淺談住宅建筑剩余電流的保護(hù)與應(yīng)用

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要：設(shè)計(jì)規(guī)范在住宅建筑剩余電流保護(hù)上規(guī)定了防止觸電的保護(hù)和防止火災(zāi)的保護(hù)，對保護(hù)配合未給出明確做法。本文根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范對住宅建筑剩余電流保護(hù)配合問題進(jìn)行研究，提出了幾種解決方案。

關(guān)鍵詞：住宅建筑；剩余電流；電氣火災(zāi)；安全用電

 

0 引言

隨著人民美好生活需要的日益增長、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，標(biāo)準(zhǔn)提升可能引發(fā)新的矛盾，需要研究解決。居民住宅供電的應(yīng)用中，20世紀(jì)90年代，設(shè)計(jì)規(guī)范先后增加了用于防止觸電傷害和防止火災(zāi)的剩余電流保護(hù)，本文主要討論居民住宅剩余電流保護(hù)配合問題。

 

1 住宅剩余電流保護(hù)存在配合問題

1.1其他直接接觸防護(hù)措施失效或使用者疏忽時(shí)的附加防護(hù)

《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定：“8.7.2住宅供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)符合下列規(guī)定：除壁掛式分體空調(diào)電源插座外，電源插座回路應(yīng)設(shè)置剩余電流保護(hù)裝置；"（根據(jù)條文解釋，TT系統(tǒng)所有插座需設(shè)置剩余電流保護(hù)裝置）。

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50054-2011）》5.1.12規(guī)定：“額定剩余動作電流不超過30mA的剩余電流動作保護(hù)器，可作為其他直接接觸防護(hù)措施失效或使用者疏忽時(shí)的附加防護(hù)，但不能單獨(dú)作為直接接觸防護(hù)措施。"

作為其他直接接觸防護(hù)措施失效或使用者疏忽時(shí)的附加防護(hù)，一般電源插座回路選擇30mA、動作時(shí)間＜0.1s的剩余電流保護(hù)開關(guān)，通過反時(shí)限設(shè)定30mA保證人身在觸電發(fā)生時(shí)不至于發(fā)生心室顫動引發(fā)致命危險(xiǎn)。此保護(hù)是為了人身安全存在的，下文簡稱防觸電剩余電流保護(hù)。

 

1.2防止火災(zāi)發(fā)生設(shè)定的保護(hù)

現(xiàn)行《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定：“住宅供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)符合下列規(guī)定：每幢住宅的總電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)剩余電流動作保護(hù)或剩余電流動作報(bào)警。"較早規(guī)范是要求每幢住宅安裝漏電保護(hù)動作于跳閘的，后來調(diào)整為可動作于報(bào)警。跳閘與報(bào)警各有優(yōu)劣，本文不予以討論。筆者認(rèn)為，規(guī)范的調(diào)整說明每幢住宅建筑使用漏電保護(hù)動作與跳閘存在一些問題，本文主要就這些問題剖析、研究，提出解決方案給大家參考。

 

1.3防火剩余電流保護(hù)與防觸電剩余電流保護(hù)設(shè)計(jì)存在配合問題原因

根據(jù)前文所述，設(shè)計(jì)規(guī)范要求一般插座要求設(shè)置防觸電剩余電流保護(hù)，照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源插座已被規(guī)范排除要求使用防觸電剩余電流保護(hù)外，《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.3規(guī)定：“每套住宅應(yīng)設(shè)置戶配電箱，其電源總開關(guān)裝置應(yīng)采用可同時(shí)斷開相線和中性線的開關(guān)電器。"戶配電箱只要求同時(shí)斷開相線和中性線的開關(guān)，也未要求采用防觸電剩余電流保護(hù)。這就造成了如果每幢建筑按規(guī)定設(shè)定不大于500mA的防火剩余電流保護(hù)，一旦戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座發(fā)生接地短路或漏電，就會造成整幢建筑停電，且不易查清故障。

 

2 剩余電流保護(hù)設(shè)定與配合

2.1增設(shè)剩余電流保護(hù)位置

如果建筑設(shè)置不大于500mA的防火剩余電流保護(hù)，為防止戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座發(fā)生接地短路或漏電，保護(hù)誤動作于整幢建筑總開關(guān)，可在防火剩余電流保護(hù)與戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座間設(shè)置剩余電流保護(hù)。存在以下幾種增設(shè)方案：

（1）戶內(nèi)照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源增設(shè)剩余電流保護(hù)。由于出線保護(hù)配合問題出現(xiàn)原因，是規(guī)范未要求戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座設(shè)立剩余電流保護(hù)，所以在該回路增設(shè)剩余電流保護(hù)，并且保護(hù)定值與上級防火剩余電流保護(hù)配合，可以解決剩余電流保護(hù)配合問題。由于戶內(nèi)照明回路和壁掛式分體空調(diào)電源插座回路普遍泄漏電流小，故裝設(shè)帶防觸電的剩余電流保護(hù)開關(guān)一般不會產(chǎn)生誤動，還能起到防止意外觸電作用，同時(shí)，也防止了手持式電動工具使用壁掛式分體空調(diào)電源插座時(shí)，插座無剩余電流保護(hù)的觸電風(fēng)險(xiǎn)。因此，推薦采用此種方式解決保護(hù)配合問題。但由于戶內(nèi)開關(guān)一般產(chǎn)權(quán)歸住戶私有，住戶裝修時(shí)，可選擇更換開關(guān)，一旦因?yàn)槟撤N原因（如安裝空間不足）更換為非剩余電流保護(hù)開關(guān)，該回路發(fā)生的剩余電流故障就會造成整幢樓動作。采用此種方式解決配合問題時(shí)，應(yīng)考慮補(bǔ)充其他措施來解決長期管理問題。

（2）戶內(nèi)總開關(guān)增設(shè)剩余電流保護(hù)。戶內(nèi)總開關(guān)增設(shè)剩余電流保護(hù)，如實(shí)現(xiàn)良好配合，能實(shí)現(xiàn)故障限定在戶內(nèi)，也可防止故障擴(kuò)大。但如果照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源開關(guān)回路不設(shè)剩余電流保護(hù)且故障時(shí)，會造成戶內(nèi)總開關(guān)斷電，照明插座同時(shí)失電，造成居民生活不便。根據(jù)筆者實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，照明燈具故障可能會造成剩余電流保護(hù)故障跳閘，如戶內(nèi)總開關(guān)增設(shè)剩余電流保護(hù)，照明、插座同時(shí)失電，可能造成居民不便。此方案是前一個(gè)方案的替換方案，既有建筑改造配電箱位置不足，為節(jié)約成本可考慮此方案。

（3）運(yùn)維分界點(diǎn)處增設(shè)剩余電流保護(hù)。供電公司或物業(yè)公司與居民住戶運(yùn)維有分界點(diǎn)，這個(gè)分界點(diǎn)一般在計(jì)量表處，分界點(diǎn)以下線路和設(shè)施運(yùn)維責(zé)任歸居民住戶所有，在運(yùn)維分界點(diǎn)設(shè)置剩余電流保護(hù)容易區(qū)分責(zé)任，避免影響其他*用戶。

（4）單元開關(guān)等處增設(shè)剩余電流保護(hù)。在下文提到保護(hù)定值整定需要增加保護(hù)層級時(shí)，可分區(qū)增設(shè)剩余電流保護(hù)，分區(qū)可設(shè)立在樓總箱單元開關(guān)或單元箱總開關(guān)等處。

 

2.2保護(hù)定值要求

防觸電剩余電流保護(hù)的保護(hù)限定值來源于人體安全電流要求，限定值30mA，0.1s。由于設(shè)定已足夠小，生產(chǎn)設(shè)定更靈敏的開關(guān)產(chǎn)品會增加成本且容易誤動，所以防觸電保護(hù)限定值一般是統(tǒng)一的，無法通過改變整定值來實(shí)現(xiàn)防觸電保護(hù)配合。防火剩余電流電流來源于易產(chǎn)生火災(zāi)的漏電電流限定，500mA的動作值不能突破，但存在小于500mA動作值的開關(guān)。根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范GB51348-2019》對“電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的剩余電流動作報(bào)警值宜為300mA"的條文解釋，“剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器動作報(bào)警值300mA是引自《低壓電氣裝置第4-42部分：安全防護(hù)、熱效應(yīng)第422節(jié)火災(zāi)特別危險(xiǎn)場所的防護(hù)措施》IEC60364-4-42-422火災(zāi)防護(hù)的規(guī)定，泄漏電流達(dá)到了這一數(shù)值就可能會引起火災(zāi)，因此建議報(bào)警值為300mA"。所以500mA是保護(hù)定值上限，但不是保護(hù)定值的值，保護(hù)定值的值在300mA及以下。防火漏電與防觸電剩余電流間配合不存在問題，防火剩余電流間配合可以采用電流配合和時(shí)間配合，保證繼電保護(hù)不誤動要求即可。

由于良好線路存在很小的正常漏電電流，電器設(shè)備本身也存在正常泄漏電流，同時(shí)，線路和電器設(shè)備啟動時(shí)也存在涌流。當(dāng)整幢建筑擁有正常泄漏電流、涌流的設(shè)備、線路過多時(shí)，正常泄漏電流和涌流積累可能超過300mA，可能需要500mA保護(hù)定值來實(shí)現(xiàn)。對于涌流，因?yàn)樗碗姇r(shí)才出現(xiàn)，如果能用時(shí)限配合解決盡量采用時(shí)限定值配合躲過誤動，時(shí)限無法配合時(shí)才考慮電流定值配合。整幢建筑采用500mA保護(hù)定值時(shí)，建議分區(qū)塊設(shè)立保護(hù)，使各區(qū)塊處于300mA及以下剩余電流保護(hù)定值的保護(hù)下，以保證大部分線路的泄漏電流不高于300mA。區(qū)塊的設(shè)定可以在各單元、運(yùn)維分界點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀決定，但分級不宜太多。

對既有建筑的整定配合，要經(jīng)過精確估算，防止老舊線路的非泄漏電流納入正常泄漏電流中予以保護(hù)排除。

 

3 安科瑞安全用電云平臺及選型

3.1安科瑞安全用電云平臺介紹

Acrelcloud-6000安全用電云管理系統(tǒng)能夠?qū)κＳ嚯娏?、設(shè)備溫度、故障電弧等電氣故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警、記錄，并且通過云端的遠(yuǎn)程控制。設(shè)備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時(shí)間顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為用戶提供火災(zāi)隱患的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實(shí)施排查，避免火災(zāi)的發(fā)生。另一方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對用戶的長遠(yuǎn)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊(duì)，從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。

 

 

具體功能如下：

（1）安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機(jī)APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
    （2）安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)等，能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場服務(wù)次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報(bào)警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護(hù)等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
    （3）手機(jī)APP軟件同時(shí)具有IOS版本和安卓版本，能通過手機(jī)APP對每條報(bào)警記錄進(jìn)行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
    （4）能對各個(gè)單位及設(shè)備的電氣安全運(yùn)行情況進(jìn)行自動統(tǒng)計(jì)和分析評估，并隨時(shí)展示電氣安全運(yùn)行分析報(bào)告。
    （5）監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足法律法規(guī)和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB14287.2《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》）的要求，并通過消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗(yàn)中心提供的消防3C認(rèn)證。
    （6）漏電探測器能同時(shí)探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡(luò)接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。

 

3.2產(chǎn)品選型

3.2.1漏電火災(zāi)監(jiān)控探測器

3.2.2故障電弧探測器 

安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時(shí)預(yù)警，提醒用戶處理，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。

AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，該產(chǎn)品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：

 

 

3.2.3限流式保護(hù)器

安科瑞限流式保護(hù)器型號代碼為ASCP200-1，有三種電流等級，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時(shí)預(yù)警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。

ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。

以下是ASCP200-1的主要功能：

短路保護(hù)功能。保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號。

過載保護(hù)功能。當(dāng)被保護(hù)線路的電流過載且過載持續(xù)時(shí)間超過動作時(shí)間（3…60秒可設(shè)）時(shí)，保護(hù)器啟動限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號。

表內(nèi)超溫保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時(shí)，保護(hù)器啟動超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號。

過、欠壓保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器檢測到線路電壓過壓或欠壓時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

配電線纜溫度監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測線纜溫度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

漏電流監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測的線路漏電超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

保護(hù)器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

 

 

3.2.4剩余電流互感器

3.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊 

AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊，該無線模塊為安全用電云平臺專用模塊。

AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個(gè)模塊可以接入30塊儀表。默認(rèn)上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報(bào)警，會實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)。

 

3.2.6溫度傳感器

 

溫度傳感器為一熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準(zhǔn)，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護(hù)。

 

4 未來展望

4.1建議廠家增加防火剩余電流開關(guān)動作時(shí)間級數(shù)

從保護(hù)原理上講，防火剩余電流保護(hù)是為了防止電纜老化泄漏電流引發(fā)電氣火災(zāi)，而電纜老化是長期的過程，不需要防火漏電實(shí)現(xiàn)非?？焖俚姆磻?yīng)。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，保護(hù)定值必須躲過合閘涌流，否則，容易出現(xiàn)保護(hù)誤動。如果整定時(shí)間不能躲過涌流，就必須加大整定電流，可能造成保護(hù)定值超過300mA或500mA。當(dāng)定值超過500mA時(shí)，就不能作用于跳閘了，只能采用監(jiān)視的做法，而監(jiān)視的反應(yīng)速度會明顯比跳閘慢很多，所以，建議廠家考慮防火剩余電流開關(guān)的保護(hù)定值時(shí)間增長、級數(shù)增多給應(yīng)用更多的選擇。

 

4.2基于網(wǎng)絡(luò)化、智能化防火剩余電流保護(hù)未來可期

社會發(fā)展、信息化進(jìn)步，造成信息化產(chǎn)品可靠性增高、成本降低，家用智能插座、智能電器產(chǎn)品不斷推新、完善，但工業(yè)化產(chǎn)品推進(jìn)遲緩。網(wǎng)絡(luò)化可解決孤立元件間的保護(hù)配合難題，準(zhǔn)確判斷故障來源，通過記錄分析泄漏電流發(fā)展過程，智能區(qū)分線路老化和正常泄漏電流未來可期。

 

【參考文獻(xiàn)】

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[2]陳志林.剩余電流斷路器在住宅配電中的應(yīng)用及參數(shù)確認(rèn)[J].福建建材.2019：62-63.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6版.