基本原理
保护目标
在电气工程中,存在旨在保护人员和动物免受电击的标准。
这通过以下方式组合实现:
- 基本保护:作为防止在无故障状态下直接接触带电部件的预防措施,通过基本绝缘实现。
- 故障保护:在间接接触可触及部件(例如电气设备的金属外壳)的情况下,这些部件在发生故障时可能会变成危险的带电部件。
使用剩余电流动作保护装置可作为额外保护,从而改善电击防护、加强故障保护以及提高防火安全性。
RCD 不会限制流经的故障电流强度,但会限制其持续时间。
额外保护
额外保护是指在特定条件下的保护措施。这包括在基本保护和故障保护同时失效时起保护作用的剩余电流动作保护装置 (RCD)。这意味着在电气系统或电气设备中,发生了双重甚至多重故障。RCD 并不能防止电击,也不会减少流经人体的故障电流大小。然而,根据电流的大小,必须以某种方式限制电流流经身体的持续时间,以将心室颤动(一种直接危及生命的心律失常)的风险降至最低。个人保护允许的最大额定剩余动作电流 IΔn 为 30 mA。不允许将 RCD 仅作为防止电击的唯一保护手段,即在没有基本保护和故障保护的情况下使用。
对于以下情况,必须配备额定剩余动作电流不大于 30 mA 的 RCD:
- 额定电流不大于 32 A,供非专业人士使用及一般用途的插座
- 在户外使用的、额定电流不大于 32 A 的便携式设备末端电路
- 照明电路(仅限住宅建筑)
RCD 可在以下情况下提供额外保护:
- 电气设备处理不当或滥用
- 电气系统受到人为操纵,例如儿童(将钉子插入插座)
- 由于外部影响(例如潮湿、保护接地中断、绝缘破损)导致电气系统损坏
- 由于专业人员未遵守 电气工程五项安全准则 而导致电流流经人体接地
- 用于培训目的的操作开启式电气设备
- 由非专业人员造成的电气系统或电气设备故障,或专业人员的不当操作。
故障保护
为了实现故障保护,当在接地故障情况下无法满足过电流保护装置自动切断电源的条件时,必须使用剩余电流动作保护装置 (RCD)。由于接地连接类型的不同,在 TT 系统中通常会出现这种情况。由于系统接地导体与工作接地导体之间缺乏电气连接,故障电流主要受到系统接地导体传播电阻 RA 的限制。
以下条件适用于个人保护:
RA ≤ UT/IΔn,其中:
RA为系统接地(包括保护导体)的传播电阻UT为接触电压,上限为 50 V AC,无时间限制IΔn为剩余电流动作断路器的额定剩余动作电流
因此,最大允许的传播电阻约为:
RA = 50V/30 mA ≈ 1,67 kΩ''
在以下情况下,可使用额定剩余动作电流大于 30 mA 的 RCD:
- 配电电路
- 末端电路(如果出于防电击以外的原因需要)
在 4.6 倍额定剩余动作电流的条件下,根据所使用的 RCD,可能的传播电阻如下:
| IΔn | 10 mA | 30 mA | 100 mA | 300 mA | 500 mA | 1 A |
|---|---|---|---|---|---|---|
| RA | 5 kΩ | 1,67 kΩ | 500 Ω | 167 Ω | 100 Ω | 50 Ω |
防火保护
根据 VdS 法规,为防止电气引起的火灾,相导体与保护导体或地线之间的故障电流不得超过 420 mA。为此,可使用额定故障电流最高为 300 mA 的故障电流断路器。根据额定故障电流的不同,故障点可能会产生以下热量输出:
| 额定剩余动作电流 | 230 V AC 电压下的热量输出 |
|---|---|
| 30 mA | 7 W |
| 100 mA | 23 W |
| 300 mA | 69 W |
这些热量输出远低于仅使用过电流保护装置时的情况。此外,对于防火保护,还可以使用专门的电弧故障保护设备,该设备必须与剩余电流动作断路器配合安装,以提供针对因电缆破损而导致的电缆火灾的保护。
工作原理
剩余电流动作保护装置 (RCD) 在达到额定剩余动作电流时立即触发,并切断受影响电路的所有极(包括四极开关中的中性线)与上游电网的连接。内部测试电路也会被断开,因为其限流电阻并非为连续运行(误用)而设计。保护接地导体不是剩余电流动作保护装置的一部分,且不会被切断。
当部分电流通过不希望的电流路径流回电源时,就会产生剩余电流。该电流路径可以是保护接地导体、电气操作设备的外壳、大地(包括所有与大地有电气连接的金属结构)以及人或动物的身体。剩余电流动作保护装置计算所有相导体和中性线电流瞬时值的算术和。在没有接地故障的安装中,该总和始终为零。
该求和过程由求和电流互感器执行。根据极数的不同,有两根、三根或四根初级绕组穿过其中。它们的结构设计使得在无故障状态下,它们的感应效应相互抵消。互感器铁芯中不产生磁通量,因此次级绕组中不产生感应电压。如果剩余电流通过上述不希望的电流路径流回电源,流经求和电流互感器的所有电流之和就不再为零。这会导致互感器铁芯产生磁通量,从而在次级绕组中感应出电压。次级电流通过保持磁铁触发器驱动开关,并切断电路的所有极。
求和电流互感器的工作方式类似于变压器,也具有频率依赖性。因此,它只能检测交流剩余电流或脉动直流剩余电流。对于平滑直流剩余电流,由于没有传输,因此次级绕组中没有感应——剩余电流无法被检测到。在混合形式(叠加交流剩余电流的平滑直流剩余电流)中,由于铁芯被平滑直流剩余电流部分或完全饱和,交流剩余电流可能只能被减弱或根本无法传输。
全电流敏感型 RCD(例如 B 型)有时具有第二个互感器铁芯,用于额外检测平滑直流剩余电流;该铁芯可配备霍尔传感器以直接检测磁场,和/或配备附加电子设备,以便更好地检测(或抑制)频率响应及其电流依赖性,从而针对相应的应用目的提供不同类型的产品。
两极剩余电流动作断路器的组件:
- 开关机构
- 次级绕组
- 求和电流互感器环形铁芯
- 测试按钮
求和电流互感器
拆解后的四极剩余电流动作断路器,求和电流互感器带有红棕色的粗负载电流绕组,连接到跳闸机构的次级绕组(黄色),以及测试电流绕组(蓝色)。
求和电流互感器包含一个由结晶或纳米结晶软磁带卷绕而成的环形铁芯。铁氧体铁芯由于其磁导率低和饱和感应强度低而不适用。为了达到触发剩余电流动作断路器所需的功率,需要特定尺寸和质量的环形带状铁芯,通常重量约为 40 克。铁芯通常用绝缘材料封装,树脂收缩产生的任何力都不得作用于铁芯上,因为这会改变磁特性。铁芯松散插入的塑料外壳也很常见。围绕铁芯绕制有由粗铜线制成的两到四个工作电流绕组,以及由细导线制成的次级绕组和可能的测试绕组。
开关锁
开关锁是将手动操作(杠杆或按钮)和求和电流互感器的触发器与开关触点连接起来的机制。开关锁内部装有释放弹簧,该弹簧在手动接通时预张紧,并确保安全切断所需的力和速度。此外,跳闸机构也安装在此处。预张紧的开关锁可以用极小的力触发,且不能从外部阻挡。
触发器
求和电流互感器例如通过锁存磁铁触发器作用于开关锁。触发器连接到求和电流互感器的次级绕组。锁存磁铁触发器由永磁体、带有磁分流器的两个磁极、软磁材料衔铁和励磁绕组组成。永磁体的磁通量穿过两个磁极和衔铁。结果,衔铁在朝向开关锁触发器的弹簧力作用下保持不动。如果电流流经励磁绕组,就会产生第二个磁通量。在半个波形中,总磁通量被放大,而在另一个半波中,磁通量被减弱,使得弹簧将衔铁从两个磁极的极面上拉开。这导致开关锁触发并切断受影响的电路。
保护功能的局限性
在以下情况下,剩余电流动作断路器的保护功能不起作用:
- 人体接触不同电位的带电部件。这些是两个或多个具有不同相位角的相导体,或一个相导体与中性线。该人处于相对于大地绝缘良好的位置,且未与接地物体或保护导体接触。
- 当变压器(如隔离变压器)隔离电路,且人同时接触次级侧的两极时。
- 在发生过载或短路等过电流情况时,只有通过过电流保护装置自动切断电源才能确保保护。
- 导体故障未被检测到,因为没有故障电流流向大地。
- 根据故障电流类型的不同,剩余电流动作断路器可能无法跳闸。它并不具备检测所有电流类型(特别是直流电)的能力。
- 用于高级防火的 B+ 型剩余电流动作断路器仅能检测频率高达 20 kHz 的接地故障电流。要检测两个带电导体之间的此类故障电流,需要额外的电弧故障检测设备。
按故障电流波形分类
剩余电流波形及按类型适用的剩余电流动作断路器检测
剩余电流动作保护装置根据其能检测的故障电流类型进行分类。按灵敏度从低到高,类型分为 AC 型、A 型、F 型、B 型和 B+ 型。
各类型分类如下:
- AC 型: 此类型旨在检测可能突然出现或缓慢上升的纯正弦交流故障电流。只要平滑直流故障电流不超过 6 mA,它就能正常工作。(在德国已不再允许使用。)
- A 型: 除了 AC 型的功能外,此类型还能检测脉动直流故障电流。A 型是标准应用中最常用的 RCD 类型。
- F 型: 除了 A 型的功能外,此类型能够检测频率高达 1 kHz 的不同频率故障电流混合体。此类故障电流可能出现在带有变频器的单相电气设备中。只要平滑直流故障电流不超过 10 mA,它就能正常工作。
- F 型: 除了 F 型的功能外,此类型还能检测平滑直流故障电流。它可以检测不同波形的故障电流,不受相位角、极性以及电流是突然出现还是缓慢上升的影响。B 型也被称为全电流敏感型。
- B+ 型: 除了 B 型的功能外,此类型能够检测频率高达 20 kHz 的正弦交流故障电流。B+ 型主要用于高级防火措施。
这种基于故障电流类型的分类允许针对电气安装中的特定要求和设备选择合适的 RCD 类型。务必注意特定国家/地区的法规和标准,因为某些类型的许可使用情况可能有所不同。
组合型 RCD/LS 和 RCD 插座
还有一种 RCD 与断路器 (LS) 的组合型产品(例如 30 mA RCD 和 13 A 断路器),称为 RCBO(通常称为“FI/LS”)。极数为 1P + N 的 RCBO 通常与两极断路器或两极 RCD 具有相同的安装宽度(或相同的模块化单元数,缩写为 TE,即两个 TE)。
RCD 插座 (SRCD)(通常称为“GFCI 插座”)监控所连接负载的接地故障电流(额外安全保障)。它们用于例如现有安装中虽然有法定保护(祖父条款),但未安装 RCD,却仍希望提高安全性的场所。在 DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10) 要求安装 RCD 的地方,它们不能替代 RCD。
模块化 RCD
如果 RCD 的各个单元(例如差分电流检测电路、差分电流评估装置和负载开关)位于物理上分离的外壳中,则该装置称为模块化剩余电流保护装置 (MRCD)。
特性
额定剩余动作电流
最重要的参数是额定剩余动作电流 IΔn,剩余电流动作断路器在此值时必须最迟跳闸。IΔn 的典型值为 10 mA、30 mA、100 mA、300 mA、500 mA 和 1 A。在实践中,纯正弦交流故障电流的跳闸通常发生在 0.6 · IΔn 和 0.8 · IΔn 之间。
不跳闸剩余电流
对于纯正弦交流故障电流,不跳闸故障电流 IΔn0 等于 0.5 · IΔn。剩余电流动作断路器不应在低于额定故障电流的一半时跳闸。
触发范围与剩余电流类型
针对不同的故障电流波形,定义了以下触发范围:
- 纯正弦交流故障电流:
0.5 · IΔn到1 · IΔn - 脉动直流故障电流:
0.35 · IΔn到1.4 · IΔn - 相位控制角为 90° 的半波整流电流:
0.25 · IΔn到1.4 · IΔn - 相位控制角为 135° 的半波整流电流:
0.11 · IΔn到1.4 · IΔn - 叠加最大 6 mA 平滑直流故障电流的脉动直流电流:最高可达
1.4 · IΔn - 混合频率故障电流:
0.5 · IΔn到1.4 · IΔn - 平滑直流故障电流:
0.5 · IΔn到2 · IΔn
额定电流
额定电流 In 是剩余电流动作断路器在每个相导体上可连续承载的预定值。In 的常用值包括 10 A、13 A、16 A、20 A、25 A、32 A、40 A、63 A、80 A、100 A 和 125 A。
切断时间
根据 DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10):2013-08(制造商特定),对于无延时的剩余电流动作断路器,最大允许跳闸时间分别为:在 IΔn 电流下为 0.3 秒,在 2 · IΔn 下为 0.15 秒,在 5 · IΔn 下为 0.04 秒。这使得(致命)心室颤动的发生变得非常不可能,但无法完全排除,部分原因在于电流脉冲的生理效应取决于其落在心跳的哪个阶段。
对于选择性剩余电流动作断路器(具有延时功能),最大允许跳闸时间分别为:在 IΔn 电流下为 0.5 秒,在 2 · IΔn 下为 0.2 秒,在 5 · IΔn 下为 0.15 秒。
延时
不跳闸时间仅针对选择性剩余电流动作断路器定义。最短不跳闸时间分别为:在 IΔn 电流下为 0.13 秒,在 2 · IΔn 下为 0.06 秒,在 5 · IΔn 下为 0.05 秒。
选择性
为了实现选择性,可以将剩余电流动作断路器串联连接。在这种配置中,只有与故障电路直接关联的剩余电流动作断路器应在无延时的情况下跳闸。作为额外保护装置,上游连接有带延时的剩余电流动作断路器,并标有 S 选择性符号。实现选择性需满足以下条件:
- 上游带延时剩余电流动作断路器的最短不跳闸时间大于下游无延时剩余电流动作断路器的最高跳闸时间。
- 上游带延时剩余电流动作断路器的额定故障电流至少为下游无延时剩余电流动作断路器额定值的 3 倍(完全选择性)。
带延时的剩余电流动作断路器通常被称为选择性或延时型剩余电流动作断路器。与过电流保护装置一样,目标是通过选择性提高电气装置的可用性。此外,应注意以下几点:
- 带延时的剩余电流动作断路器不能用于额外保护措施,因为它们的额定故障电流至少为 100 mA。在这种情况下,其最高跳闸电流-时间特性始终处于心室颤动风险增加的范围内。
- 下游剩余电流动作断路器与上游相比,灵敏度(故障电流波形检测能力)不得更高。例如,不应将 B 型剩余电流动作断路器安装在 A 型剩余电流动作断路器的下游。
抗干扰保护
为防止误跳闸,使用具有短延时的剩余电流动作断路器。误跳闸的原因可能包括:
- 由于开关操作和大气影响引起的电压浪涌。
- 电容性或电感性设备连接或负载变化后的均衡过程。
最大允许跳闸时间与无延时剩余电流动作断路器相同。制造商使用各自特定的标记,例如:
- ABB 使用 AP-R 并使用“短延时”一词。
- 西门子使用 K 符号以及“超抗干扰”或“短延时”等术语。
- Doepke 使用 G 或 KV 符号以及“短延时”一词。
如果可以省略额外保护措施,也可以使用带延时的剩余电流动作断路器(选择性)。
名称与定义
在德国标准中,以前使用以下术语:
- 剩余电流断路器 (FI):适用于独立于电源电压的设备(无辅助电源)。
- 差分电流断路器 (DI):适用于依赖于电源电压的设备(有辅助电源)。
在商业上,还可以发现以下称呼:
- 人身保护装置:这是一种营销名称,在技术上未定义。
- 人身保护开关:这是用于供电线路、延长线以及中间插头中的剩余电流断路器的名称,但没有精确定义。BGI608 规定了此类便携式保护装置在作为所谓小型建筑工地的电源时应遵守的特定要求。
对于与断路器组合的剩余电流断路器,使用了以下名称:
- FI/LS 断路器:指独立于电源电压的情况。
- DI/LS 断路器:指依赖于电源电压的情况。
英语标准中未区分独立于电源电压和依赖于电源电压的保护装置,IEC 和 EN 标准中也未使用此区分。国际设备标准中使用了以下名称:
| CBR | “Circuit-Breaker incorporating Residual current protection”(集成剩余电流保护功能的断路器),带有剩余电流保护功能的断路器 |
|---|---|
| GFCI | “Ground Fault Circuit Interrupter”(接地故障电路断路器),北美对 RCCB 的术语 |
| RCBO | “Residual Current operated circuit-Breaker with integral Over current protection”(集成过流保护功能的剩余电流动作断路器),对应组合型 FI/LS 和 LS/DI 开关 |
| RCCB | “Residual Current operated Circuit-Breaker”(不带过电流保护的剩余电流动作断路器),对应纯 FI 或 DI 开关(等同于 RCD 剩余电流保护装置) |
| RCM | “Residual Current Monitor”(剩余电流监视器),差分电流监视装置 |
| RCMS | “Residual Current Monitoring System”(剩余电流监视系统),差分电流监视系统 |
| RCU | “Residual Current Units”(剩余电流单元),用于安装在断路器上的剩余电流触发装置 |
| PRCD | “Portable Residual Current operated Device”(便携式剩余电流保护装置),便携式设备,最常见为个人保护适配器 |
| SRCD | “Socket outlet Residual Current Device”(插座剩余电流保护装置),FI 或 DI 插座(用于提高单个插座的保护级别) |
在电气系统的安装法规中,剩余电流断路器统一称为 RCD。安装法规中不再区分 FI、DI 或特殊设计,保护目标在此具有决定性作用。这必须根据使用地点通过不同的设计来实现。
法规
在许多国家,对于住宅和工业环境中的新建项目或改造工程,除了安装过电流保护装置外,剩余电流保护装置(至少对于最高 20 A 或 32 A 的插座)是强制性的(例如 DIN VDE 或 ÖVE)。一些供电公司通常要求将触发差分为 300 mA 的剩余电流保护装置作为整个电气系统的防火措施,如果房屋供电不是通过地下电缆而是通过架空线路的话。
欧洲
在除英国以外的欧洲国家,不依赖于电源电压的剩余电流保护装置 (RCD) 是强制性的。其潜在的安全哲学质疑在英语世界中使用的更简单、更小的电子差分电流开关(DI 开关)中所采用的电子放大电路的可靠性。
德国
在德国,自 1984 年 5 月起,根据 DIN VDE 0100-701,带有浴缸或淋浴间的房间必须安装剩余电流保护装置(唯一例外是固定式热水器)。
自 2007 年 6 月起,新建建筑中供非专业人士使用及一般用途的所有插座电路也必须配备额定剩余动作电流不超过 30 mA 的剩余电流保护装置。这适用于室内额定电流最高 20 A 和室外最高 32 A 的末端电路(DIN VDE 0100-410:2007-06,第 411.3.3 节,过渡期至 2009 年 1 月)。
自 2018 年 10 月起,这些要求也适用于室内最高 32 A 的插座电路以及住宅建筑中的照明电路(DIN VDE 0100-410:2018-10,第 411.3.3 节,过渡期至 2020 年 7 月)。
游泳池、室外游泳池以及带桑拿加热器的房间和舱室也需要剩余电流保护装置。常被误解的“Feuchtraum”(潮湿房间)一词并不指居住空间中的浴室或卫生间。根据 DIN 68800 的定义,如果房间湿度长期高于 70%,则被视为潮湿房间。根据 DIN VDE 0100-200:2008-06 第 NC.3.3 节,公寓中的厨房以及公寓和酒店中的浴室区域明确归类为干燥房间(因为这些房间仅偶尔有潮气)。
德国没有义务对旧装置进行翻新。这意味着,如果装置在建造时符合当时适用的标准和指南,并且在今天仍然符合要求,则可以继续运行和维修(祖父条款)。
但在德国,以下情况下进行 RCD 改造是不可避免的:
- 使用用途发生变更时
- 在进行干扰主体结构的用途扩展、建筑措施或翻新时(不仅是维修/修复)
- 如果强制执行新的法律法规(请遵守 TAB)
- 在过渡期结束后
- 在发生对人身和财产造成直接危险时
在农业领域,也必须使用剩余电流动作断路器,特别是在畜牧业中。根据 DIN VDE 0100-705:2007-10,将永久允许的接触电压降低至 25 V AC 电压和 60 V DC 电压的要求已被取消。
根据 DIN VDE 0100-530:2018-06,用于交流系统中额外保护的 RCD 必须符合:
- DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10) 和 DIN EN 61008-2-1 (VDE 0664-11),适用于无内置过电流保护的剩余电流动作断路器 (RCCB);或
- DIN EN 61009-1 (VDE 0664-20) 和 DIN EN 61009-2-1 (VDE 0664-21),适用于带有内置过电流保护的剩余电流动作断路器 (RCBO);或
- DIN EN 62423 (VDE 0664-40),适用于带有和不带有内置过电流保护的剩余电流动作断路器 (RCBO 和 RCCB)。
相比之下,PRCD 和 SRCD(根据 DIN VDE 0662)并不提供 DIN VDE 0100-410 意义上的额外保护,仅用于在局部提高安全水平。
奥地利
在奥地利,自 1980 年起法律强制要求使用剩余电流保护装置。根据 ÖVE E8001-1/A1:2013-11-01,所有包含插座且额定电流不超过 20 A 的电路,必须使用额定剩余动作电流最高为 30 mA 的剩余电流保护装置。
并不普遍禁止使用 AC 型。在大多数情况下(存在断电造成损失风险时),必须使用 G 型短延时且防浪涌的剩余电流保护装置。仅在制造商明确说明时,才允许对剩余电流保护装置使用熔断器;否则,例如 40 A 的剩余电流保护装置必须使用最大 25 A 的熔断器保护。由于这些特殊性,一些制造商销售奥地利特有的(且价格显著更高)变体产品,例如被称为短延时型、G 型、可熔断型或带熔断器保护型。
在建筑工地上,所有额定电流最高 32 A 的插座电路必须提供额外保护。在农业和园艺设施(不包括相邻的住宅建筑)、桑拿区、游泳池、室外游泳设施、教室内的实验设备、医疗场所、浴室、露营地、码头以及更衣室的手持壁灯,均需提供额外保护,与其额定电流无关。
瑞士
在瑞士,根据 2005 年版低压安装标准 (NIN) 4.7.2.3.1-8,截至 2009 年,浴室、室外插座、潮湿场所、腐蚀性环境、爆炸性环境、建筑工地、展会场地、市场和电气测试装置(所有插座 ≤ 32 A)最大要求为 30 mA。
对于腐蚀性环境、爆炸和火灾危险房间以及农业经营场所,整个安装需要 300 mA,农业中的所有插座均配备 30 mA 剩余电流保护装置。
自 2010 年 1 月 1 日起,新的 NIN 2010 生效。从现在起,每个可自由访问的 ≤ 32 A 插座都必须由最大 30 mA 的剩余电流保护装置 (RCD) 进行保护。例外情况包括 IT 系统中的插座,这些地方运行安全更为重要,且该房间仅限受过指导的人员进入。
在住宅建筑中,通常所有应用都使用 A 型。
对于测试装置中允许的切断时间,电路 ≤ 32 A 时适用 0.4 s。以半电流和全差分电流进行的跳闸时间 <0.3 s 的测试仅为纯设备测试,对电气安装安全验证 (SiNa) 没有意义。
英国
IEE 电气布线法规的现行(第 18 版)要求大多数安装中的所有插座都必须有 RCD 保护,尽管有一些豁免情况。埋入墙壁的非铠装电缆也必须有 RCD 保护(同样有一些具体豁免)。在浴室和淋浴间设置 RCD 保护可减少这些位置对辅助等电位联结的需求。两个 RCD 可用于覆盖整个安装,楼上和楼下的照明及插座电路分配在两个 RCD 上。当一个 RCD 跳闸时,至少保持一个照明和插座电路的供电。也可以采用其他配置(如使用 RCBO)来满足法规要求。新的 RCD 要求不会影响大多数现有装置,除非进行重新布线、更换配电盘、安装新电路,或进行诸如增加插座或将新电缆埋入墙壁等改动。
用于防电击的 RCD 必须是“即时”动作型(非延时型),且剩余电流灵敏度不得大于 30 mA。
如果误跳闸导致的问题比 RCD 旨在预防的电气事故风险更大(例如关键工厂流程或生命支持设备的供电),则可以省略 RCD,前提是相关电路已明确标记并考虑了风险平衡;这可能包括提供替代安全措施。
之前版本的法规要求对可能用于户外设备的插座使用 RCD。住宅安装中的常规做法是使用单个 RCD 覆盖所有需要 RCD 保护的电路(通常是插座和淋浴),但让一些电路(通常是照明)不受 RCD 保护。这是为了避免在 RCD 跳闸时可能出现危险的照明中断。其他电路的保护方式各不相同。为实现这种布置,通常安装一个包含 RCD 的用户单元,采用所谓的拆分负载配置,其中一组断路器直接由主开关供电(如果是 TT 接地,则由延时 RCD 供电),第二组电路通过 RCD 供电。这种布置存在公认的问题:许多设备正常运行产生的累积漏电流可能导致 RCD 误跳闸,且 RCD 跳闸会断开所有受保护电路的电源。
北美
在北美,位于易于接地路径区域(如潮湿区域和带有未覆盖混凝土底板的房间)的插座需要使用 GFCI(接地故障电路断路器),以防止电击。
加拿大
在加拿大和美国,较旧的双线、未接地 NEMA 1 插座可以用受 GFCI 保护的 NEMA 5 插座替换(集成在插座内或对应的断路器中),以替代用接地导体对整个电路进行重新布线。GFCI 插座具有矩形面板并接受 Decora 面板,可以在标准盖板的多联盒中与普通插座或开关混合使用。在这种情况下,插座必须标有“无设备接地”和“GFCI 保护”。
美国
自 20 世纪 60 年代以来,美国国家电气规范 (NEC) 一直要求特定地点的设备受到 GFCI 的保护。GFCI 通常作为插座或安装在配电盘中的断路器的一部分。后续版本的规范不断扩大了需要 GFCI 的区域,包括建筑工地 (1974)、浴室和户外区域 (1975)、车库 (1978)、热水浴缸或水疗中心附近区域 (1981)、酒店浴室 (1984)、厨房台面插座 (1987)、爬行空间和未完工地下室 (1990)、湿吧台水槽附近 (1993)、洗衣水槽附近 (2005) 以及洗衣房 (2014)。
经批准用于防电击的 GFCI 在 25 ms 内以 5 mA 电流跳闸,而设备保护装置 (EPD) 允许在高达 30 mA 的电流下跳闸,用于设备保护而非人身保护。美国船舶和游艇委员会要求插座使用 GFCI,且整船使用设备漏电保护器 (ELCI),ELCI 在 30 mA 下最长 100 ms 后跳闸,以提供保护同时最大限度减少误跳闸。在一些环境(如计算中心)中,有时会部署跳闸电流高达 500 mA 的高电流 RCD,因为较低阈值会带来不可接受的意外跳闸风险,它们用于设备和防火保护,而不是防止电击风险。
印度
根据 1990 年电力条例第 36 条:
- 对于公共娱乐场所,必须通过灵敏度不超过 10 mA 的剩余电流保护装置提供防漏电电流保护。
- 对于地板可能潮湿或墙壁/外壳电阻较低的地方,必须通过灵敏度不超过 10 mA 的剩余电流保护装置提供防漏电电流保护。
- 对于可能使用手持设备、仪器或器具的安装,必须通过灵敏度不超过 30 mA 的剩余电流保护装置提供防漏电电流保护。
- 对于除上述 (1)、(2) 和 (3) 以外的安装,必须通过灵敏度不超过 100 mA 的剩余电流保护装置提供防漏电电流保护。
应用范围
剩余电流动作断路器 (RCCB) 可用于所有交流系统(TN、TT 和 IT 系统)。在 TN 系统中,它们主要用作额外保护,因为故障保护已由过电流保护装置提供。在 TT 系统中,RCCB 通常提供故障保护,因为无法保证触发过电流保护装置。在 IT 系统中,它们的使用应是例外。每个电气设备都需要单独的 RCCB。
在新建建筑中,没有任何东西可以阻止整个电源的加固。公寓的子配电板中应至少安装两个 RCCB,以确保在发生故障时不会导致整个系统断电。然而,这可能不方便,因此建议使用 RCCB 限制受保护的电路。选择时还应考虑电子负载(例如电子镇流器)的漏电流或其可能的故障电流类型(例如洗衣机中内置的变频器)。
RCCB 也可能由外部事件触发,例如架空线路上的雷击引起的电压浪涌。这通常会导致不愉快的副作用,例如供暖或制冷系统在系统本身没有故障的情况下被关闭。因此,开发了一些断路器,可以在触发后短时间内自动将电压重新接通两到三次。只有在故障持续存在时,它们才会永久关闭。这些型号特别适用于没有人员在现场重新接通断路器的远程控制系统。
历史与发展
剩余电流动作断路器由 Schuckert 于 1903 年以“求和电流电路”的名义申请专利,用于检测接地故障 (DRP-No. 160,069)。Kuhlmann 在 AEG 描述了一种测量柏林电网中接地故障电流的方法。当今剩余电流动作断路器的技术基础由 Nicholsen (1908, US-Pat-No. 959,787) 进一步开发。
20 世纪 50 年代初,在经过多次关于该电路作为保护装置基本适用性的建议和技术研究后,第一款供电力客户广泛使用的成熟剩余电流动作断路器问世。1951 年,Schutzapparate-Gesellschaft & Co. mbH. KG, Schalksmühle/Westf. (Schupa) 开发了一种名为“Spiderweb”的剩余电流动作断路器,设计有两极、三极和四极版本,额定电流为 25 A,电压最高 380 V,跳闸故障电流为 0.3 A。曾讨论过降低跳闸阈值,但因经济上不可行而被否决。当时加热设备的允许漏电流如果在较低的跳闸阈值下,会导致频繁的误跳闸。
1957 年,奥地利 Felten & Guilleaume 的 Gottfried Biegelmeier 开发了一种剩余电流动作断路器。在奥地利,这些装置于 1980 年在私人家庭中成为法律要求,跳闸电流从最初的 100 mA 逐渐降低至 70、65 和 30 mA。自 1985 年初起,随着 SEV 1000-1.1985 法规的引入,瑞士也开始实施此要求。
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