关于游乐设施漏电保护开关选型的一些思考

谢江山 赵浩杰 周叶盛

摘 要：相关国家标准中明确规定游乐设施必须要具备强大的防护能力，游乐设施的设计、制造、安装、使用应保证人身安全。选用漏电保护开关作为触电防护是游乐设施设计的常用技术手段，业界人士需要对漏电保护开关选型的原理、依据和方法等予以全面把握。本文基于漏电保护装置的原理，探讨了如何更加有效地选择漏电保护开关，阐明了具体的选择依据和方法，仅供参考。

关键词：游乐设施 漏电保护开关 安全 选择

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（b）-00-02

随着游乐设施越来越多，游乐设施发生事故也是屡见报端。其中触电事故高发而且影响巨大。大型游乐设备均包含电气控制系统，如果电气方面出现漏电故障，造成的后果将非常严重，因此必须要按照《大型游乐设施安全规范》《游乐设施安全技术检测规程》等规定加强游乐设备电气防护，选用正确的漏电保护装置，本文着重就漏电保护方面进行探讨。

1 漏电保护及其原理

漏电保护是指利用安装在电气回路中的漏电保护器（漏电保护开关）来断开故障回路电源而避免故障扩大的一种电气安全保护措施。当发生漏电或者触电时，漏电保护器检测到限定的动作电流值，并在在限定的时间内动作切断故障回路电源。

当电气线路中出现漏电故障时，一般会出现两种常见的现象。一是三相电流不平衡，出现零序电流；二是设备金属外壳带电，出现对地电压。漏电保护开关中的电流互感器检测到异常讯号时，开关中的中间机构转换传递该信号，并使执行机构动作，切断电源。漏电保护开关的电流互感器与电网线路连接，二次线圈与开关中的脱扣器连接，用电设备处于正常工况时，线路中的电流平衡，电流互感器感应的电流矢量和为零，此时一次线圈中不存在剩余电流，不会感应到二次线圈，开关处于闭合状态。当出现漏电并有物体触及时，故障点会出现电流分流，漏电保护开关的电流互感器出现剩余的电流，并感应到二次线圈，当剩余电流值达到保护开关限定电流值时，出现保护动作。漏电保护器原理如图1所示。

2 漏电保护开关选型

2.1 漏电保护开关选择根据

在确定漏电保护开关前，要明确人体触电的相关机制。需要用到漏电保护开关时，一般是因为人体间接触电，具体是指人体接触到正常情况下不带电，而故障时带电的金属导体导致的触电，人体触电最关键的影响因素是流过人体的电流值和持续时间，可参考公式Q=I·t，式中Q为安全电量；I为通过人体的电流；t为持续时间，一般情况下当电流在50mA以下时，不会引起人心室颤动。虽然低于50mA·s的电流不会致死，但是有很大可能会导致触电者失去知覺或者发生二次伤害。当然即使是以50mA·s作为保护标准，若瞬时通过人体的电流较大时，依然会导致心室颤动，比方说0.1s的时间内流过人体的电流为500mA，这会瞬间将人致死。大量实践证明，漏电保护装置最佳的保护动作标准以30mA·s为最佳，以该标准来论，比之50mA·s的限定电流安全率高1.67倍，并且即使是当流经人体的电流达到100mA，只要漏电保护开关在0.3s内动作并切断电源，就不会对人体造成致命伤害。

2.2 选型基本方法

首先，在选择漏电保护开关时，要充分关注游乐设施的额定电源电压和设备负载电压。基于这两个参数来选定漏电保护开关的额定电压，要求漏电保护开关额定电压必须要在额定电源电压或负载电压之上，否则开关的绝缘性能可能会下降，存在隐患。

其次，必须充分考虑游乐设备负载电流值，基于该参数来确定保护开关的额定电流，一般情况下保护开关的额定电流必须要比负载电流值要大，通常要有20%的余量，这可以比较好实现过载保护和短路保护。

第三，漏电保护开关额定短路通断能力应比其保护线路中的最大短路电流大，要考虑漏电保护开关的短路分断能力，其额定短路通断能力就要比最大短路电流大才能顺利的使脱扣器脱扣，瞬时熄弧而断开电源，如果能力不足则会导致设备在瞬时的短路电流下烧毁。

第四，若线路中存在泄漏电流，那么漏电保护开关的动作电流必须要大于2倍该泄漏电流，这是从相关国家标准中分析得出的结论。具体如表1所示。

第五，按照漏电保护开关的使用目的以及作业条件来进行选择。一般情况下在游乐设施电气控制系统当中，重点是要防止人体触电，并且在防触电的基础上要实现与设备接地并用线路的保护，同时还要防止漏电可能引起的火灾以起到保护设备、线路的目的。为此，针对保护人的目的，应选择高灵敏度，快速动作型漏电保护开关，并安装在线路末端，而与设备接地并用的分支线路应选择快速型中灵敏度漏电保护开关，在干线上要选用延时型中灵敏度的漏电保护开关。

基于上文对漏电保护开关选型的分析，针对防止人体触电的防护来说，要选择漏电保护动作电流在30mA以下的高灵敏度开关，漏电保护动作时间应在0.1s以内。一般情况下，总线路的泄漏电流是各个分支线路所泄漏电流的和，总线路额定动作电流需大于分支漏电保护开关的额定动作电流，这样分支线路的泄漏电流正常情况下不会对总线路的漏电保护开关产生影响使其动作。但是一旦分支线路中出现人体触电，这时后分支线路中的漏电电流就会是一个不确定的突变量，这就有可能出现大于总线路的漏电保护动作电流使总线路的保护开关动作，所以总线路的漏电保护开关应选延时型中灵敏度漏电保护开关。而分支线路中必须要保证漏电保护开关能有效动作，应选选高灵敏度的快速型漏电保护开关。

选择漏电保护开关极数时应特别注意电气控制系统的电源供电形式，必须要保证与被保护线路的线数一致。比如三相线路供电，就应选择三极产品。如果存在三相+单相供电设备，那么应选用三极四线或者四极产品。GB8408规定，大型游乐设施的低压配电系统接地形式应采用TN-S系统或采用TN-C-S系统，接地电阻10Ω以下，带电回路与地之间的绝缘电阻应在1MΩ以上。TN-S系统用四极产品，可以比较好地保护使用者的安全，但是必须要注意四极产品的N极必须接N线，绝对禁止接PE线或者PEN线。

2.3 游乐设施漏电保护开关选型注意事项

一般而言，游乐设备电气控制系统中，在选择漏电保护开关时，要充分考虑分级保护，并确保分级保护中各级漏电保护开关额定漏电动作电流和动作时间应协调配合。一般在游乐设施的低压供配电系统中，按三级进行保护，因为游乐设施的配电是在总配电箱下设分配电箱，再之下就是开关箱和各游乐设施用电设备。总配电箱是整个系统的中心点，分配电箱是每一个分支线路的中心点，开关箱则是配电系统的最末端，之下就是用电设备了，一个开关箱控制一台用电设备。按照这种配电形式，在选择漏电保护开关时也应采取三级保护。

3 结语

综上所述，游乐设备漏电保护开关是用于保护使用人不发生触电事故的重要技术手段。在相关规范中明确要求游乐设备电气控制中必须要装备漏电保护装置。而如何选择最为恰当的漏电保护装置则是一个非常重要的课题，漏电保护装置选择不好，是无法发挥出漏电保护应有作用的，本文对游乐设备的漏电保护开关选型进行了较为深入的分析，可能存在不足，但希望能够有一定参考价值。

参考文献

[1] 马晓明，丁平.某型漏电保护器的分析与改进[J].现代电子技术，2013（20）：18-20.

[2] 李晓明.漏电保护器的选择及应用[J].硅谷，2014（12）：507.

[3] 范程辉.论游乐设备电气控制漏电开关选型[J].科研，2016（10）：236.

[4] 姜志军.大型游乐设备的防雷和接地[J].科技风，2016（7）：152.