1 RCD的基本工作原理

RCD一般由剩余電流檢測(cè)模塊和斷路器組成，斷路器起接通、承載和分?jǐn)嚯娐返淖饔茫Ｓ嚯娏鳈z測(cè)模塊一般由剩余電流互感器、信號(hào)放大器、信號(hào)判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負(fù)載線路接入RCD后即穿過(guò)了剩余電流互感器，形成一次繞組；剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時(shí)，線路中剩余電流為零，即穿過(guò)剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[3-7]，有式中，Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此，在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和同樣為零，故不會(huì)在二次繞組中感應(yīng)出電流，信號(hào)判別元件判斷線路中沒(méi)有剩余電流，RCD不會(huì)動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生故障使線路中產(chǎn)生正弦或脈動(dòng)直流剩余電流時(shí)，即I_x0005_Δ≠0，在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和不為零，此時(shí)會(huì)在二次繞組感應(yīng)出電流。當(dāng)剩余電流在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，磁心工作在線性區(qū)，二次側(cè)感應(yīng)電流與剩余電流大小成正比，該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器后，在判別元件中與設(shè)定的剩余電流動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，當(dāng)檢測(cè)到的剩余電流值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號(hào)，執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作，切斷電源，從而起到漏電保護(hù)的作用。

由此可見(jiàn)，剩余電流互感器是整個(gè)RCD的核心部件，RCD能否起到漏電保護(hù)作用，取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當(dāng)線路中電流為正弦型或脈動(dòng)直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線性區(qū)時(shí)，RCD動(dòng)作與否取決于穿過(guò)剩余電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。

2用電負(fù)載的電流矢量分析與計(jì)算

在RCD性能良好且不考慮電源類(lèi)型及頻率的情況下，RCD能否正常工作，取決于流經(jīng)其進(jìn)、出線端的電流矢量和，故用電負(fù)載的電流矢量分析對(duì)于RCD的應(yīng)用至關(guān)重要[10]。低壓供電網(wǎng)可提供單相和三相兩種供電方式，其中三相供電時(shí)根據(jù)負(fù)載的分布和接線方式可分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。

2.1單相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量

圖1為單相供電負(fù)載接線示意圖，無(wú)論Z為純阻性負(fù)載還是復(fù)阻抗負(fù)載，流經(jīng)負(fù)載Z的電流矢量如圖1所示，根據(jù)KCL定律可得式中，Il、In分別為負(fù)載的相線與中性線電流矢量。式（2）表明，無(wú)論負(fù)載Z的大小如何，在無(wú)電流泄漏的情況下，流經(jīng)負(fù)載的電流矢量和始終為零。2.2三相供電時(shí)負(fù)載的電流矢量

1）負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量

三相供電負(fù)載星形聯(lián)結(jié)示意圖如圖2所示。負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，如果三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)平衡，可不需要中性線，如圖2（a）所示。但是在圖2（a）的情形下，存在負(fù)載異常導(dǎo)致三相負(fù)載不平衡的情況，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)漂移。圖2（a）中，設(shè)Z2 1=λZ，Z3 1=μZ，分別取a、b、c節(jié)點(diǎn)為參考對(duì)象，根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得式中：Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量；λ為阻值Z2與Z1之比；μ為阻值Z3與Z1之比。解析式（3）得特別地，當(dāng)λ=μ=1時(shí)，三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)平衡；當(dāng)λ≠μ時(shí)，三相負(fù)載不平衡，中性點(diǎn)發(fā)生漂移。結(jié)合式（3）、式（4）可知，無(wú)論三相負(fù)載平衡與否，式（4）總是成立，表明三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)不帶中性線時(shí)，在無(wú)電流泄漏的情況下，各相的線電流矢量和始終為零。2（b）中，中性點(diǎn)連接零線，構(gòu)成中性線，此時(shí)相電壓Up與線電壓Ul有固定的關(guān)系，即Ul=3Up。線電壓Ul取決于電源系統(tǒng)，電源系統(tǒng)穩(wěn)定則線電壓不會(huì)改變，故Up不因各相負(fù)載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等，即Il p=I，若認(rèn)為三相負(fù)載電流由各相線流入，由中性線流出，取中性點(diǎn)為參考對(duì)象，根據(jù)KCL定律可得式中：Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載各相線電流矢量；In為中性線電流矢量。由式（5）可知，三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí)，在無(wú)電流泄漏的情況下，所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。

2）負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電流矢量

三相供電負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)示意圖如圖3所示。圖3中負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)，分別取三根相線與負(fù)載的連接點(diǎn)e、f、g作為參考對(duì)象，根據(jù)KCL定律可得式中：

Iu、Iv、Iw為三相負(fù)載的線電流矢量；Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。結(jié)合式（6）、式（7）可知，無(wú)論三相負(fù)載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何，式（7）總是成立，表明負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，在無(wú)電流泄漏的情況下，各相線電流矢量和始終為零，與各相負(fù)載的阻值大小無(wú)關(guān)，也與三相負(fù)載是否平衡無(wú)關(guān)。

3 RCD在接地系統(tǒng)中的應(yīng)用

低壓配電網(wǎng)的接地系統(tǒng)分為T(mén)T、TN、IT三種，其中TN系統(tǒng)又分為T(mén)N-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點(diǎn)，因RCD的工作原理，其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類(lèi)型和接線方式有關(guān)，若應(yīng)用和接線方式有誤，RCD會(huì)拒動(dòng)或誤動(dòng)，從而引發(fā)安全事故[11-12]。

3.1 RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用

RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖4所示。TT接地系統(tǒng)中，供電側(cè)電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地，用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)接地極接地。安裝RCD時(shí)，相線與中性線全部接入RCD，且中性線連接在有明確標(biāo)識(shí)的中性極，如圖4（a）中A所示，結(jié)合式（5），此時(shí)有式中，I_x0005_Δ為穿過(guò)RCD的所有線路電流矢量和，也可稱(chēng)作剩余電流。若相線或中性線與負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分因絕緣故障發(fā)生漏電，負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分與大地之間就存在電壓，進(jìn)而負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)接地線PE或人體（當(dāng)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接地不良而人體觸摸到時(shí)）產(chǎn)生接地故障電流，也稱(chēng)泄漏電流或剩余電流。結(jié)合式（5），此時(shí)該電流為剩余電流的大小視絕緣故障的程度而定，當(dāng)I_x0005_Δ達(dá)到或超過(guò)RCD額定值時(shí)，RCD會(huì)動(dòng)作切斷電源，保護(hù)設(shè)備和人身安全。還有一種情況如圖4（a）中B所示，負(fù)載中性線未接入RCD，接地線PE無(wú)電流通過(guò)或無(wú)人體觸碰負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分而觸電，此時(shí)有式（10）表明，僅當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)平衡時(shí)，有IΔ_x0005_=-In=0，RCD不會(huì)動(dòng)作；一旦負(fù)載不平衡，則有IΔ=-In≠0。若｜IΔ｜比較大，則RCD立即動(dòng)作。

3.2 RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用

TN接地系統(tǒng)有TN-C、TN-S、TN-C-S三種，這三種接地系統(tǒng)的本質(zhì)是一樣的，即供電側(cè)電源系統(tǒng)中性點(diǎn)接地，用電側(cè)負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分接中性線，接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地系統(tǒng)中的應(yīng)用原理是一樣的，為減少篇幅，此處以TN-C接地系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說(shuō)明。RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖如圖5所示。

參考文獻(xiàn)

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