低压配电系统中漏电断路器的选用

吴平

摘 要：本文针对不同的低压配电系统，如何选用不同极数的漏电断路作为漏电保护进行了阐述。说明正确选择不同极数的漏电断路器，能有效地防止人身触电的发生，也可以防止因漏电而引发的电气火灾及设备损坏事故。

关键词：漏电断路器；配电系统；接地系统；开关极数

1 引言

低压配电系统中装设漏电断路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。漏电保护器在反应触电和漏电保护方面具有高灵敏性和动作快速性，这是其他保护电器，如熔断器、自动开關等无法比拟的。

2 漏电断路器的工作原理

漏电断路器（又称带剩余电流保护断路器）不仅具有过载、短路保护功能，而且还具有对间接接触提供人身保护；对直接接触提供补充人身保护；对电气设备的绝缘故障提供保护；对电子元件较多的电气设备的绝缘故障提供保护。

漏电断路器漏电保护部分是通过磁环感应器对剩余电流的检测，即检测被保护回路内瞬时电流的矢量和是否为零，判断对地泄漏电流的变化。在被保护电路工作正常、没有发生漏电或触电的情况下，剩余电流几乎为零，故它的动作整定值可以整定得很小（一般为mA级），当系统发生人身触电或设备外壳带电时，出现较大的剩余电流，漏电保护器则通过检测和处理这个剩余电流后驱动脱扣器可靠地动作，切断电源。

3 如何选用不同极数的漏电断路器

长期以来，电力安全运行及正确使用电能一直是人们关心的问题，而配电系统的正确接地既是有效保护技术，又是安全利用电能的重要方面。根据现行的国家标准《低压配电设计规范》，将低压配电系统分为三种，即TN、TT、IT三种形式。只有了解不同的配电系统的配线方式，正确的选用不同极数的漏电断路器，防止漏电断路器保护的误动和拒动，并在动作后能即时隔离危险带电部分，并防止滥用多极断路器，节约投资。

《低压配电设计规范》GB50054-2011的“术语”一章第2.0.12电气分隔，规定“将危险带电部分与所有其它电气回路和电气部件绝缘以及与地绝缘，并防止一切接触的保护措施”。在电气设备出现故障时，怎样隔离危险带电部分保证安全，这需视配电系统类别而定。

3.1 TN系统

TN系统：电源变压器中性点接地，设备外露部分与中性线相连，即过去的三相四线制供电系统中的保护接零。TN系统的电源中性点直接接地，并有中性线引出。按其保护线形式，TN系统又分为：TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统等三种。

（1）TN-C系统（三相四线制）

该系统的中性线（N）和保护线（PE）是合一的，该线又称为保护中性线（PEN）线，其作用是当接零的设备发生相与外壳接触时，可以有效地降低零线对地电压。它的优点是节省了一条导线，缺点是三相负载不平衡或保护中性线断开时会使所有用电设备的金属外壳都带上危险电压。当用电设备侧发生漏电现象（如相线对设备外壳绝缘击穿）时，“漏电电流”可能并未直接流入大地（或经大地流散的电流很微弱），而是经PEN通过N相回流，因此在TN-C系统中决不允许装四极开关。对于TN-C系统，PEN线是重复接地，不适合直接使用漏电断路器作为下级漏电保护。

（2）TN-S系统（三相五线制）

该系统的N线和PE线是分开的，从变压器起就用五线供电。它的优点是PE线在正常情况下没有电流通过，因此不会对接在PE线上的其他设备产生电磁干扰。当用电设备侧发生漏电现象（如相线对设备外壳绝缘击穿）时，“漏电电流”经PE线直接流入大地，漏电断路器动作切断电源。在TN-S系统中，由于中性线和保护线是分开的，即使N线断开，如三相负荷不平衡，中性点电位升高，但外壳无电位，PE线也无电位也不会影响PE线的保护作用。所以中性线可以经过开关，可以和开关三相一起通或断。IEC60364-4-46标准第461.2条也规定：“在TN-S系统中中性线不需要隔离和开关”。在选用漏电断路器为三相负荷保护时，可采用三极三线式，四极式四线式（三相），而单相负荷采保护时可用单极二线式，二极二线式（单相）。当作为电源保护时必须采用三极四线式或四极式四线式，主要是防止三相负荷不平衡时，漏电断路器的误动作。

（3）TN-C-S系统（三相四线与三相五线混合系统）

该系统从变压器到用户配电箱为四线制，中性线和保护地线是合一的；从配电箱到用户中性线和保护地线是分开的，所以它兼有TN-C系统和TN-S系统的特点。当电气设备发生单相碰壳，同TN-C系统；当N线断开，故障同TN-S系统。TN-C-S系统中由于PEN线上有电流流过，所以不得装设漏电保护设备，PE应重复接地，而N线不宜重复接地。PE线连接的设备外壳在正常运行时始终不会带电，所以TN-C-S系统提高了操作人员及设备的安全性。

图1 TN-C-S系统

进入建筑物后在单元总开关后与单元的接地极进行重复接地，然后就分开为PE线和N线如图1，此后N线对地绝缘，并且以后再不得将PE线与N 线合并，后端的设备接地保护必须是连接到PE，N线仅仅是工作零线。在IEC60364 标准和我国有关防电击标准中，建筑物内的总等电位联结都规定为各种接地系统内必不可少的基本防电击措施。当进行电气检修时，即使中性线没有隔离而带有从电源侧传导来的对地故障电压Uf，如图1中所示，但由于存在总等位联结的缘故，所有外露导电部分和装置外导电部分都处于同一电位水平Uf上，而不存在电位差，检修人员接触中性线时自然不会遭受电击，甚至连触电感觉都没有。因此在有总等电位联结的TN-C-S系统建筑物内不必隔离中性线。

因此，在TN-C-S系统中选择漏电断路器时，必须严格区分中性线和保护线。中性线可以经过漏电断路器，可以和断路器三相一起通或断，但保护线一定不能经过开关与断路器三相一起通或断。在使用三极四线式和四极四线式漏电断路器作漏电保护时，中性线可以接入漏电断路器。经过漏电断路器的中性线也可以和三相一起通或断，但之后就不得作为保护线。中性线作为工作零线在经过漏电断路器后不得在漏电断路器负荷侧重复接地，否则漏电断路器不能正常工作。采用三极四线式和单极二线式漏电断路器的支路，其工作零线只能作为本回路的零线，禁止与其他回路工作零线相连，其他线路或设备也不能借用已采用漏电断路器后的线路或设备的工作零线。

3.2 TT系统

TT系统的电源变压器中性点接地，电气设备外壳没有专用保护接地线（PE），即过去称三相四线制供电系统中的保护接地。我国农村电网一般都采用TT系统。如图2。

图2 TT系统

TT系统的电气装置的保护接地各有其自己的接地极，正常时装置内的外露导电部分为地電位，电源侧和各装置出现的故障电压不互穿。当一相发生接地故障时，因故障回路内包含两个接地电阻RE和RB，故障回路阻抗RE较大，故障电流Id较小，一般不能用过电流防护兼作接地故障防护。由于TT系统故障回路阻抗和故障电流是难以估算的，在切断接地故障前，TT系统外露导电体呈现对地电压Uf仍然超过50V，因此仍需按规定时间切断故障，当采用反时限特性过电流保护电器时，应不超过5s的时间内切断故障，但对于手握式和移动式设备应按接触电压来确定切断故障时间，这实际上难以做到的，所以TT系统通常采用漏电电流动作保护，在低压电网中设漏电总保护和漏电末级保护。

TT系统中当一相发生接地故障时，电源线路的中性线因相线接地而带危险电压Uf，但因中性线有绝缘而未发生事故，此故障得以持续存在，一旦中性线发生绝缘损坏发生碰外壳故障出现剩余电流，所装漏电断路断路器动作，但因三极漏电断路器（三相负荷）或单极漏电断路器单相负荷）无隔离中性线的作用，虽然电源切断了，但中性线上的危险电压Uf存现在设备外壳上，仍然能招致种种电气事故，因此漏电断路器应在中性线上设置断开点。在用漏电断路器为电源保护或三相负荷保护时，采用四极式（三相），而单相负荷采保护是用二极式（单相），在发生接地故障时，断开电源的同时断开中性。

3.3 IT系统

IT系统电源变压器中性点不接地（或通过高阻抗接地），而电气设备外壳没有专用保护接地线（PE） ，即过去称三相三线制供电系统的保护接地。如图3。

IT系统的电气装置带电导体与地绝缘，或电源的中性点经高阻抗接地，所有的外露导电部分和装置外导电部分经电气装置的接地极接地，在发生第一次接地故障时由于不具备故障电流返回的通路，其故障电流仅为两相非故障相对地电容容电流的相量和，其值甚小，因此在保护接地的接地电阻RA上产生的对地故障电压很低，不致引发电击事故，所以发生接地故障时不需要在IT系统中装设漏电断路器来切断电源而使供电中断，但必须设置能持续监测电气装置对地绝缘的仪器，它能在发生第一次接地故障时发出报警信号（报警声和/或闪光灯等）。迅速找出第一次故障和故障点并加以修复，以充分体现采用IT系统的优点，维持供电的不间断是IT系统的最大优点。我国对IT系统不甚了解，在现实供电系统中很少应用。

4 结束语

综上所述，漏电断路器极数的确定，应正确弄清漏电保护器本身的结构，了解负载对中性线有要求和设备所在配电系统的保护接地方式上。此外，采用漏电断路器后，人们对其它触电防护措施的重要性认识淡薄了，错误地将漏电断路器作为唯一的安全措施，放松了其它安全措施的实施，如连接保护线或接地线、采用绝缘防护物等。因此，在宣传推广安装漏电断路器的同时还要贯彻有关规程要求，做好安全管理，才能正确发挥漏电断路器的安全防护漏电的作用。

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