詳解漏電保護器的工作原理

漏電保護器電路原理圖介紹

圖中L為電磁鐵線圈，漏電時可驅動閘刀開關K1斷開，每個橋臂用兩只1N4007串聯(lián)可提高耐壓。R3、R4阻值很大，所以K1合上時，流經(jīng)L的電流很小，不足以造成K1斷開。R3、R4為可控硅T1、T2的均壓電阻，可以降低對可控硅的耐壓要求。K2為試驗按鈕，起模擬漏電的作用。按壓試驗按鈕K2，K2接通，相當于外線火線對地有漏電，這樣，穿過磁環(huán)的三相電源線和零線的電流的矢量和不為零，磁環(huán)上的檢測線圈的a、b兩端就有感應電壓輸出，此電壓立即觸發(fā)T2導通。由于C2預先有一定電壓，T2導通后，C2便經(jīng)R6、R5、T2放電，使R5上產(chǎn)生電壓觸發(fā)T1導通。T1、T2導通后，流經(jīng)L的電流增大，使電磁鐵動作，驅動開關K1斷開，試驗按鈕的作用是隨時可檢查本裝置功能是否完好。用電設備漏電引起電磁鐵動作的原理與此相同。R1為壓敏電阻，起過壓保護作用。

該斷路器原理簡單，零件少，維修方便，在更換零件時要注意零件的可靠性和參數(shù)應符合要求。

1. 什么是漏電保護器?

答：漏電保護器(漏電保護開關)是一種電氣安全裝置。將漏電保護器安裝在低壓電路中，當發(fā)生漏電和觸電時，且達到保護器所限定的動作電流值時，就立即在限定的時間內動作自動斷開電源進行保護。

2. 漏電保護器的結構組成是什么?

答：漏電保護器主要由三部分組成：檢測元件、中間放大環(huán)節(jié)、操作執(zhí)行機構。 ①檢測元件。由零序互感器組成，檢測漏電電流，并發(fā)出信號。 ②放大環(huán)節(jié)。將微弱的漏電信號放大，按裝置不同(放大部件可采用機械裝置或電子裝置)，構成電磁式保護器相電子式保護器。 ③執(zhí)行機構。收到信號后，主開關由閉合位置轉換到斷開位置，從而切斷電源，是被保護電路脫離電網(wǎng)的跳閘部件。

3. 漏電保護器的工作原理是什么?

答： ①當電氣設備發(fā)生漏電時，出現(xiàn)兩種異?，F(xiàn)象：

一是，三相電流的平衡遭到破壞，出現(xiàn)零序電流;

二是，正常時不帶電的金屬外殼出現(xiàn)對地電壓(正常時，金屬外殼與大地均為零電位)。

②零序電流互感器的作用漏電保護器通過電流互感器檢測取得異常訊號，經(jīng)過中間機構轉換傳遞，使執(zhí)行機構動作，通過開關裝置斷開電源。電流互感器的結構與變壓器類似，是由兩個互相絕緣繞在同一鐵心上的線圈組成。當一次線圈有剩余電流時，二次線圈就會感應出電流。

③漏電保護器工作原理將漏電保護器安裝在線路中，一次線圈與電網(wǎng)的線路相連接，二次線圈與漏電保護器中的脫扣器連接。當用電設備正常運行時，線路中電流呈平衡狀態(tài)，互感器中電流矢量之和為零(電流是有方向的矢量，如按流出的方向為“+”，返回方向為“-”，在互感器中往返的電流大小相等，方向相反，正負相互抵銷)。由于一次線圈中沒有剩余電流，所以不會感應二次線圈，漏電保護器的開關裝置處于閉合狀態(tài)運行。當設備外殼發(fā)生漏電并有人觸及時，則在故障點產(chǎn)生分流，此漏電電流經(jīng)人體?大地?工作接地，返回變壓器中性點(并未經(jīng)電流互感器)，致使互感器申流入、流出的電流出現(xiàn)了不平衡(電流矢量之和不為零)，一次線圈申產(chǎn)生剩余電流。因此，便會感應二次線圈，當這個電流值達到該漏電保護器限定的動作電流值時，自動開關脫扣，切斷電源。

4. 漏電保護器的主要技術參數(shù)有哪些?

答：主要動作性能參數(shù)有：額定漏電動作電流、額定漏電動作時間、額定漏電不動作電流。其他參數(shù)還有：電源頻率、額定電壓、額定電流等。 ①額定漏電動作電流 在規(guī)定的條件下，使漏電保護器動作的電流值。例如30mA的保護器，當通入電流值達到30mA時，保護器即動作斷開電源。 ②額定漏電動作時間是指從突然施加額定漏電動作電流起，到保護電路被切斷為止的時間。例如30mA×0.1s的保護器，從電流值達到30mA起，到主觸頭分離止的時間不超過0.1s。 ③額定漏電不動作電流在規(guī)定的條件下，漏電保護器不動作的電流值，一般應選漏電動作電流值的二分之一。例如漏電動作電流30mA的漏電保護器，在電流值達到15mA以下時，保護器不應動作，否則因靈敏度太高容易誤動作，影響用電設備的正常運行。 ④其他參數(shù)如：電源頻率、額定電壓、額定電流等，在選用漏電保護器時，應與所使用的線路和用電設備相適應。漏電保護器的工作電壓要適應電網(wǎng)正常波動范圍額定電壓，若波動太大，會影響保護器正常工作，尤其是電子產(chǎn)品，電源電壓低于保護器額定工作電壓時會拒動作。漏電保護器的額定工作電流，也要和回路中的實際電流一致，若實際工作電流大于保護器的額定電流時，造成過載和使保護器誤動作。

5. 漏電保護器的主要保護作用是什么?

答：漏電保護器主要是提供間接接觸保護，在一定條件下，也可用作直接接觸的補充保護，對可能致命的觸電事故進行保護。

6. 什么是直接接觸和間接接觸保護?

答：當人體接觸帶電體有電流通過人體時，就叫人體觸電。按照人體觸電的原因可分為直接觸電和間接觸電。直接觸電，是指人體直接觸及帶電體(如觸及相線)，導致的觸電。間接觸電，是指人體觸及正常情況下不帶電，故障情況下帶電的金屬導體(如觸及漏電設備的外殼)，導致的觸電。根據(jù)觸電的原因不同，對觸電所采取的防觸電措施也分為：直接接觸保護相間接接觸保護。直接接觸保護一般可采用絕緣、防護罩、圍欄、安全距離等措施;間接接觸保護一般可采用保護接地(接零)、保護切斷、漏電保護器等措施。

7. 人體觸電時的危險是什么?

答：人體觸電時，通入人體的電流越大相電流持續(xù)的時間越長就越危險。其危險程度大致可以劃分為三個階段：感知-擺脫-室顫。 ①感知階段。由于通入電流很小，人體能有感覺(一般大于0.5mA)，此時對人不構成危害; ②擺脫階段。指手握電極觸電時，人能擺脫的最大電流值(一般大于10mA)，此電流雖有一定危險，但可以自己擺脫，所以基本也構不成致命的危險。當電流增大到一定程度，觸電者將因肌肉收縮，發(fā)生痙攣導致抓緊帶電體，不能自己擺脫。 ③室顫階段。隨電流加大和觸電時間延長(一般大于50mA和ls)，將導致發(fā)生心室顫動，如果不立即斷開電源，將會導致死亡。由此可以看出，心室顫動是人體觸電致死的最主要原因。所以，對人的保護，常用不引起心室顫動，作為確定電擊保護特性的依據(jù)。

8. “30mA·s”的安全性是什么?

答：通過大量的動物試驗和研究表明，引起心室顫動不僅與通過人體的電流(I)有關，而且與電流在人體中持續(xù)的時間(t)有關，即由通過人體的安全電量Q=I×t來確定，一般為50mA·s。就是說當電流不大于50mA，電流持續(xù)時間在ls以內時，一般不會發(fā)生心室顫動。但是，如果按照50mA·s控制，當通電時間很短而通人電流較大時(例如500mA×0.1s)，仍然會有引發(fā)心室顫動的危險。雖然低于50mA·s不會發(fā)生觸電致死的后果，但也會導致觸電者失去知覺或發(fā)生二次傷害事故。實踐證明，用30 mA·s作為電擊保護裝置的動作特性，無論從使用的安全性還是制造方面來說都比較合適，與50 mA·s相比較有1.67倍的安全率(K=50/30=1.67)。從“30mA·s”這個安全限值可以看出，即使電流達到100mA，只要漏電保護器在0.3s之內動作并切斷電源，人體尚不會引起致命的危險。故30mA·s這個限值也成為漏電保護器產(chǎn)品的選用依據(jù)。

9. 哪些用電設備需安裝漏電保護器?

答：《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范》中規(guī)定，“施工現(xiàn)場所有用電設備，除作保護接零外，必須在設備負荷線的首端處設置漏電保護裝置。”以上規(guī)定講了三個方面： ①施工現(xiàn)場所有用電設備都要裝設漏電保護器。因為建筑施工露天作業(yè)、潮濕環(huán)境、人員多變，再加上設備管理環(huán)節(jié)薄弱，所以用電危險性大，要求所有用電設備包括動力及照明設備、移動式和固定式設備等。當然不包括使用安全電壓供電和隔離變壓器供電的設備。 ②原有按規(guī)定進行的保護接零(接地)措施仍按要求不變，這是安全用電的最基本的技術措施不能拆除。 ③漏電保護器安裝在用電設備負荷線的首端處。這樣做的目的，對用電設備進行保護的同時，也對其負荷線路進行保護，防止由于線路絕緣損壞造成的觸電事故。

10. 為什么進行了保護接零(接地)后，還要加裝漏電保護器?

答：無論保護接零還是接地措施，其保護范圍都是伺限的。例如“保護接零”，就是把電氣設備的金屬外殼與電網(wǎng)的零線連接，并在電源側加裝熔斷器。當用電設備發(fā)生碰殼故障(某相與外殼碰觸)時，則形成該相對零線的單相短路，由于短路電流很大，迅速將保險熔斷，斷開電源進行保護。其工作原理是把“碰殼故障”改變?yōu)?ldquo;單相短路故障”，從而獲取大的短路電流切斷保險。然而，工地的電氣碰殼故障并不頻繁，經(jīng)常發(fā)生的是漏電故障，如設備受潮、負荷過大、線路過長、絕緣老化等造成的漏電，這些漏電電流值較小，不能迅速切斷保險，因此，故障不會自動消除而長時間存在。但這種漏電電流對人身安全已構成嚴重的威脅。所以，還需要加裝靈敏度更高的漏電保護器進行補充保護。

11. 漏電保護器的種類有哪些?

答：漏電保護器按不同方式分類來滿足使用的選型。如按動作方式可分為電壓動作型和電流動作型;按動作機構分，有開關式和繼電器式;按極數(shù)和線數(shù)分，有單極二線、二極、二極三線等等。下面按動作靈敏度和按動作時間分類： ①按動作靈敏度可分為： 高靈敏度：漏電動作電流在30mA以下; 中靈敏度：30~1000mA; 低靈敏度：1000mA以上。 ②按動作時間可分為： 快速型：漏電動作時間小于0.ls;延時型：動作時間大于0.1s，在0.1-2s之間;反時限型：隨漏電電流的增加，漏電動作時間減小。當額定漏電動作電流時，動作時間為0.2~1s;1.4倍動作電流時為0.1，0.5s;4.4倍動作電流時為小于0.05s。

12. 電子式與電磁式漏電保護器有何不同?

答：漏電保護器按脫扣方式不同分為電子式與電磁式兩類： ①電磁脫扣型漏電保護器，以電磁脫扣器作為中間機構，當發(fā)生漏電電流時使機構脫扣斷開電源。這種保護器缺點是：成本高、制作工藝要求復雜。優(yōu)點是：電磁元件抗干擾性強和抗沖擊(過電流和過電壓的沖擊)能力強;不需要輔助電源;零電壓和斷相后的漏電特性不變。 ②電子式漏電保護器，以晶體管放大器作為中間機構，當發(fā)生漏電時由放大器放大后傳給繼電器，由繼電器控制開關使其斷開電源。這種保護器優(yōu)點是：靈敏度高(可到5mA);整定誤差小，制作工藝簡單、成本低。缺點是：晶體管承受沖擊能力較弱，抗環(huán)境干擾差;需要輔助工作電源(電子放大器一般需要十幾伏的直流電源)，使漏電特性受工作電壓波動的影響;當主電路缺相時，保護器會失去保護功能。

13. 漏電斷路器有哪些保護功能?

答：漏電保護器主要是當用電設備發(fā)生漏電故障時提供保護的裝置，安裝漏電保護器時，應另外安裝過流保護裝置。當采用熔斷器作為短路保護時，其規(guī)格的選用應與漏電保護器的通斷能力相適應。目前廣泛采用了將漏電保護裝置與電源開關(自動空氣斷路器)組裝在一起的漏電斷路器，這種新型的電源開關具有短路保護、過載保護、漏電保護和欠壓保護的效能。安裝時簡化了線路，縮小了電箱的體積和便于管理。漏電斷路器銘牌型號其含義如下：使用時應注意，因為漏電斷路器具有多重防護性能，當發(fā)生跳閘時，應具體分清故障原因：當漏電斷路器因短路分斷時，須開蓋檢查觸頭是否有燒損嚴重或凹坑;當因線路過載跳閘時，不能立即重新閉合。由于斷路器裝有熱繼電器作為過載保護，當出現(xiàn)大于額定電流時，雙金屬片彎曲使觸頭分開，必須待雙金屬片自然冷卻恢復原狀后，方可使觸頭重新閉合。當因漏電故障造成的跳閘時，必須查明原因排除故障后，方可重新合閘，嚴禁強行合閘。漏電斷路器發(fā)生分斷跳閘時，L般手柄處于中間位置，當重新閉合時，需先將操作手柄向下扳動(分斷位置)，使操作機構重扣合，再向上進行合閘。漏電斷路器可用于容量較大(大于4.5kw)的動力線路不頻繁操作的開關電器。

14. 如何選用漏電保護器?

答：選擇漏電保護器應按照使用目的和根據(jù)作業(yè)條件選用： 按保護目的選用： ①以防止人身觸電為目的。安裝在線路末端，選用高靈敏度，快速型漏電保護器。 ②以防止觸電為目的與設備接地并用的分支線路，選用中靈敏度、快速型漏電保護器。 ③用以防止由漏電引起的火災和保護線路、設備為目的的干線，應選用中靈敏度、延時型漏電保護器。 按供電方式選用： ①保護單相線路(設備)時，選用單極二線或二極漏電保護器。 ②保護三相線路 (設備)時，選用三極產(chǎn)品。 ③既有三相又有單相時，選用三極四線或四極產(chǎn)品。在選定漏電保護器的極數(shù)時，必須與被保護的線路的線數(shù)相適應。保護器的極數(shù)是指內部開關觸頭能斷開導線的根數(shù)，如三極保護器，是指開關觸頭可以斷開三根導線。而單極二線、二極三線、三極四線的保護器，均有一根直接穿過漏電檢測元件而不斷開的中性線，在保護器外殼接線端子標有N字符號，表示連接工作零線，此端子嚴禁與PE線連接。應當注意：不宜將三極漏電保護器用于單相二線(或單相三線)的用電設備。也不宜將四極漏電保護器用于三相三線的用電設備。更不允許用三相三極漏電保護器代替三相四極漏電保護器。

15. 按照分級配電的要求，電箱應該有幾種設置?

答：施工現(xiàn)場一般按三級配電，所以電箱也應按分級設置，即在總配電箱下，設分配電箱，分配電箱以下設開關箱，開關箱以下就是用電設備。配電箱是配電系統(tǒng)中，電源與用電設備之間送電和配電的中樞環(huán)節(jié)，是專門用作分配電力的電氣裝置，各級配電都是經(jīng)過配電箱進行的。總配電箱控制整個系統(tǒng)的配電，分配電箱控制每一支路的配電。開關箱是配電系統(tǒng)的最末端，再往下就是用電設備，每臺用電設備由自己專用的開關箱控制，實行一機一閘。不得幾臺設備合用一個開關箱，防止誤操作事故;也不要把動力與照明控制合置在一個開關箱內，防止因動力線路故障影響照明。開關箱上接電源下接用電設備，操作頻繁、危險性大，必須引起重視。電箱內各電器元件的選擇，必須與線路和用電設備相適應。電箱安裝垂直、牢固，周圍留有操作空間，地面無積水、無雜物，附近無熱源、無振動，電箱應防雨、防塵。開關箱距離被控制的固定設備不應超過3m。

16. 為什么要采用分級保護?

答：因為低壓供配電一般都采用分級配電。如果只在線路末端(開關箱內)安裝漏電保護器，雖然發(fā)生漏電時，能斷開故障線路，但保護范圍小;同樣，若只在分支干線(分配箱內)或干線(總配電箱內)安裝漏電保護器，雖然保護范圍大，如果某一用電設備漏電跳閘時，將造成整個系統(tǒng)全部停電，既影響無故障設備的正常運行，又不便查找事故，顯然這些保護方式都有不足之處。因此，應接線路和負載等不同要求，在低壓干線、分支線路和線路末端，分別安裝具有不同漏電動作特性的保護器，形成分級漏電保護網(wǎng)。分級保護時，各級選用保護范圍應相互配合，保證在末端發(fā)生漏電故障或人身觸電事故時，漏電保護器不越級動作;同時要求，當下級保護器發(fā)生故障時，上級保護器動作，補救下級失靈的意外情況。實行分級保護，可使每臺用電設備均有兩級以上的漏電防護措施，不僅對低壓電網(wǎng)所有線路末端的用電設備創(chuàng)造了安全運行條件和提供了人身安全的直接接觸與間接接觸的多重防護，而且可以最大限度地縮小發(fā)生故障時停電的范圍，且容易發(fā)現(xiàn)和查找故障點，對提高安全用電水平和降低觸電事故、保障作業(yè)安全有著積極的作用。