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电击防护——RCDs 对于扰动的灵敏性

发布日期:2015/09/17已有 2493 人浏览

RCDs 对于扰动的灵敏性在某些情况下,环境会引发 RCD 的误动作:
误跳闸:没有故障发生,断路器跳闸.这种跳闸情况时有发生,给用户的用电带来异常不便和损害。
故障情况下,未跳闸:相对于误码率动作来说不易为人所察觉.这类情况只有在客户的用电安全发生问题时才会被仔细的排查.这也正是国际标准定依据RCD对于扰动的免疫性定义了种类型RCD的原因(如下所指)。

>>主要的扰动类型

稳定的对地泄漏电流

每一低压电气装置都有其稳定的对地电流,它因下列原因而产生:
三相回路中带电导体对地固有的电容不平衡;
单相回路带电导体对地的电容。电气装置越大,其电容和泄漏电流也越大。
电子设备 (例如自动化、信息和计算机系统等的电子设备) 内的滤波用电容器常使对地泄漏电容显著增大,当无更精确的数据时,230 V 、50 Hz 电气装置的稳定对地泄漏电流可用下列值来估算:
单相或三相回路:1.5 mA/100 m;
加热地板:1 mA/kW;
传真机,打印机:1 mA;
信息技术工作站,信息技术终端设备:2 mA;
复印机:1.5 mA。
符合IEC和许多国家标准的RCD会在额定剩余动作电流到达之前动作,所以在实际应用中,可以利用细分回路的方法将稳定的泄露电流限制在0.25 IΔn以下。
在十分特殊的情况下,例如对 IT 系统进行扩建或部分改建时必须向制造商咨询。
高频分量
高频分量(谐波、瞬态电流等),通常由计算机设备供电电源、整流设备、带调速器的电机、荧光灯照明系统、大功率开关装置附近以及无功补偿回路产生。
这些高频电流的一部分经过线路寄生电容流向大地,虽然对该电流对用户端没有危害,但是依然可以导致部分装置跳闸。
瞬态泄漏电流
在给上述的电容通电的开始的瞬间可产生十分短促的高频瞬态电流,其情况和图表F67 所示相似。
当 IT 系统突然发生第一次故障时,由于两非故障相对电压的突然升高也可产生高频瞬态对地泄漏电流。

图表 F67 : 0.5 μs/100 kHz 瞬态电流的标准波型
共模过电压
电力网络由于种种原因而承受过电压:例如大气过电压、电网运行条件的突然变化(如发生故障、熔断器熔断、开关投切等),这类突然的变化常在系统的感性和容性回路中引起大瞬态电压和电流,直到出现新的稳定运行状况。记录数据表明在低压系统内这种过电压通常在 6 kV 以下,并可近似地以通用的 1.2/50 μs 的脉冲波形来表示 (见图表 F68)。

图表 F68: 1.2/50 μs 瞬态电压的标准波型
这类过电压能产生一瞬态电流,可用通用的 8/20 μs 的电流脉冲波形来表示,其峰值可达几十 A (见图表 F69)。
这些瞬态电流经由装置的电容流向大地。

图表 F69 : 8/20 μs 脉冲电流的标准波型
类型AC,A,B
IEC60755 (剩余电流操作保护设备的一般要求) 依据故障电流的类型定义了三种类型的RCD:
AC类
此类RCD仅针对剩余电流为正弦交流电流的情况动作;
A类
此类RCD动作针对于以下情况:
- 剩余电流为正弦交流电流;
- 剩余电流含有脉动直流分量.
B类
此类RCD动作针对于以下情况:
- 同A类;
- 由三相整流电路产生的纯直流电流. 特别提示: 在低于-5℃的情况下,RCD中的高灵敏度机电式继电器有可能由于低温发生粘连现象。
“Si”型(超灵敏的)的装置可以在-25℃的情况下保持正常运行。
高浓度化学物质或粉尘的场所:
制成RCD的特殊合金有可能被化学物质侵蚀。粉尘也会妨碍机械部分的动作。
标准中定义的不同场所应该采取的应对措施(见图表 F70) 。
剩余电流保护装置的选择和应用参考的主要依据如下:
IEC60364-3:
- 给出了腐蚀及污染环境下对于外界影响的分类.
- 给出了针对极端影响下可采用的原材料.  

受扰网络


电网影响


纯净网络



 

超灵敏剩余电流保护 ,
A
:

SiE
剩余电流保护

SiE 

剩余电流保护





适当附加保护 (密封的柜体或单元)

SiE 

剩余电流保护





适当附加保护 (密封的柜体或单元)

标准灵敏度的剩余电路保护 
AC

AF1

AF2

AF3

AF4

§  外部影响:可忽略不计的

§  外部影响:存在腐蚀和污染物质

§  外部影响:部分化学污染

§  外部影响:持续的腐蚀和化学污染

§  装置特性:标准

§  装置特性:负荷盐雾和大气污染测试

§  装置特性:腐蚀保护

§  装置特性:根据产品类型特定

 

外露场所

外界影响

铁或钢结构工作站

存在硫磺、硫蒸汽、氢、硫化物

码头、贸易港口、船只、海岸、造船厂

盐雾、潮湿、低温

游泳池、医院、食品&饮料

氯化合物

石化行业

氢、可燃性气体、氮氧化合物

饲养场

氢、硫化物

图表 F70: 依据IEC60364-3的外界影响分类
抗扰能力
Si类型的RCD专门针对污染电网、闪电、高频泄露电流、RF波设计,可以避免此类情况下的误跳闸或者不跳闸。(见图表 F72) 所示为此类RCD的实验水平。

>>装设分离式环形电流互感器 RCD 的建议

剩余电流的检测元件是一个高导磁率的封闭磁回路 (通常是环形的),在其上用导线绕有一个线圈,它们组合成一个环形的电流互感器。
由于它的高导磁率,磁芯包绕的导线在布置上稍许的不对称,以及其贴近处存在铁质材料 (铁质外壳、底盘等) 都足以影响磁力线的对称性,当出现大负载电流时 (电动机的起动电流、变压器的励磁涌流等),可引起 RCD 的误动。
除非采取了特殊的措施,RCD 的额定动作电流 IΔn与最大相电流 Iph (max.) 的比值通常小于 1/1000。
如果采用了图表 F73 所示的措施,此比值的限值可大大提高 (即降低 RCD 误动的灵敏度),图表 F74 概括了这些措施。

图表 F73 : 减小 IΔn/Iph (max.) 比值的三个措施 

措施

磁芯内径(mm)

误动灵敏度降低系数

将回路电缆准确地穿过环形磁芯中心

3

加大环形磁芯

? 50 ~ ? 100

2

? 80 ~ ? 200

2

? 120 ~ ? 300

6

采用钢或软铁的屏蔽套管

? 50

4

§  套管壁厚 0.5 mm

? 80

3

§  套管长度为环形磁芯内径的 2

? 120

3

§  导体全部包绕在套管内,将环形磁芯相等地至于套管长度L的正中央

? 200

2

这些措施可结合采用。如果准确地将电缆置于 200 mm 内径的环形磁芯内内径直径 50 mm 本已足够,并将电缆穿入屏蔽套套管内,则上述 1/1000 的比值变成 1/30000。
图表 F74 : 减小 IΔn/Iph (max.) 比值的方法

>>剩余电流动作断路器参数的选用 (RCCB - IEC61008)

额定电流 RCCB 应按它所承载的持续负载电流来选定其额定电流。
如果 RCCB 位于回路断路器的下游并与它串接,则两者的额定电流应相同,也即 In ≥ In1 (见图表 F75a)
如果 RCCB 位于一组受断路器保护的回路上游,如图表 F75b) 所示,则 RCCB 的额定电流按下式确定:
In ≥ ku x ks (In1 + In2 + In3 + In4)

图表 F75 : 剩余电流动作的断路器 (RCCB)
对耐受电动力效应的要求
对短路的防护必须在回路的上端装设 SCPD (短路保护电器),但当 RCCB 是与下游的断路器 (或熔断器) 安装在同一个 (符合合适标准的) 配电箱内时,则这些 (出线回路上的) SCPD 可以替代起到短路保护的作用。RCCB 和 SCPD 之间必须协调配合, 制造商一般提供 RCCB 和断路器或熔断器之间特性配合的表格。