浙江泰西智能科技有限公司
作者 王厚余
摘 要 我 國現(xiàn) 時 廣 泛 采 用 的借 故 障 回路 電 源 殘 壓 的 電 能 來 動 作 的 電 子 式 RCD在 發(fā) 生 接 地 故 障 時 有 拒動 的可 能 ．不如 借故 障 電流 的電 能動作 的 電磁 式 RCD 動作 可靠 為保證人 身安全應(yīng)按 建筑電氣國際標 準的 規(guī) 定 采 用 電 子 式 RCD．否 則 應(yīng) 采 用 電磁 式 RCD。 建 議 低壓 電器制造 行 業(yè)擴 大 生產(chǎn)價 廉 可靠 的 電磁 式 RCD
關(guān) 鍵 詞 電子 式 RCD 電磁 式 RCD 電 擊 防 護 短 路 防 護 欠 壓 防 護 “斷 零 ” 防 護
建筑 電氣 中 RCD (剩余 電流動作保護器 )是 防人 身 電擊 的重要保 護性開關(guān) 電器 上世 紀 80年代筆 者 參 加 編 制 的 《低 壓 配 電設(shè) 計 規(guī) 范 》 (GB 50054—95) 內(nèi)有一節(jié)專 門規(guī)定 了裝 用 RCD的要求 當(dāng)時筆者對
RCD了解 不 多 ．建筑 電氣 國際標準 對其 也乏 具體規(guī) 定 ．無章可循 ．所以該節(jié)的規(guī)定現(xiàn)在看來十分簡單 和 膚淺 。由于用 電技術(shù) 的發(fā)展 ，對 RCD裝用 的要求 日 趨 復(fù)雜 和嚴 格 ．現(xiàn) 時 RCD應(yīng) 用 中存 在 的問題 很多 。 本文只擬探討其 中的一 個問題 — — 電子式 RCD和電 磁 式 RCD的 選用 和 取 舍 的 問題
1 電子 式 RCD和 電磁 式 RCD的 不 同 之處 電 子 式 RCD 和 電 磁 式 RCD 的 動 作 能 源 是 不 同 的 ：前者 在發(fā)生 接地故 障時 ，借 RCD接線端 子處 電 源電壓的故障殘壓 提供的電能來動作 ．殘壓過低時能 量不足 ．它將拒動 ：而后者則 是借通 過 RCD的故障 電流提供 的電能來動作 ．有危 險故 障電流 即能 動作 ， 與 電 源 電壓 的 故 障殘 壓 高 低 無 關(guān) 電 子 式 RCD 只 能 在 電 源 故 障 殘 壓 足 夠 高 時 動 作 ． 因此 電 子 式 RCD不 如 電磁 式 RCD動作 可靠 電子式 RCD對 制作 材料 和 生產(chǎn) 工 藝要 求較 低 ．價格較便宜 ，在我 國被廣泛采用。在歐洲較 多采用 電 磁 式 RCD，也 有 一些 發(fā)達 國家 ，如 美 國 、 日本 ，較 多 采用電子式 RCD．其 中原 因?qū)⒃谙挛闹蟹治鲇懻?。
2 在 TN—C—S系 統(tǒng) 內(nèi) 電子 式 RCD應(yīng) 用 的 局 限性
關(guān) 于電子式 RCD，在我 國 RCD產(chǎn)品標 準 《剩余 電流 動作保 護 電器 的一般 要 求》 (GB／Z 6829—2008) 中 的 第 8．3．3．3條 有 如 下 一 段 規(guī) 定 ： “對 ／a ≤ 0．03 A 的剩余電流保護器 ，在 電源電壓 (筆者注 ：應(yīng) 是指發(fā)生接地故障時在 RCD接線端子處 的電源電壓的 殘壓 )降低 到 50V (相對地 電壓 )時 。如出現(xiàn)大于或 等于額定剩余動作 電流的剩余 電流應(yīng)能 自動動作 ”這一 規(guī)定說明在發(fā)生接地故障時我國電子式 RCD的故 障 殘 壓 動 作 最 低 值 已低 于建 筑 電氣 國 際 標 準 IEC 60364 的規(guī)定值 (單 相 回路 中的 RCD為 85 v．三相 回路 中 的 RCD為 70％ 的 回路 電壓 )．提 高 了防 電擊水平 。
這是我 國 RCD生產(chǎn)從業(yè) 人員努 力研發(fā) 的可喜成果 這里需要 注意 的是對這一產(chǎn) 品標準 的規(guī)定不能誤 解 ．不 能 誤 以 為 既 然 電子 式 RCD 最 低 動 作 電 壓 等 于 接觸電壓限值 50 V，就不會有 電擊危險 了。 因為 人體 接 觸 電壓 并不 等 于RCD處 的 電源 故 障殘 壓 U RCD有 可 能 超 過 50V 而 ∞ 低 于 50V，這 時 發(fā) 生電擊事故而電子式 RCD則拒動．這可用圖 1來說 明。
圖 中 被 RCD 保 護 的 一 臺 TN —C —S系 統(tǒng) 供 電 的 電氣設(shè)備 發(fā)生碰 外殼接 地故 障 ．設(shè) 接地故 障 回路 阻抗 為 ：
從 式 (2) 及 式 (3) 可 知 和 c。并 不 相 等 。
RCD越靠 近設(shè)備 ，Uxco越 小 ，以至小 于 50 V。而人 體接觸 電壓則 仍為 = (zPEJI＼r+ZpE) 不變 。 當(dāng) >50 V 時發(fā) 生 電擊 事故 而 電子 式 RCD則 拒 動 。
這種電擊 危險發(fā) 生在 TN—C—S系統(tǒng) 內(nèi)而 不發(fā)生 在 TN—S系統(tǒng) 內(nèi) 。因在 TN—S系統(tǒng) 內(nèi)沒有 PEN線 ，式 (2)中 的阻抗 約 占故 障 回路阻抗 的一半甚 至 更 多 ，uRcD肯 定 大 于 50V。 但 需 注 意 我 國現(xiàn) 時 已 進 入信息時代 ．為防共模 電壓對信息系統(tǒng)的干擾 ，對低 壓 供 電 的建 筑 物 宜 采用 TN —C—S系 統(tǒng) (見 參 考 文獻 ? 第十 四章第 五節(jié)第 4款 )而不 宜采用 TN—S 系統(tǒng) ．以降低共模 電壓 。這時應(yīng)注意防止電子式 RCD的這 一 拒 動 問題
這 一 拒 動 情 況 也 不 會 發(fā) 生 在 TT系 統(tǒng) 內(nèi) 因 TT 系統(tǒng)故障 電流 返 回電源 的通路 內(nèi)串有保護接地 和 系統(tǒng)接地兩個大值接地電阻 ， cD接近此兩接地 電阻 上的電壓 降．其值幾 為 220V，電子式 RCD不會拒動 (見參考文獻? 第十九章第一節(jié))。
附帶說 明 ，我 國國家 標準 《剩余 電流動 作保護 裝 置安裝 和運 行》 (GB 13955—2005)第 5．6條第 b)款規(guī)定 ： “對 電源 電壓偏差較大地 區(qū)的電氣設(shè)備 應(yīng)優(yōu)先選用動作功能與電源電壓無關(guān)的剩余 電流保護 裝 置 ?！?這 一 規(guī) 定 沒 有 條 文 說 明 。不 明 其 原 理 ?？?能 將地區(qū)電網(wǎng)的電壓負偏差與低壓配 電回路 發(fā)生接地故 障時 RCD處的電源故 障殘壓 ∞ 相混淆 了。這一規(guī) 定 恐 欠妥 當(dāng)
3 在 潮 濕 場所 內(nèi) 電子 式 RCD作 用 的局 限性
在 農(nóng) 電 、施 工 場 地 、浴 室 、游 泳 池 等 潮 濕 或 特 別 潮 濕的場所 內(nèi)，防電擊 的接觸電壓限值 不 是 50 V 而是 25 V或 12 V．這時電子式 RCD將不能可靠防電 擊 在 潮 濕 場 所 ，電氣 設(shè) 備 如 發(fā) 生碰 外 殼 接 地 故 障 而 帶 低于 50 V的接觸電壓 ，例如為 30 V，而 uRcu也可 能低至 50V 以下 ．這 時十分可能發(fā) 生電擊事故 而 電 子式 RCD卻拒 動。所 以在潮濕場所 內(nèi)電子式 RCD的 應(yīng) 用更 具 局 限性
附帶說 明，行業(yè)標 準 《民用建筑 電氣設(shè)計規(guī)范》 (JGJ 16—2008)第 7．7．10條第 9款 規(guī)定 ： “1)用 于 電子信息設(shè)備 、醫(yī)療 電氣設(shè)備 的剩余 電流動作 保護 器 應(yīng) 采用 電 磁 式 ：2)用 于 一 般 電 氣 或 家 用 電器 回 路 的剩 余 電 流 動 作 保 護 器 宜 采 用 電 磁 式 或 電子 式 ?！?這 一規(guī)定 同樣沒有說明其原 由和依據(jù) ．令人難解 。揣其 意圖可能認為信 息設(shè)備和 醫(yī)療設(shè) 備等屬重要設(shè)備才值 得裝用價格較高 的電磁式 RCD，而對一般電氣設(shè)備則 不值得采用 規(guī)定 內(nèi)全未提及 兩種 RCD的動作 與 電 源故障殘壓的關(guān)系 ．事關(guān)人身安全 ，恐也有欠妥當(dāng)。
4 中性 線不 導(dǎo) 通 時 電子 式 RCD的拒 動
圖 2所 示 為 一 單 相 TN —S系 統(tǒng) ．當(dāng) 中性 線 因 斷 線或連接不 良而不導(dǎo)通時 ．如果 電氣設(shè)備存在碰外殼 接地故障 ，這時接觸電壓 將為全部 PE線上故障電 流 產(chǎn)生 的電壓降 ，電擊致死危 險很大 ，但 由于 中 性線 不 導(dǎo)通 ．電子 式 RCD卻 因端 子 處 電源 電壓 為 零伏而 拒動 ．后 果將 十分 嚴重 。對 于 TN—C—S系 統(tǒng) ，情 況 相 同 ，不 贅 述 。
關(guān) 于這 一 問題 ．有 的 同行 引 用 我 國 《供 配 電 系 統(tǒng) 設(shè)計 規(guī) 范》 第 3．0．3條 ： “不 應(yīng) 按 一 個 電源 系 統(tǒng) 檢 修 或故障的同時另一 電源又發(fā)生故障進行設(shè) 計”的規(guī)定 并 推 而 廣之 ．認 為 在 低 壓 配 電 系 統(tǒng) 內(nèi) 不必 考 慮 接 地 故 障和’中性線不導(dǎo)通兩個故障 同時發(fā)生的情況 ．以此否 定上 述 電子 式 RCD拒 動 的危 險 對 此 筆 者 不敢 茍 同
任何 電氣系統(tǒng)都有同時發(fā)生兩個 故障的可能 上 述 3．0．3條的規(guī)定在上世 紀 70年代第一次 編制 《供 配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》時正是 出于筆者 的筆下 。當(dāng)時我 國經(jīng) 濟 比較 困難 ．為節(jié)約 電源投資 才寫入這一 規(guī)定 。 多 年 實 踐 經(jīng) 驗 表 明 ．一 個 電力 用 戶 兩 個 電源 系 統(tǒng) 同時 發(fā)生故障停電的案例不勝枚舉 。查 IEC和發(fā)達 國家 電 氣規(guī)范都無此規(guī)定 筆者多年來為寫入這一不恰當(dāng) 的 規(guī) 定 深感 愧 疚
另外 ，一 電力用戶 的電源系統(tǒng)和低壓建筑 電氣 中 的配 電系統(tǒng) 有許 多不 同 ．兩者 不 能相提 并論加 以套 用 ，因為低壓 配 電系統(tǒng)更 易 同時發(fā) 生兩 個故 障 在 IEC 60364建筑 電氣標準 中就有多 處規(guī)定 了對 同時 發(fā) 生 兩個 故 障 時 的保 護 措 施 例 如 TT系統(tǒng) 和 IT系統(tǒng) 雖 然發(fā) 生一個故 障時故障 電流小 ．PE線可 取較小 截面 積 ．但考慮了同時發(fā)生兩個故障轉(zhuǎn)變成相問短路的可 能 ．規(guī) 定 其 PE線 的 截 面 積 的選 用 和 TN 系 統(tǒng) 的 截 面 積 一 樣 大 又 如 在 IT系 統(tǒng) 中 ．為 防 同時 發(fā) 生 兩 個 故 障引起 的電氣危 險．專 門規(guī)定 了若 干防范同時發(fā) 生兩 個故障的措施 。還有 ．在采用隔離 變壓器供 電給多臺 設(shè)備的電氣分隔措施 中．為防同時發(fā)生兩個故 障引起 的電擊危 險 ．在 電氣分隔措施中必須設(shè)置 不接地 的局 部等電位聯(lián)結(jié) 諸如此類的 IEC標準 中關(guān) 于低壓 建筑 電氣防范同時發(fā)生兩個故障的要求和措施在參考文獻? 中都有陳述 ，不多敘 。這里 費些筆墨 ，引證 IEC標準
對防范兩個故障的要求 ．只是想說 明 IEC標準十分重 視 中性線 不導(dǎo) 通對 電子 式 RCD防 電擊性 能 的影 響 。 對 此 在建 筑 電氣 設(shè)計 中不 能 掉 以輕 心 。
5 對 發(fā) 達 國 家 選 用 電 子 式 RCD和 電 磁 式 RCD不 同 要 求 的分 析
電子式 RCD對制作材料 和生產(chǎn)工藝的要求較低 ， 售 價較低廉 ，在我 國得 到廣泛 的應(yīng)用 。在一些發(fā)達 國 家兩者 的選用要求則不盡相 同．歐洲較多采用電磁式 RCD．但 在美 國 、 日本則更 多采 用 電子 式 RCD。這 些 不 同是 有 其 原 因 的 。歐 洲 和 我 國一 樣 ，配 電 回路 的 相 電 壓 采 用 220～240 V 這 一 級 標 稱 電 壓 。設(shè) 備 發(fā) 生 碰外 殼接地 故 障時接觸 電壓 約 100 V左 右 ，電擊 危 險較大 ，因此歐 洲較 多采用 電磁式 RCD，以確保 RCD可靠切斷 電源 ，它是有科學(xué)依 據(jù)的。而在美 國、 日本 ．為 策人 身安全 ，對 于 以插 座供 電難 以擺 脫 的 電擊 危 險大 的手持式 、移 動式 小功率 電氣 設(shè)備 都 以 110～120 V 電壓供 電。設(shè) 備發(fā)生碰外殼接 地故障時 ， 其接 觸 電壓 不大 于 50 V，即使 電子式 RCD不動 作 ．電擊致死危 險也不大 ．因此他們較多采用 電子式 RCD，也是有科學(xué)依據(jù) 的。相 比之 下 ，我國配電回路 相 電壓為 220 V卻廣泛采用 電子式 RCD．就防 電擊而 言 卻 是 缺 乏 科 學(xué) 依 據(jù) 的 。事 關(guān) 人 身 安全 ，這 一 情 況有 必 要 引 起 重 視
6 依 據(jù) 建 筑 電 氣 國 際 標 準 正 確 選 用 電 子 式 RCD 電 子 式 RCD 在 電 源 故 障 電 壓 低 時 拒 動 ．不 如 電 磁 式 RCD 可 靠 ，但 它 制 作 簡 單 ，售 價 較 低 ，有 利 于 推廣應(yīng) 用 只要按建筑 電氣 國際標準規(guī)定 的要求正確 選 用 ，它 也 能 在 一 定 條 件 下 有 效 地 起 到 防 電 擊 作 用 關(guān) 于 保護 電器 選用 的建 筑 電氣 國 際標 準 <
(Electrical Installations of Buildings Part 5： Selection and Erection of Electrical Equipment Chapter 53：Switchgear and Controlgear) (IEC 60364 — 5— 53， 1994)，即 《建筑物 電氣裝 置 第 5部 分 ：電氣設(shè)備 的選 擇 與 安 裝 第 53章 ：開關(guān) 設(shè) 備 和 控 制 設(shè) 備 》 (我 國等 同轉(zhuǎn)化 的國家標 準為 GB 16895．4—1997)第 531．2．2．2條 對 電 子 式 RCD 的 選 用 有 恰 當(dāng) 的 規(guī) 定 該條規(guī)定 如下 ： “531．2．2．2 只有 滿足下列兩個條 件 之一 時 ．才允 許 采用 在 輔 助 電 源 失 效 的 情 況 下 不 自 動動作 的帶輔助 電源 的剩余 電流動作保護 電器 ：
壓 附 件 ，則 此 附 件 價 格 還 高 于 電磁 式 RCD 所 以 僅 從 經(jīng) 濟 上 考慮 ，這 一設(shè) 想 不 切 實際
對 IEC標準規(guī)定的第二個條件 ．筆者的理解是專 業(yè)人 員能 了解 電子式 RCD的上述特性和必要 的使用 要求 ，在使用中加以注意 ．可避免間接接觸 電擊事故
的發(fā)生 例如為 防中性線 的不導(dǎo)通致 使 電子 式 RCD 拒動 ．他需關(guān)心和保持 中性線截面積或機械強度 的足夠 ．避免 中性線受機械損傷 中斷 ．在定期檢驗 中他需 測 試 中性 線 是 否 導(dǎo) 通
良好 等 ． 以保 證 電 子 式 RCD 的 有 效 動作
IEC 60364—5—53標準的這一規(guī)定說明在建筑 電 氣 中 應(yīng) 區(qū)分 電子 式 RCD 和 電磁 式 RCD 我 國廣 泛 采 用的電子式 RCD即使 ∞ 為 50V時能動作 ，仍存在 電源 故障殘 壓過低 而拒動 的可
能 ．在建 筑 電氣 設(shè)計 中應(yīng) 注 意 其 應(yīng) 用 是 有 一 定 的 條 件 的 ．這 些 條 件 需 在 建 筑 電 氣 設(shè) 計 安 裝 中切 實 付 諸 實 施 ．否 則 應(yīng) 采 用 電 磁 式 RCD
7 結(jié)束 語
我 國 按 GB ／Z 6829 — 2008 生 產(chǎn) 的 電 子 式 ，IR≤ 0．03 A的 RCD 能 在 電源 故 障殘 壓 低 至 50 V 時 動作 。其性能有所提高。但如本文所述 ，在一些情況 下 發(fā)生 間接接觸 電擊
事 故時 它仍可 能拒 動。所 以按 GB／Z 6829—2008標準生產(chǎn) 的電子式 RCD不 能完全 有效 防電擊 ．其使用是有條件的 ．在建筑 電氣設(shè)計 中 應(yīng)注 意輔 以其他一些防電擊措施 我國低壓配 電
系統(tǒng) 標 稱 電 壓 與 歐 洲 諸 國屬 同一 等 級 ．為 保 證 人 身 安 全 ． 在建筑 電氣設(shè) 計 中應(yīng)和 歐洲諸 國一樣 ．按 國際標準 IEC 60364 —5—53標 準 規(guī) 定 的條 件 選 用 電 子 式
RCD。 當(dāng)條 件無 法 滿 足 時應(yīng) 采 用 電磁 式 RCD 生產(chǎn) 電磁式 RCD有 一定 的難 度 ．但 它的使用有 其 必 要性 不 然 IEC可 不 必 為它 的制 造 和 使 用制 訂 標 準 ．一些 發(fā) 達 國家
也 不必 為裝 用 它 而 多 花投 資 。筆 者 相信 我 國低 壓 電器制造 業(yè)一定 能基 于以人 為本 的原 則 ．堅持 勇于創(chuàng)新 的傳 統(tǒng) ．象供應(yīng) 電子式 RCD那樣
大量供應(yīng)價廉可靠 的電磁式 RCD．為提高我 國的用電 安全水平作 出新貢獻
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即使在輔 助 電源失 效 的情 況下 ．仍 能滿足 《建筑 物 電氣 裝 置 電氣 防護 》 (IEC 60364～4—41： 1992)中 7．1規(guī)定的防間接接觸保護的要求
安裝在 電氣裝置 中 的保護 電器 由專 職人員 (BA4)或熟練人員 (BA5)進行操作 、試驗和檢查 ”
筆 者 理 解 上 述 IEC標 準 的條 文 第 一 項 的 意 思 是 當(dāng) 電子 式 RCD的 電源 故 障殘 壓低 于 產(chǎn) 品標 準 規(guī)定 的動作 值 時 ．雖然 它拒動 ．但若 輔 以其 他措 施仍 可 不 發(fā) 生 間 接接 觸 電擊 事 故 例 如在 場 所 內(nèi)設(shè) 置 了局 部 等 電位聯(lián)結(jié) ．將 故障時 的接觸 電壓 限制在其 限值 (如 ：50 V：25 V)以 下 ，雖 然 電子 式 RCD拒 動 ， 電擊事故仍無 由發(fā)生 。
又若接地故 障 回路 阻抗 足夠小 ，接地故 障電 流 足夠大 ，回路首端用以保護 回路絕緣 的短路防護 能及 時切 斷 電源 ．雖然 電子式 RCD拒 動 ．但短 路防 護卻能兼起防 電擊的作用。
在以上例舉情況下 電子式 RCD雖然不能防 電擊 ．但 能 防常 見 多 發(fā) 的 接 地 電弧 火 災(zāi) 。 因 電 弧 具 有 大 阻 抗 ．電 弧 上 的大 電 壓 降 足 以使 電 子 式 RCD獲 得 足 夠 的電源故障殘壓而動作 。
需 要 說 明 當(dāng) 用 短 路 防 護 電器 切 斷 電 源 來 防 電 擊 時 ．其切斷時間需滿足 防電擊的時間要求 ，例如在干 燥 場 所 TN系 統(tǒng) 內(nèi)切 斷 時 間 為 不大 于 0．4 S。為此 需 限
制 故 障 回路 阻 抗 值 以增 大接 地 故 障 電流 。在 第 17版英 國建筑 電氣 國家 標 準 (2008 Requirements for ElectricalInstallations) (BS 7671，即 《電氣裝 置 的 要 求 2008》)第 411．4．6條 內(nèi)為 防 電擊 規(guī) 定 了 不 同 條 件 下 的 最 大 值 。例 如 當(dāng)采 用 C型 斷 路 器 作 保 護 時 ，如 斷 路 器 額定 電流 為 20 A，為 保 證 0．4 s內(nèi)切
斷 電源 ， 值不得 大于 1．15n，否則不能滿足 防電 擊 的 時 間 要 求 所 以不 能 簡 單 地 誤 認 為 電 子 式 RCD 電源故障殘壓 ∞ 低時故障電流 必然 大到足 以使 斷路器的短路 防護動作 ，避免電擊事故發(fā)生 ，從前文 中式 (1)、 (2)、 (3)可知 、 和 ∞ 三者 間并 無 直接聯(lián) 系 ，URcD小 并不 一 定 能使 ／d大 到足 以使 斷路器有效動作。其理甚明 ，不需多述。
有 同 行 提 出 當(dāng) 電子 式 RCD 電源 故 障 殘 壓 cD過 低 時 ，可 由斷路 器 的欠 壓 防 護 動作 來 切 斷 電源 。這 一 設(shè) 想 恐難 成立 姑 不 論 技 術(shù) 上 是否 可行 ，筆 者 了解 末 端微型斷路器本身并不具備欠壓防護功能 。若加裝欠