩余电流动作保护装置概述

在正常工作条件下，接通负载和断开电流；而当电路的剩余电流在规定的条件下达到其规定值时，引起触头动作而断开主电路的一种保护器。剩余电流装置可能是检测剩余电流和接通及断开主电路电流的各种元件的组合体。剩余电流动作保护器简称剩余电流保护器（RCD），其功能是检测供电回路的剩余电流，将其与基准值相比较，当剩余电流超过该基准值时分断被保护电路。

2剩余电流动作保护装置的工作原理

剩余电流动作保护装置主要是由三部分组成如图1所示，包括检测元件、中间放大环节、操作执行机构。其次，还具有辅助电源和试验装置。被保护主电路的相线和中性线穿过环行铁心构成了互感器的一次线圈N1，均匀缠绕在环行铁心上的绕组构成了互感器的二次线圈N2。检测元件的作用是将漏电电流信号转换为电压或功率信号输出给中间环节。剩余电流保护所检测的是三相电流加中性导体电流的相量和，即剩余电流IPe=Iu十lv十lw十In。三相四线配电线路正常运行时，即使三相负荷不平衡，剩余电流也只是线路泄露电流；当某一相发生接地故障时，则检测的三相电流加中性线电流的向量和不为零，而等于接地故障电流Ipe(G)。当电流达到一定值后，分励脱扣器自动脱扣开关，切断电源。

图1剩余电流动作保护装置框图

3剩余电流动作保护装置的作用

3.1保障人身安全

人身电击分为直接接触电击和间接接触电击，直接接触电击防护是指电气装置没有发生故障而是在正常运行时，人体不慎触及带电部分的电击事故的防护。就通过人体的一条给定的电流通路而言，对人的危险主要取决于电流的数值和通电时间。它的大小取决于接触电压和人体阻抗，然而人体阻抗的数值又和若干因素有关，特别是电流路径，接触电压、电流的持续时间、频率、皮肤潮湿程度、接触表面积、施加的压力和温度。因此，剩余电流动作保护只能作为直接接触电击防护的附加防护。上海住宅设计标准中规定，住户配电箱内总断路器或每个出线回路断路器应具有剩余电流保护功能。而在条文说明中也指出，增加剩余电流功能主要是考虑人身安全和防止电气火灾。如果每个插座配电回路均具有剩余电流保护功能，那么总断路器可以没有剩余电流保护功能。另一种是间接接触保护装置，当电气装置因绝缘破损发生接地故障，原本不带电压的电气设备外露可导电部分因此带对地故障电压，人体接触后遭受电击。普通家庭使用用电设备时有经常使用带有频繁插入拔出的插头的习惯，同时大部分居民住宅没有专门的接地保护措施。当用电设备发生绝缘破损、碰壳等绝缘故障时，设备外壳可能呈现出故障电压从而发生触电伤亡事故。

3.2防止电气火灾的发生

火灾的酿成必须具备起火源、可燃物和氧气三个条件。在建筑物中因电气装置设计安装不当，通常造成电的原因而形成起火源。电起火源通常以高温、电火花的形式出现，一般由短路、接触不良和电气装置布置不当造成。根据统计由短路引起的火灾占电气火灾的多半。就我国电气火灾的现状而论，防止短路起火是防电气火灾的重点。而在电气线路短路起火中，接地故障电弧引起的火灾远多于带电导体之间的电弧引起的火灾。因为接地故障发生的几率远大于带电导体间短路的几率。根据国外消防资料和我国一些短路火灾案例的分析，所谓短路起火实际上绝大部分为电弧接地故障起火。无论是金属性短路还是电弧性短路，都能用RCD及时有效的切断电源或发出信号，测试结果说明300mA以上的电弧能量才能引燃近旁可燃物起火，而RCD对接地故障的动作灵敏度完全可以满足要求，因此采用剩余电流动作保护装置来防止电气火灾是非常简单有效的。

4建筑电气工程中剩余电流动作保护技术的应用对象

1）根据有关规范规定，以下电气设备及其配电线路需设置剩余电流动作保护：①室外工作场所的电气设备；②潮湿或环境特别恶劣场所的电气设备；③移动式和手持式电气设备；④家用电器配电回路或插座配电回路；⑤属于TT系统供电的电气设备；⑥医疗电气设备、急救及手术用电设备的漏电保护宜作用于报警。2）从电气设备所处环境来看，剩余电流动作保护技术又称漏电保护在建筑电气工程中的应用对象可分为两类，具体如下：①施工设备漏电保护。在建筑工程的施工中，除了使用各种重型机械，还使用大量的电气设备，这类电气设备往往功率较大，会在供配电线路中形成大电流。由于施工现场相对恶劣的环境条件，容易产生电气线路老化、破损，这时就会出现漏电问题。为保护电气系统的运行安全，电气系统中设置了相应的漏电保护装置，漏电保护装置会在第一时间发现系统中存在的问题，并在第一时间联动相应的电气开关切断电源，避免漏电问题造成安全事故。那些金属外壳直接裸露的施工设备，出现漏电问题时，现场人员很容易触电。施工设备漏电造成的后果十分严重，所以在漏电保护技术的应用中，需要合理确定漏电保护装置的漏电动作电流整定值及动作时间整定值，保证漏电保护装置在第一时间切断电源。国家有关部门已有建筑施工现场的相关工作标准规定，须按此标准规定形成一个完整可靠的漏电保护系统。对于大功率的电气设备，产生漏电的几率相对较高，需要设置针对这类大功率电气设备的漏电保护装置，而对于其它小型电气设备，可以按片区为单位，进行漏电保护装置的设计及装设。②电气设备漏电保护。在电气设备的漏电保护技术应用中，首先要进行漏电保护装置的选择。需要选择的参数包括漏电保护装置的运行参数、可匹配的设备额定功率、动作整定值、使用寿命等，通过对各种参数的分析选择，确定满足规范规定的漏电保护装置及其参数。其次为漏电保护装置的保护范围。在建筑电气工程中，设置多个漏电保护装置为整个电气系统提供安全保护功能，设计漏电保护时，需要综合分析所选方案的优劣及技术经济性，分析的内容还包括各种电气设备的功率、电流、是否有人触碰等情况。对某些在运行中电流波动较大的大功率电气设备，要求单独设置专用漏电保护装置，以保证电气系统的运行稳定性及可靠性；对于较小功率的电气设备，可以按区域划分并结合供配电系统的回路划分情况，设置相应的漏电保护装置。最后为漏电保护装置的安装位置。通常情况下，漏电保护装置对运行环境的要求较高，尤其需要避免潮湿、高温环境。在整个系统的设计中，需要分析建筑电气工程的具体布局情况，分析漏电保护装置的合理安装位置，分析是否需要设置额外线缆，使漏电保护装置与电气系统有效衔接。

5剩余电流动作保护技术在建筑电气工程中的应用

在电气设备长时间使用的过程中，容易产生线路老化的问题。一般而言，电气工程中出现漏电或者短路现象时，漏电保护装置就会直接切断电源，降低漏电或者短路故障的影响范围，同时也可起到保障用电安全的重要作用。具体电气工程中，进行剩余电流动作保护装置选择时需要综合考虑剩余电流动作保护装置的安装位置、可靠性、选择性、不同场景的应用。

5.1剩余电流动作保护装置的安装

剩余电流动作保护器的安装位置也会直接影响到其自身的作用。由于建筑电气工程存在复杂性的特征，在不同功能空间内的电气设备运行环境不同，这也为剩余电流动作保护器的安装施工带来了较大难度。在实际工程中，应综合分析各个空间的使用功能和用电特点，在特定的位置空间设置保护装置，从根本上提升剩余电流动作保护装置的应用性能。在一些高温及湿度较大的建筑空间内，电气设备和线路绝缘水平降低，人体自身阻抗也会随之降低，为了提升该区域的用电安全，除了在此处设置剩余电流动作保护装置，以便于能够在发生接地故障的第一时间切断电源，更应该采用安全电压。进行剩余电流动作保护器安装时，需要遵循灵活性的原则，依据电气工程的运行特点以及电气设备的使用状况适当安装剩余电流动作保护装置，使其能够充分发挥自身的安全保护作用，保障电气工程的安全运行。

5.2剩余电流动作保护装置的可靠性

可靠性:指保护该动作时动作，不该动作时不动作。剩余电流保护装置的I△n要充分考虑电气线路和设备的对地泄露电流，必要时可通过实际测量取得被保护线路或设备的对地泄露电流值。因季节性变化引起对地泄露电流值变化时，应考虑采用动作电流可调式剩余电流保护装置。针对剩余电流动作保护装置的配置，在电气工程中，剩余电流动作保护器产品标准规定：不动作泄漏电流值为1／2额定值。一个额定值为30mA的剩余电流动作保护器，当正常泄漏电流值为15mA时保护器是不会动作的，超过15mA保护器动作是产品标准允许的。表2中数据可视为一户住宅常用电器正常泄漏电流值，约为5mA。一个额定值同样是300mA的剩余电流动作保护器，如果动作电流值为180mA，可以带30多户，如果动作电流值为230mA，可以多带10户。必须说明的是每户常用电器正常泄漏电流不是一个固定值如图2，其他非住户用电负荷如公共照明等的正常泄漏电流也没有计算在内。

图2常用电器正常泄露电流参考值

5.3剩余电流动作保护装置的选择性

选择性：指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。避免故障范围扩大。装设剩余电流动作保护装置的目的，是为了保证人身安全，但同时不能牺牲电气系统运行的可靠性。为此，剩余电流动作保护装置需分级配置如图3。第一级为末端回路上安装的瞬动RCD，其5倍I△n的最大动作时间为0.04S。第二级为建筑物电源进线处安装的延时型RCD，其最大切断时间为0.15S，最小不动作时间为0.05S。第二级的作用是作为第一级的后备保护，更重要的是当建筑物内任意一处发生电弧性接地故障时，它都能有效切断电源以防止最常见的接地电弧火灾发生。在大型建筑物内可装设如图所示的第三级RCD。第三级RCD为固定延时型。这级RCD可采用分离式的电流互感器，经过一个继电器动作于信号。

图3建筑物内的多级RCD保护

5.4剩余电流动作保护装置在住宅项目的应用

家庭用电设备在使用过程中会出现老化、破损、受潮等情况。在这些情况下会出现短路问题，造成局部区域的温度异常升高，从而引发电气火灾、人身触电等事故，给人的身心和财产带来极大的损失，所以正确安装和使用剩余电流动作保护装置是避免出现上述后果的一种有效措施。在装有剩余电流动作保护器保护的电气回路中，人体一旦接触带电导体或是带电外壳，剩余电流动作保护装置就会立即做出反应，当漏电电流达到一定值时，剩余电流动作保护装置中的电磁装置就会自动触发开关跳闸，从而保护人身安全。

5.5剩余电流动作保护装置在建筑施工方面的应用

施工场地配有专门的临时变压器供电，接地系统宜采用TT系统。因TT系统可以在不同场地内分设互不关联的独立接地极引出PE线，可以避免故障电位顺着PE线传导，减少电击事故的发生。但因TT系统的接地故障电流很小，所以必须在每一回路上装设I△n≤30mA的瞬动RCD。在满足RB/RE≤50/U0-50公式时也可采用TN-S系统，当切断手握式或移动式施工工具时，其允许最长故障时间为0.2S。如不能满足0.2S的切断时间，仍需在供电回路上装设RCD。

结语

建筑工程中的电气工程安全一直以来都是人们所关注的重点问题，进行电气工程设计时，既要考虑到应用性能问题，又要考虑到用电安全问题。剩余电流动作保护技术在电气工程中的实施可以有效降低用电风险，对于一些潜在的隐患问题也具有一定的防范作用，可以在很大程度上提升电气工程的安全运行。需要说明的是剩余电流动作保护只能作为附加防护，不能替代防直接接触电击的基本措施，这是因为发生直接接触时，如果人体同时触及同一回路的两个不同电位带电导体时，人体遭受电击而RCD因互感器内磁场抵消是无法动作的。剩余电流动作保护作为保障电气安全的一种有效措施，提高了用电的安全性。当下，剩余电流动作保护装置可以有效的保障人的身命和财产安全，还能降低电气火灾的发生。综上所述，为了将剩余电流动作保护技术应用于建筑电气工程中，以保证建筑电气工程的可靠性和安全性，需要清楚剩余电流动作保护技术的应用对象，掌握剩余电流动作保护技术的基本原理，懂得剩余电流动作保护装置的安装位置、选择性及可靠性。

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