盛麗萍

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo保bao護hu器qi在zai不bu同tong的de接jie地di係xi統tong中zhong有you其qi適shi用yong性xing和he嚴yan格ge的de接jie線xian方fang式shi，錯cuo誤wu地di選xuan用yong剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo保bao護hu器qi或huo不bu規gui範fan地di接jie線xian，會hui使shi剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo保bao護hu器qi誤wu動dong或huo拒ju動dong，甚shen至zhi引yin起qi人ren身shen觸chu電dian和he電dian氣qi火huo災zai事shi故gu。從cong剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo保bao護hu器qi工gong作zuo原yuan理li出chu發fa，著zhe重zhong於yu用yong電dian設she備bei的de電dian流liu矢shi量liang分fen析xi與yu計ji算suan
，闡chan述shu剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo保bao護hu器qi在zai低di壓ya配pei電dian接jie地di係xi統tong中zhong的de應ying用yong特te性xing，定ding量liang地di分fen析xi接jie地di係xi統tong類lei型xing對dui剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo保bao護hu器qi工gong作zuo的de影ying響xiang。電dian流liu矢shi量liang的de分fen析xi方fang法fa為wei剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo保bao護hu器qi的de應ying用yong提ti供gong理li論lun依yi據ju。

【關鍵詞】剩餘電流動作保護器
；剩餘電流互感器；電流矢量；接地係統

0引言

GB/T 6829—2017定義剩餘電流為流過剩餘電流保護電器主回路的電流瞬時值的矢量和（用有效值表示）[1]。剩餘電流動作保護器（residual currentoperated protective devices,RCD）在低壓供電係統中對人身觸電和漏電火災等事故起到了有效的防護作用，在各類不同接地製式的低壓電網係統中得到廣泛應用。

近jin年nian來lai
，隨sui著zhe經jing濟ji的de迅xun猛meng發fa展zhan，各ge種zhong電dian氣qi設she備bei在zai生sheng產chan和he生sheng活huo各ge個ge領ling域yu中zhong的de應ying用yong越yue來lai越yue廣guang泛fan，人ren們men與yu電dian接jie觸chu的de機ji會hui越yue來lai越yue多duo，觸chu電dian的de可ke能neng性xing越yue來lai越yue大da，用yong電dian設she備bei導dao致zhi人ren員yuan觸chu電dian傷shang亡wang的de事shi件jian時shi有you發fa生sheng。為wei了le人ren身shen和he設she備bei安an全quan，對duiRCD的使用要求越來越嚴格。GB/T 16895.1—2008規定了各類接地製式的低壓電網係統[2]
，各類接地係統的特點和RCD的工作原理限製了RCD在一些接地係統中的應用，且要求其接線方式有嚴格的規範性。

1 RCD的基本工作原理

RCD一般由剩餘電流檢測模塊和斷路器組成
，斷路器起接通
、承載和分斷電路的作用，剩餘電流檢測模塊一般由剩餘電流互感器
、信號放大器
、信號判別元件
、脫扣執行元件組成。負載線路接入RCD後即穿過了剩餘電流互感器，形成一次繞組；剩餘電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時，線路中剩餘電流為零，即穿過剩餘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wei各ge相xiang電dian流liu矢shi量liang。因yin此ci，在zai剩sheng餘yu電dian流liu互hu感gan器qi鐵tie心xin中zhong產chan生sheng的de磁ci通tong矢shi量liang和he同tong樣yang為wei零ling，故gu不bu會hui在zai二er次ci繞rao組zu中zhong感gan應ying出chu電dian流liu

，信xin號hao判pan別bie元yuan件jian判pan斷duan線xian路lu中zhong沒mei有you剩sheng餘yu電dian流liu

，RCD不會動作；當發生故障使線路中產生正弦或脈動直流剩餘電流時，即I_x0005_Δ≠0，在zai剩sheng餘yu電dian流liu互hu感gan器qi鐵tie心xin中zhong產chan生sheng的de磁ci通tong矢shi量liang和he不bu為wei零ling
，此ci時shi會hui在zai二er次ci繞rao組zu感gan應ying出chu電dian流liu。當dang剩sheng餘yu電dian流liu在zai檢jian測ce範fan圍wei內nei時shi，磁ci心xin工gong作zuo在zai線xian性xing區qu
，二er次ci側ce感gan應ying電dian流liu與yu剩sheng餘yu電dian流liu大da小xiao成cheng正zheng比bi，該gai電dian流liu信xin號hao經jing過guo信xin號hao放fang大da器qi後hou
，在zai判pan別bie元yuan件jian中zhong與yu設she定ding的de剩sheng餘yu電dian流liu動dong作zuo標biao準zhun值zhi對dui比bi
，當dang檢jian測ce到dao的de剩sheng餘yu電dian流liu值zhi超chao過guo設she定ding值zhi時shi
，判pan別bie元yuan件jian向xiang執zhi行xing元yuan件jian發fa出chu信xin號hao
，執zhi行xing元yuan件jian驅qu動dong斷duan路lu器qi動dong作zuo，切qie斷duan電dian源yuan，從cong而er起qi到dao漏lou電dian保bao護hu的de作zuo用yong。

由此可見
，剩餘電流互感器是整個RCD的核心部件，RCD能否起到漏電保護作用
，取決於剩餘電流互感器是否正常工作[8-9]。當線路中電流為正弦型或脈動直流型、剩餘電流互感器磁心未飽和且工作在線性區時，RCD動作與否取決於穿過剩餘電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。

2用電負載的電流矢量分析與計算

在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下，RCD能否正常工作

，取決於流經其進
、出線端的電流矢量和，故用電負載的電流矢量分析對於RCD的應用至關重要[10]。低壓供電網可提供單相和三相兩種供電方式，其中三相供電時根據負載的分布和接線方式可分為星形聯結和三角形聯結。

2.1單相供電時負載的電流矢量

圖1為單相供電負載接線示意圖，無論Z為純阻性負載還是複阻抗負載，流經負載Z的電流矢量如圖1所示，根據KCL定律可得

式中，Il、In分別為負載的相線與中性線電流矢量。式（2）表明

，無論負載Z的大小如何
，在無電流泄漏的情況下，流經負載的電流矢量和始終為零。

2.2三相供電時負載的電流矢量

1）負載星形聯結時的電流矢量

三相供電負載星形聯結示意圖如圖2所示。負載星形聯結時，如果三相負載對稱平衡，可不需要中性線，如圖2（a）所示。但是在圖2（a）的情形下，存在負載異常導致三相負載不平衡的情況
，此時會產生中性點漂移。圖2（a）中，設Z2 1=λZ，Z3 1=μZ，分別取a、b、c節點為參考對象
，根據KCL定律和歐姆定律可得

式中：Iu、Iv、Iw為三相負載各相線電流矢量
；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λ=μ=1時，三相負載對稱平衡
；當λ≠μ時
，三相負載不平衡
，中性點發生漂移。結合式（3）、式（4）可知，無論三相負載平衡與否，式（4）總是成立，表明三相負載星形聯結不帶中性線時，在無電流泄漏的情況下，各相的線電流矢量和始終為零。

2（b）中，中性點連接零線，構成中性線，此時相電壓Up與線電壓Ul有固定的關係，即Ul=3Up。線電壓Ul取決於電源係統
，電源係統穩定則線電壓不會改變，故Up不因各相負載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等，即Il p=I，若認為三相負載電流由各相線流入，由中性線流出，取中性點為參考對象
，根據KCL定律可得

式中：Iu、Iv、Iw為三相負載各相線電流矢量；In為中性線電流矢量。由式（5）可知
，三相負載星形聯結帶中性線時
，在無電流泄漏的情況下，所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。

2）負載三角形聯結時的電流矢量

三相供電負載三角形聯結示意圖如圖3所示。圖3中負載為三角形聯結

，分別取三根相線與負載的連接點e
、f、g作為參考對象，根據KCL定律可得

式中：

Iu、Iv、Iw為三相負載的線電流矢量；Iuv、Ivw、Iwu為流經三相負載Z1
、Z2
、Z3的相電流矢量。

結合式（6）、式（7）可知，無論三相負載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何，式（7）總(zong)是(shi)成(cheng)立(li)，表(biao)明(ming)負(fu)載(zai)三(san)角(jiao)形(xing)聯(lian)結(jie)時(shi)
，在(zai)無(wu)電(dian)流(liu)泄(xie)漏(lou)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，各(ge)相(xiang)線(xian)電(dian)流(liu)矢(shi)量(liang)和(he)始(shi)終(zhong)為(wei)零(ling)，與(yu)各(ge)相(xiang)負(fu)載(zai)的(de)阻(zu)值(zhi)大(da)小(xiao)無(wu)關(guan)，也(ye)與(yu)三(san)相(xiang)負(fu)載(zai)是(shi)否(fou)平(ping)衡(heng)無(wu)關(guan)。

3 RCD在接地係統中的應用

低壓配電網的接地係統分為TT
、TN
、IT三種，其中TN係統又分為TN-C
、TN-S、TN-C-S三種。每種接地係統有各自的特點，因RCD的工作原理
，其工作狀態與接地係統的類型和接線方式有關，若應用和接線方式有誤，RCD會拒動或誤動，從而引發安全事故[11-12]。

3.1 RCD在TT係統中的應用

RCD在TT係統中的應用示意圖如圖4所示。TT接地係統中，供電側電源係統有一點直接接地，用電側負載的外露可導電部分通過接地極接地。

安裝RCD時
，相線與中性線全部接入RCD，且中性線連接在有明確標識的中性極，如圖4（a）中A所示
，結合式（5）
，此時有

式中，I_x0005_Δ為穿過RCD的de所suo有you線xian路lu電dian流liu矢shi量liang和he，也ye可ke稱cheng作zuo剩sheng餘yu電dian流liu。若ruo相xiang線xian或huo中zhong性xing線xian與yu負fu載zai的de外wai露lu可ke導dao電dian部bu分fen因yin絕jue緣yuan故gu障zhang發fa生sheng漏lou電dian，負fu載zai的de外wai露lu可ke導dao電dian部bu分fen與yu大da地di之zhi間jian就jiu存cun在zai電dian壓ya
，進jin而er負fu載zai的de外wai露lu可ke導dao電dian部bu分fen通tong過guo接jie地di線xianPE或人體（當負載的外露可導電部分接地不良而人體觸摸到時）產生接地故障電流，也稱泄漏電流或剩餘電流。結合式（5），此時該電流為

剩餘電流的大小視絕緣故障的程度而定，當I_x0005_Δ達到或超過RCD額定值時，RCD會動作切斷電源，保護設備和人身安全。還有一種情況如圖4（a）中B所示
，負載中性線未接入RCD，接地線PE無電流通過或無人體觸碰負載的外露可導電部分而觸電，此時有

式（10）表明，僅當三相負載對稱平衡時
，有IΔ_x0005_=-In=0
，RCD不會動作；一旦負載不平衡，則有IΔ=-In≠0。若｜IΔ｜比較大，則RCD立即動作。現實中，當采用三相四線製供電時
，眾多因素會導致負載無法完全對稱平衡
，進而無法保證不平衡電流的大小
，RCD會經常誤動作而斷電，影響負載正常工作。4（b）中，負載無中性線
，接地線PE無電流通過或無人體觸碰負載的外露可導電部分而觸電，參考式（4）、式（7）
，所有相線電流矢量和恒等於零，RCD正常工作；若接地線PE有電流通過或人體觸碰負載的外露可導電部分而觸電

，則有

｜IΔ｜達到或超過RCD的額定值時，RCD動作切斷電源。式（11）表明，TT接地係統中采用三相三線製供電時可選用不帶中性極的RCD。

3.2 RCD在TN係統中的應用

TN接地係統有TN-C、TN-S
、TN-C-S三種，這三種接地係統的本質是一樣的，即供電側電源係統中性點接地，用電側負載的外露可導電部分接中性線，接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地係統中的應用原理是一樣的
，為減少篇幅，此處以TN-C接地係統為例進行分析說明。RCD在TN係統中的應用示意圖如圖5所示。

圖5中負載帶中性線時
，相線與中性線要全部接入RCD
，且中性線連接在有明確標識的中性極。正常情況下，如圖5中C所示，接地線PE無電流通過或無人體觸碰負載的外露可導電部分而觸電，穿過RCD的所有線路電流矢量和為零
，參考式（5）
、式（8），RCD正常工作；異常情況下
，接地線PE有電流通過或負載的外露可導電部分通過人體產生接地故障電流
，參考式（9），｜IΔ｜達到或超過RCD的額定值時，RCD動作切斷電源。但是
，若錯誤地將接地線PE與負載中性線一起接入RCD
，如圖5中D所示，則有

式中，IPE為接地線PE中的電流矢量。由式（12）可知，當接地線PE有電流通過時，RCD不會動作
；僅當人體觸碰到負載的外露可導電部分而產生接地故障電流且該電流大小達到或超過RCD的額定值時，RCD才會動作，這將給用電負載造成極大的安全隱患。圖5中負載不帶中性線時
，正常情況下，如圖5中E所示，參考式（4）、式（7），所有相線電流矢量和恒等於零
，RCD正常工作；異常情況下
，參考式（11），I_x0005_Δ達到或超過RCD的額定值時，RCD動作切斷電源。TN接地係統中，用電負載不帶中性線時可選用不帶中性極的RCD。但是，如果選用了帶中性極的RCD，並且將接地線PE接入了RCD的中性極，如圖5中F所示，則有

式（13）表明
，無論接地線PE中有無電流通過，始終有I_x0005_Δ=0，RCD不會動作；僅當人體觸碰到負載的外露可導電部分而產生接地故障電流且該電流大小達到或超過RCD額定值時，RCD才會動作
，這種情況也會對用電負載造成極大的安全隱患。

3.3 RCD在IT係統中的應用

RCD在IT係統中的應用示意圖如圖6所示。

IT接地係統中，供電側電源係統所有帶電部分不接地或有一點通過高阻抗接地
，用電側負載的外露可導電部分接地。IT接地係統是三相三線製供電
，假如選用不帶中性極的RCD，結合式（4）
、式（7）
，此時有

因供電側電源係統與大地隔離
，負載的外露可導電部分對地電壓很低，接地線PE對大地
、負載的外露可導電部分經人體對大地很難有電流產生
，由式（14）可知
，流過RCD的電流矢量和恒為零，RCD不會動作
，不能起到漏電保護的作用

，故RCD在IT接地係統中不適用。

4安科瑞ASJ係列產品介紹

安科瑞ASJ係列剩餘電流動作繼電器和多回路剩餘電流監測儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩餘電流保護裝置
，主要適用於交流50Hz，額定電壓400V及以下的TT和TN係xi統tong配pei電dian線xian路lu，用yong來lai對dui電dian氣qi線xian路lu進jin行xing接jie地di故gu障zhang保bao護hu
，防fang止zhi接jie地di故gu障zhang電dian流liu引yin起qi的de設she備bei損sun壞huai和he電dian氣qi火huo災zai事shi故gu，也ye可ke用yong來lai對dui人ren身shen觸chu電dian危wei險xian提ti供gong間jian接jie接jie觸chu保bao護hu。

ASJ10/20係列剩餘電流動作繼電器

ASJ60係列剩餘電流監測儀

4.1功能介紹

ASJ10/20係列剩餘電流動作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩餘電流測量
，剩餘電流越限報警指示
，額定剩餘動作電流可設定

，極限不驅動時間可設定，兩組繼電器輸出
，具有就地
，遠程“測試”、“複位”功能；

ASJ60係列剩餘電流監測儀具有以下功能：16路剩餘電流監測，1路預警繼電器輸出，16路報警繼電器輸出，2路DI輸入
，自動重合閘功能，遠程通訊功能，遠程分合閘功能。

4.2技術指標

ASJ10/20係列剩餘電流動作繼電器技術指標

ASJ60係列剩餘電流監測儀技術指標

4.3選用說明

剩餘電流動作繼電器在應用時應注意低壓係統的接線型式。

qiyujiexianxingshixuyaogaizaochengyishangliangzhongxingshishiyong
，fangzhichuxianwudongzuohuozhebudongzuodeqingkuang。shengyudianliuhuganqidexuanzeyinggenjuzhuhuiludeedingdianliuweicankaoxuanze，

實際應如圖所示，互感器安裝在主回路或者支路上
，通過測量剩餘電流判斷是否驅動斷路器動作。

ASJ10/20剩餘電流繼電器典型應用

ASJ60剩餘電流監測儀典型應用

4.4注意事項

當采用剩餘電流動作保護器（RCD）作為電擊防護附加防護措施時，應符合下列規定：

• 額定剩餘電流動作值不應大於30mA；
• 額定電流不超過32A的下列回路應裝設剩餘電流動作保護器（RCD）：
• 供一般人員使用的電源插座回路；
• 室內移動電氣設備
  ；
• 人員可觸及的室外電氣設備。
• 剩餘電流動作保護器（RCD）不應作為保護措施
  ；
• 采用剩餘電流動作保護器（RCD）時應裝設保護接地導體（PE）。

5結論

RCD是一種非常重要的用電保護電器
，廣泛應用於電網
、工控箱
、電氣設備控製係統等場所
，保護人身安全和設備安全。本文基於用電設備的電流矢量計算
，闡述了RCD在交流低壓配電係統中的應用特性，定性定量地分析了供電方式（單相、三相三線、三相四線）、負載接線方式（三角形聯結
、星形聯結帶中性線
、星形聯結不帶中性線）、接地係統類型（TT係統、TN係統、IT係統）對RCD工作的影響。結合上述內容可知，RCD適用於TT接地係統和TN接地係統，不適用於IT接地係統；但在TT係統和TN係統中，還需要根據供電方式和負載接線方式選擇合適的RCD（帶中性極、不帶中性極）
，並進行正確接線，以起到漏電保護的作用。特別地
，若圖4（a）中B所示的情景忽略人體觸碰負載的外露可導電部分觸電（禁止非相關人員靠近）
，根據預期的不平衡電流選擇合適額定值的RCD，參考式（10）
，可以用RCD作三相不平衡保護。另外

，根據電流矢量的分析方法，還可以排查因RCD導致的電氣故障，以快速恢複正常用電。

隨著電網的發展及用電設備的更新換代，隻具備剩餘電流保護功能的保護器已經不能滿足需求，現通常將過電流保護、剩餘電流保護、隔離等功能融為一體，如帶剩餘電流動作保護的塑殼斷路器（molded case circuit breaker,MCCB）、帶過電流保護的剩餘電流動作斷路器（residual current operatedcircuit-breakers with integral overcurrent protection,RCBO）和不帶過電流保護的剩餘電流動作斷路器（residual current operated circuit-breakers withoutintegral overcurrent protection,RCCB）等，這些用電保護電器在剩餘電流動作保護模塊上與文中的RCD原理是一致的。

參考文獻

[1]剩餘電流動作保護電器(RCD)的一般要求:GB/T6829—2017[S].北京:中國標準出版社,2018.

[2]低壓電氣裝置第1部分:基本原則、一般特性評估和定義:GB/T 16895.1—2008[S].北京:中國標準出版社,2009.

[3]楊勇.漏電斷路器誤動作故障分析及解決措施[J].電氣開關,2018,56(4):94-96.

[4]魏 波,鄧誼爽,普朝鴻,王淩峰,文小川.剩餘電流動作保護器在接地係統中的應用分析.

[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.06版

作者簡介：盛麗萍，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事剩餘電流動作保護器的研發與應用