漏电保护器与地线有什么关系?

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来源:机械工业出版社E视界 作者:张白帆 版权归原作者所有,侵权请联系删除 首先,先给出结论:漏电保护器与地线是从属关系。有了地线,才具有安装漏电保护器的可能;反过来,若没有地线,安装了漏电保护器毫无用处。 为了能够明确其中的道理,我们从最简单的直流电路开始谈起。

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作者:张白帆

版权归原作者所有,侵权请联系删除


首先,先给出结论:漏电保护器与地线是从属关系。有了地线,才具有安装漏电保护器的可能;反过来,若没有地线,安装了漏电保护器毫无用处。

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为了能够明确其中的道理,我们从最简单的直流电路开始谈起。

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图1是直流电路,它有电源E,也有电源内阻r,还有外接的电阻箱R。 注意到外接电阻箱R有一个金属外壳。


设从电源E的正端流向电阻R的电流是I+,流出电阻R并返回电源的电流是I-。 由于电路属于串联电路,因此这两个电流大小相等,方向相反。 令两者之和为Id,于是有:


例如,电池电压为6V,它的内阻r=0.1欧,外电阻R=10欧,
于是有:


我们令I+的方向为正方向,
则有:


我们来看图2,它依然是直流电路。 图中把电阻箱的金属外壳通过接地电阻Rg接到电源负极,也即接地。


当电源的正极未与电阻箱的外壳相接时,什么也不会发生。


现在,我们让电源正极引线与电阻箱外壳相接(以下简称碰壳事故)。 仔细看图,我们会发现接地电阻Rg其实是与负载电阻R并联的。

于是我们发现了一个关键现象:


也就是说,此时的I+和I-虽然方向依然相反,但已经不再是大小相等了。 (提示: 从现在开始,漏电电流就用它的标准符号Ig来描述了)。


由于Rg的值往往很小,因此Ig的值很大,近似于电源正负极之间的短路电流,因此在电路中需要配备熔断器来保护。


注意1: 由于图2中的接地电流很大,近似等于电源短路电流,所以我们把这种接地系统叫做大电流接地系统。


注意2: 大电流接地系统的线路保护依靠过电流保护装置,即熔断器或者断路器。


我们来看图3: 图3其实就是把图1中的直流电源(电池)换成交流电源。 与图1一样,我们也可以做出结论: IL与IN大小相等方向相反。



和图2的结论一致,尽管是交流电流。


我们来看图4: 我们发现图4与图2类似,
我们也可以推出完全类似的结论:


由于正常状态下,IL与IN大小相等方向相反,故Ig=0; 一旦发生电阻箱碰壳事故,则Ig不等于零,说明发生了漏电。


国家标准规定,Rg的值不得大于4欧,而一般状态下Rg的值在0.2欧到0.8欧之间,因而接地电流很大,接近电源相线对零线的短路电流。 也因此,它被称为大电流接地系统。


前面说过,对于大电流接地系统,一般依靠电路前端的断路器或者熔断器来保护线路。


这种交流电路中的接地属于TN-C、TN-S和TN-C-S接地系统。 下图是国际电工委员会IEC给出来的TN-C接地系统标准图:


640.webp (58).jpg


看,和我给出来的图4何其相似。


不过,到目前为止,我们还没有谈到漏电保护器。 我们马上就要讲到它了。


640.webp (59).jpg


图5中,我们看到用电设备的外壳直接接地,碰壳事故的接地电流并没有通过电源提供的N线返回电源,而是走地网再返回电源。


我们当然知道,地网的电阻Rg远远大于PEN线或者PE线的电阻。 这是第一个问题。


其次,我们发现不知道该如何同时测量IL与IN。 若不同时测量这两个电流,我们就没法得知两个电流之差。 这是第二个问题。


如何解决这两个问题?


对于第二个问题,我们采用零序电流互感器来同时测量IL与IN。



将图6与图5对照着看,立刻就明白了。


由于Ig=IL-IN,且当IL与IN的值相等而方向相反时,两者平衡,零序电流互感器没有输出; 当IL与IN的值不相等时,Ig不等于零,于是零序电流互感器输出到操动机构中,产生脱扣力驱动前端的断路器执行跳闸操作。


这个装置就叫做RCD,器件名称是: 漏电保护器或者剩余电流保护器。


对于第一个问题,在IEC60364《接地系统》中规定,若电力变压器的中性点直接接地,而用电设备的外壳也直接接地,两者之间没有导线连接,这种接地系统叫做TT。



图中我们看到了电力变压器(左上侧)的中性点直接接地,用电设备(中下)的外壳直接接地(PE线),两个接地极依靠地网连接。


IEC规定,TT接地系统必须使用RCD。


至此,我们应当明白了:


(1)用电设备的外露导电部分(外壳)直接接地线PE;
(2)在上条得到满足的条件下,使用RCD漏电保护器,就能在发生单相接地故障(用电设备的碰壳事故)时,RCD将驱动断路器跳闸,以保护人身安全;
(3)对于TT系统,IEC和国家标准强制性地要求必须使用RCD。


最后的结论就是开头的那句话:


漏电保护器与地线是从属的关系: 地线是安装漏电保护器的充分条件。 也就是说,安装了漏电保护器,可以推断系统中一定有地线; 但反过来,若仅有地线,未安装漏电保护器也行。 事实上,在大电流接地系统TN下,可由普通开关的过电流保护装置来执行线路的漏电保护。


知道原因是什么? 大电流接地系统下,漏电流已经被放大为相对N或者相对零的短路电流,故可以用过电流保护装置来执行保护操作。


至于TT小电流接地的系统,必须安装RCD,这是IEC和国标强制要求的!
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  • 老有所为
    老有所为 2019年10月12日 18:34:45 2楼

    谢谢分享。

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  • lw010
    lw010 2019年11月18日 15:07:21 3楼

    谢谢分享。

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