导读
在低压电网中，安装剩余电流动作保护器（简称RCD）是至关重要的，它能够有效预防人身触电、电气火灾以及电气设备损坏等安全事故。国际电工委员会已制定相关电气安装和用电规程，以促进RCD在低压电网中的广泛应用。本专题将深入探讨RCD的工作原理、安装方法、维护要点等关键技术问题。
1.RCD的工作原理
在低压配电线路中，各相电流（包括中性线）的矢量和若不为零，则会产生剩余电流。这种电流常被称为漏电电流，是常见的剩余电流形式之一。剩余电流保护技术通过RCD装置来实施，旨在预防电气事故的发生。
剩余电流保护装置的核心作用在于：
剩余电流保护装置的主要作用包括：
1）预防因剩余电流导致的单相电击事故。
2）防止由剩余电流引发的火灾和设备损坏事故。
3）检测并切断各类一相接地故障。
4）某些剩余电流保护装置还具备过载、过压、欠压和缺相保护功能。
这些保护装置的结构通常包含三个核心部分：检测元件，负责监测电流；中间环节，包含放大元件和比较元件，用于放大和比较检测到的电流信号；以及执行机构，根据比较结果切断电路。
剩余电流保护装置中，电流互感器通常选用空心环形互感器，其核心作用在于将一次回路中检测到的剩余电流转化为二次回路的输出电压。这一电压随后会被施加到剩余电流脱扣器的脱扣线圈上，从而触发脱扣器动作。或者，通过信号放大装置对电流信号进行放大后，再施加到脱扣线圈，同样能够使脱扣器作出反应。
（1）电子式RCD的工作原理
电子式RCD的工作原理如上图2所示。
在零序电流互感器的二次回路与脱扣器之间，引入了一个电子放大线路E。在电路一切正常的情况下，即没有发生人身电击、设备漏电或接地故障时，通过电流互感器一次侧的电流矢量之和为零。这导致在电流互感器内产生的磁通矢量和同样为零，进而在二次线圈中不会产生感应电压。因此，剩余电流保护装置能够维持正常供电。
然而，一旦电路中发生人身电击、设备漏电或故障接地等异常情况，设备接地电阻会产生一个接地电流。这时，互感器一次侧的电流矢量之和便不再为零，导致在互感器内产生的磁通矢量和也不为零。这将使得二次回路中产生一个感应电压，该电压可以直接或经过电子信号放大器后施加在脱扣线圈上，从而产生一个工作电流。这个感应电压的大小随着故障电流的增加而增加，当接地故障电流达到预定额定值时，脱扣线圈中的电流将足够大，足以推动脱扣机构动作，断开主开关电路，或触发报警装置发出报警信号。
（2）电磁式RCD的工作原理
电磁式RCD的工作原理图详见后续的图3。
电磁式剩余电流动作保护装置的核心部件是零序电流互感器，其工作原理依赖于电磁铁、衔铁、弹簧以及脱扣机构等中间环节。当电路正常工作时，各相电流的矢量和为零，导致零序电流互感器内磁通矢量和也为零，进而二次绕组无感应电压输出。此时，电磁铁线圈无电流通过，吸力与弹簧反作用力相平衡，衔铁保持闭合，脱扣机构不动，保护断路器同样不动作，电路得以持续供电。
然而，一旦发生剩余电流（如人身电击、设备漏电或接地故障），零序电流互感器一次侧的电流矢量和便不再为零。这将导致环形铁芯内产生交变磁通，进而在二次绕组中感应出电压。电磁铁线圈中的交流电流随之产生，与永久磁铁的磁通相互叠加，削弱电磁铁的吸力。在弹簧反作用力的作用下，衔铁被拉开，脱扣机构动作，最终导致断路器断开电源或触发报警装置。
此外，RCD还可以根据不同的分类标准进行划分。例如，根据检测信号和工作原理，RCD可分为电流动作型、交流脉冲型和电压动作型，其中电流型RCD因反映零序电流而得到广泛应用。另外，根据中间环节所采用的元件，RCD可分为电磁式和电子式，尽管目前市场上电子式RCD占据主导地位，但电磁式RCD仍具有一定市场份额。最后，根据功能的不同，RCD还可进一步细分。
2）剩余电流开关。
剩余电流动作断路器，是一种机械开关电器，旨在接通、承载并分断正常工作条件下的电流。在特定条件下，当剩余电流达到预定值时，该断路器能自动断开触头。与常规断路器相似，它不仅能控制主电路的通断，还具备检测和判断剩余电流的功能。一旦主回路中出现剩余电流或绝缘失效，剩余电流保护开关将依据其判断结果来决定是否断开主电路，以确保安全。
3）剩余电流继电器。
这是一种组合式剩余电流动作保护装置，其功能是在特定条件下，当剩余电流达到预定值时，发出相应的动作指令。该继电器主要负责对漏电电流进行检测和判断，但并不直接负责切断或接通主回路。它常与大电流自动开关一同使用，为低压电网提供全面的总保护，或作为主干路的剩余电流、接地及绝缘监视保护。
）剩余电流保护插座。此类插座不仅具备检测和判断剩余电流的能力，还能在必要时切断回路，确保电源安全。其灵敏度高，非常适合用于保护手持式电动工具、移动式电气设备，以及家庭、学校等民用场所。
）根据剩余动作电流的不同类型进行分类。
）高灵敏度型。额定剩余动作电流在30mA及以下的，归类为高灵敏度型。这种类型的设备主要用于预防各类人身触电事故。
）中灵敏度型。额定剩余动作电流介于30~1000mA范围内的，属于中灵敏度型。这类设备不仅可预防触电事故，还能防范漏电火灾。
）低灵敏度型。额定剩余动作电流超过1000mA的，被划分为低灵敏度型。它主要用于预防剩余电流引发的火灾，同时监视一相接地事故。
（5）按动作时间分类
接下来，我们还可以根据剩余动作电流的不同动作时间来进一步分类。
）快速型。此类剩余电流保护装置无人为延时，非常适合单级或分级保护的末级。在直接接触保护场合，其剩余电流限定为小于30mA。选择时，应确保其动作时间与动作电流的乘积不超过30mA·s。
）延时型。这类保护装置配备了人为延时功能，主要适用于分级保护的首级，仅适用于间接接触保护，且其剩余动作电流需大于30mA。常见的延时时间优选值为：0.2s、0.4s、0.8s、1s、1.5s和2s。
）反时限型。此类型保护装置专为配合电流-时间曲线而设计，特点是剩余电流越大，分断时间越短；反之则越长，非常适合直接接触保护。
接下来，我们探讨RCD的分级保护：
（1）概念
根据线路和负载的实际情况，结合不同的保护需求，在低压干线、分支线路以及线路末端，分别安装具备不同剩余电流动作特性的保护装置，从而构建起分级剩余电流保护网络。
（2）目的
采用分级保护的主要目的是在确保安全的前提下，尽可能缩小因人身电击事故或接地故障导致的停电范围。
（3）注意事项
在低压供配电系统中，通常采用分级配电的方式。若仅在线路末端（如开关箱内）安装保护装置，虽然能断开故障线路，但保护范围有限。同样，若只在分支干线或干线安装保护器，虽然保护范围广泛，但可能导致整个系统在某一用电设备因剩余电流跳闸时全部停电，既影响无故障设备的运行，也不利于事故查找。因此，在选择保护方式时，需要综合考虑用电负荷、线路情况以及保护需求。
（4）分级保护的形式与作用
根据用电负荷和线路的具体情况，分级保护一般可分为两级或三级。例如，在总电源端、分支线首端和线路末端都安装剩余电流动作保护装置，就构成了三级保护。这种全方位的保护方式能够最大程度地确保人身安全和系统稳定运行。
在总电源端、分支线首端和线路末端都安装剩余电流动作保护装置，就构成了三级保护。这种全方位的保护方式能够最大程度地确保人身安全和系统稳定运行。
4）第一级保护（总保护）。
它位于变压器低压侧，主要针对网络中的间接接触触电进行保护。虽然不具备直接防止人身触电的功能，但能够在达到设定值时可靠跳闸，从而确保低压主干线的安全，防止因接地故障引发的火灾和设备损坏。此外，它还能在架空线路出现断线、过负荷或短路等情况时迅速跳闸。
5）第二级保护（中级保护）。
这种保护通常在分支线路较长、负荷较大或用户较多的情况下设置，旨在缩小故障停电范围，提高供电的稳定性。中级保护装置设置在总保护与末端保护之间，当保护范围内出现故障性剩余电流时，它能将停电范围限制在该分支线路内。
6）末级保护。
它位于用户侧，主要目的是提供直接接触电击保护，确保人身安全。在各种使用场景下，当保护范围内剩余动作电流超过额定值的30mA时，末级保护装置能立即切断电源。
各级保护的配合情况如下表所示：
表：各级保护的分断时间
请注意，由于原始表格未提供具体数据，因此无法直接展示。但您可以根据实际需求和场景，假设或设定各级保护的分断时间，以便更好地理解和应用这些信息。
RCD的安装
剩余电流保护装置（RCD）的末端保护对于确保设备和场所的安全至关重要。以下是需要安装RCD的设备和场所的概述。
7.RCD的安装需求
为了确保电气安全，剩余电流保护装置（RCD）的安装显得尤为重要。以下设备和场所，应特别关注RCD的安装：
- Ⅰ类移动式电气设备及手持式电动工具
这些设备与人体直接接触，因此必须配备RCD以保障安全。
8. 生产用电气设备
在生产环境中，电气设备的正常运行至关重要，而RCD能有效预防因漏电引发的事故。
9. 施工工地的电气机械设备
施工工地的电气安全直接关系到工人的生命安全，因此必须严格遵守电气安全规范，包括安装RCD。
10. 户外电气装置
由于户外环境复杂多变，电气装置可能面临各种不可预见的风险，RCD的安装能够提供额外的保护。
11. 临时用电的电气设备
临时用电设备往往缺乏长期维护，容易发生电气故障，因此需要RCD来监测并预防潜在的安全问题。
机关、学校、宾馆、饭店、企事业单位及住宅的电源插座或插座回路（除壁挂式空调电源插座外）
这些场所的电气安全关系到众多人的生命财产安全，必须高度重视。游泳池、喷水池、浴池的电气设备
这些场所的电气设备长期处于潮湿环境中，容易发生漏电事故，因此需要RCD来监测并确保安全。安装在水中的供电线路和设备
水中的电气线路和设备面临着极高的电气安全风险，必须通过RCD的安装来预防潜在的安全问题。医院中可能直接接触人体的电气医用设备
这些设备与患者的生命安全息息相关，因此必须确保其电气安全，而RCD的安装是不可或缺的一环。剩余电流动作保护器的错误安装
（1）安装位置不当：剩余电流动作保护器的辅助电源通常取自被保护电源。因此，正确的安装顺序应为：电源→保护器→熔断器→用电设备。若保护器安装在熔断器之后，一旦熔丝熔断，保护器将失去电源，无法在触电时做出正确反应，可能导致触电事故。不过，对于无需辅助电源的保护器，此问题可忽略。
（2）零序TA安装位置不正确：在“三位一体”接地系统中，中性线应先穿过保护器的零序TA，再与配变外壳接地线和避雷器接地线共同接地。若中性线接地线和避雷器接地线先连接再穿过零序TA，雷电时可能会干扰保护器的正常运行。
12. 保护器的正确接线方式
在低压配电系统中，通常采用“保护器+保护线”的组合来进行保护。然而，由于接线错误，这种保护方式可能会引发保护器的误动或拒动，进而导致不良后果。因此，在使用这种保护方式时，必须确保接线正确，以确保保护器能够发挥其应有的保护作用。
）在TN系统中，当中性点直接接地并采用TN-C方式时，中性线必须穿过保护器的零序TA。而保护线在正常工作时无电流通过，因此不应穿过剩余电流动作保护器的零序TA。
）对于不带单相负荷的动力线路，由于负荷对称，其中性线无需穿过零序TA，只需采用三相保护器即可。单相负荷回路则应选用双极保护器，并按照TN-S或TNC-S方式配置保护线。
）在动力、照明混合线路中，应选用四极保护器。若采用中性点直接接地且保护线与N线共用的TN-C系统，PEN线需穿过零序TA，但TA后的PEN线仅作为工作N线使用，不得作为保护线。
）选定保护器后，若线路需进行重复接地，其接地点应选择在工作N线的输入端。例如，对于选用三极保护器的动力回路，由于其N线不经过零序电流互感器TA，因此对重复接地的选择无特别要求。
此外，使用保护器后，我们仍需重视其他触电防护措施。保护器并非唯一的安全保障，其他安全措施如连接保护线或接地线、使用绝缘防护物等同样重要，不容忽视。
1）剩余电流动作保护器主要在人体发生单相触电时起保护作用。
若人体对地处于绝缘状态，触及两根相线或一根相线与一根中性线时，保护器不会动作，即此时无保护作用。
2）为确保保护器的有效动作，其安装点后的线路必须对地绝缘。
若绝缘降低至漏电电流超过某一定值（约15mA），保护器会切断电源。因此，保持线路的良好绝缘至关重要，以避免误动作影响正常用电。
3）在低压电网的分级保护中，上级保护应选用延时型剩余电流动作保护器，其分断时间需比下级长0.1～0.2s以上，以确保逐级配合。
4）总保护与末级保护之间的剩余电流动作保护器，其额定剩余动作电流值应适中，且级差通常为1.2～2.5倍，以实现逐级配合。
5）总保护的额定剩余动作电流最大值在非阴雨季节不应超过75100mA，阴雨季节则增至200300mA；家用保护器的动作电流值应不大于30mA；移动式电力设备和临时用电设备的动作电流值为30mA。
6）当低压电网总保护采用电流型剩余电流动作保护器时，变压器中性点必须直接接地，且中性线不得重复接地，同时保持与相线相同的良好绝缘。
此外，保护器安装后的中性线与相线不得与其他回路共用。
7）为确保各相漏电电流均衡，照明及其他单相负荷应均匀分配到三相电源线上，偏差大时需调整。
当低压线路为地理线时，三相长度宜相近。
8）每月应对剩余电流动作保护器进行通电跳闸试验，检查其动作可靠性。
雷击或其他原因导致保护器动作后，应进行检查并重新试验。农村用电高峰季节应增加试跳次数；停用前的保护器需先试验一次。
9）测试工作应在电力部门指导下进行，包括动作特性、不动作电流、分断时间等项目。
同时测试低压电网的对地不平衡泄漏电流、绝缘电阻值等项目，并进行综合分析。
10）在模拟漏电动作试验中，应使用专用测量仪表由专业人员操作，严禁直接触碰接地装置进行试验。
保护器动作后需查明原因才能再次送电，严禁私自拆除强行送电。
5. 误动作原因分析
（1）低压电路开闭过电压导致的误动作
操作过程中产生的过电压，会通过负载侧的对地电容形成对地电流，进而触发零序电流互感器产生误动作。此外，过电压也可能从电源侧对保护器造成影响，如触发可控硅的控制极，导致误动作。
（2）分断空载变压器时高压侧过电压问题
针对这一问题，可以采取以下对策：①选用冲击电压不动作型保护器；②用正反向阻断电压较高的可控硅替换较低的，确保其大于1000V以上。
（3）雷电过电压引发的误动作
雷电过电压会通过导线、电缆和电器设备的对地电容影响保护器，造成误动作。为应对此问题，建议：①使用冲击过电压不动作型保护器；②选择延时型保护器以增加反应时间。
（4）剩余电流和电容电流导致的误动作
在三相对地电容差异不大的情况下，保护器通常不会动作。然而，如果开关电器各相合闸不同步或因跳动而使各相对地电容不均等充电，就会引发保护器误动作。为解决此问题，可以：①尽量减小导线的对地电容，如将其布置远离地面；②适当调大保护器的动作电流值；③确保保护器尽可能靠近负载安装；④在无法避免电容电流的地方，选用合闸同步性能良好的开关电器。
（5）高次谐波造成的误动作
特别是3次和9次谐波，它们属于零序对称制，容易通过电流对地泄漏电阻和对地电容使保护器误动作。为解决此问题，应：①尽量减少电源和负载产生的高次谐波；②减少电路的对地泄漏和对地电容；③确保保护器尽量靠近负载安装。
（6）负载侧变频器的影响
某些用户的电气设备如彩色胶印机等配备了变频器，这可能导致保护器误动作。为应对这一问题，可以：①从制造厂家角度提高保护器的抗干扰能力，例如采用双可控硅电路或分立元件线路板替代集成电路板；②从用户角度选择抗电磁干扰性能优越的产品。
（7）变压器并联运行产生的误动作
这主要是由于变压器并联运行时产生的环流干扰所致。为解决此问题，需对并联运行的变压器进行合理配置和控制。
电源变压器在并联运行时，由于各变压器的PE线阻抗差异，导致供给负载的电流不均衡。这种不平衡的电流会通过电源变压器的工作接地线形成一个回路，进而被零序电流互感器检测到，从而引发误动作。为了解决这一问题，我们可以将并联的两台电源变压器的中性点先连接起来，然后再进行接地。
另外，保护器的误动作也可能由于使用不当或负载侧中性线的重复接地引起。在三相四线电路中，如果使用三极剩余电流动作断路器，而中性线中的正常工作电流并不经过零序电流互感器，那么一旦启动单相负载，保护器就会误动作。此外，负载侧中性线的重复接地也会使正常的工作电流通过接地点分流到地，进而导致保护器误动作。为了避免这些误动作，我们可以采取以下措施：①在三相四线电路中使用四极保护器，或者将三相动力线路和单相线路分开，分别使用三级和两极的保护器；②增强中性线与地的绝缘；③排除零序电流互感器下口中性线的重复接地点。
6. 拒动作原因分析
（1）保护器自身问题
新投入使用或运行一段时间后的保护器出现拒动，可能的原因包括：①电子线路板上的某点虚焊；②零序电流互感器的副边线圈断线；③线路板上的电子元件受损；④脱扣线圈烧毁或断线；⑤脱扣机构卡住。
针对这些问题，应立即进行修理或更换新的保护器。
（2）安装接线错误
用户自行安装的分装式剩余电流动作断路器常会出现安装接线错误，例如：①将三极剩余电流动作断路器误用于单相电路；②在将四极剩余电流动作断路器用于三相电路时，错误地将设备的接地保护线（PE线）也接入断路器；③变压器中性点的接地不实或断线。
对于这些错误，应立即进行纠正。
