GB13955－2005漏电保护器安装、运行

4/2006(总第58期) 电力化与技术经济 GB 13955-2005(剩余电流动作保护装置 安装和运行》有关说明 Installation and operation of residual current operated protective devices 陈蔽芳 (北京供电局，北京 100055) 国家标准GB 13955一2005((剩余电流动作保 护装置安装和运行》是GB 13955一1992《漏电保 护器安装和运行》的修订本。GB13955一2005《剩 余电流动作保护装置安装和运行》发布后，代替 GB 13955一19920 在电力生产中，历来强调《安全第一，预防为 主》的方针。在低压配电系统中安装剩余电流保 护装置是防止人身电击、防止电气设备损坏、防 止单相接地引起电气火灾、减少剩余电流造成电 能损耗的有效措施，因此安装剩余电流保护装置， 是电力生产《安全第一，预防为主》的需要。 该标准与GB 6829, GB 16916, GB 16917相 配套，这样对剩余电流动作保护装置有一套完整 的从、制造到安装、运行的标准。 标准规定了正确选择、安装、使用剩余电流 保护装置及其运行管理工作的有关，在一段 时间内，标准对剩余电流保护装置的正确使用、 安装和运行将起到一定的技术指导作用。 GB 13955-92 (漏电保护器安装和运行》， 1993年强制执行后，在配电系统和用户内部，人 身电击伤亡事故大幅度下降，说明安装剩余电流 保护装置起到了应有的作用。 1 GB 13955一2005《剩余电流动作保护装 置安装和运行》简介 1. 1 标准名称 标准名称为《剩余电流动作保护装置安装和 运行》，代替原标准的名称《漏电保护器的安装和 运行》。其修订主要原因: 1)为与国际标准接轨，将原标准中的“漏 电”，改为“剩余电流”。 这里所指漏电，一般理解为对地泄漏电流， 根据IEC 364一1一3.47“对地泄漏电流”的定义: “从未遭受电气损伤的回路上流入大地或至装置 外可导电部分的电流”。因此电气设备中都存在 允许的泄漏电流。而剩余电流保护装置所检测 的电流，严格来讲，是由多种电流组成，包括对地 短路电流、电容电流、谐波电流及杂散电流等。 一般统称为“剩余电流”。因此IEC标准中都以 “剩余电流”示。为与IEC国际有关标准一致， 将“漏电”改为“剩余电流”。此外还为与国内相 关的国标一致，如与GB 6829《剩余电流保护器的 一般要求》,GB 16916《家用和类似用途的不带过 电流保护的剩余电流动作断路器》、GB 16917《家 用和类似用途带过电流保护的剩余电流动作断 路器》等标准相统一。 2)将名称中的“保护器”改为“保护装置”。 “装置”的范围是指单独的剩余电流保护器 之外，包括与保护器具有相同剩余电流保护功能 的“断路器、移动式剩余电流保护装置和电气火 灾监控系统、剩余电流继电器及组合电器”等，因 此，“装置”的范围是指具有剩余电流保护功能的 系列设备。 1.2 标准的适用范围 标准适用于低压系统中，额定工作电压不超 7 Electric Power Standardization&Construction Cost Control Information 4/2006(总第58期) 过230/400V的电源中性点直接接地的供用电 系统。 标准中所指的剩余电流保护装置，是指电路 中相对地漏电所产生的剩余电流超过规定值时， 能够自动切断电源或报警的保护装置。包括各 类带剩余电流保护功能的断路器、移动式剩余电 流保护装置和剩余电流电气火灾监控系统、剩余 电流继电器及其组合电器。 修订后保护装置的适用范围强调“电路中相 对地漏电所产生的剩余电流超过规定值时，能够 自动切断电源或报警的保护装置”。 同时还明确了剩余电流保护装置不适用于电 路中发生相间短路故障或相线对N线短路故障造 成的电击事故或电气火灾事故时的保护作用。 1.3 剩余电流保护装置的保护范围 1)对电击事故的保护 电击伤亡事故一般可分为直接接触电击和 间接接触电击。 直接接触电击是指人体直接接触了带电体 而造成的电击。这类电击，被电击者受到电击的 电压为系统对地电压，剩余电流直接流过人体， 易发生致命的危险。 间接接触电击，一般为电气设备内部绝缘损 坏，造成其外露可接近导体带有危险电压，当人 体误碰触到设备的可接近导体时，便会发生电击 ， 事故。随着家用电器日益增多，这些电器的操作 人员大都为非专业人员，一旦电气设备的绝缘损 坏，其外露可接近导体带有危险电压，在基本保 护措施失效的情况下，极易造成人员伤亡。 安装剩余电流保护装置后，对直接接触电击 和间接接触电击的事故，均能及时、迅速地自动 切断电源。起到保护人身和电气设备的补充保 护作用。 2)对电气火灾的防护 当低压配电系统发生接地故障时，其故障往 往不能及时排除，长时间的接地故障电流，使故 障点或接地线的不良接头产生电弧或电火花，其 高温极易引燃周围易燃物而引起火灾。 一般的断路器或过电流保护电器，其动作跳 闸主要依靠过电流脱扣器来动作，而很多情况 下，发生接地故障时，其产生的接地故障电流达不 到过电流保护的动作电流值。因此一般断路器和 过电流保护电器不能有效地防范接地故障。 8 而剩余电流保护装置切断电源的动作原理 不同于过电流的保护，而是依靠系统中发生接地 故障时，各相线和中性线电流形成的矢量和，即 使这个矢量和小到只有mA级，但达到了预定的 动作电流值，当其通过剩余电流保护装置高灵敏 度的剩余电流互感器，就会使断路器动作跳闸， 切断故障电路。可以有效防止发生单相接地故 障时引起的电气火灾事故。 2 剩余电流保护装置的工作原理和结构 特点 剩余电流保护装置，是指电路中带电导体对 地故障所产生的剩余电流超过规定值时，能够自 动切断电源或报警的保护装置。 2. 1 剩余电流保护装置的工作原理 在正常情况下，电路中没有人身电击、设备 漏电或接地故障时，通过剩余电流保护装置电流 互感器一次侧电路的电流矢量和等于零。则在 电流互感器铁心中产生的磁通的矢量和也为零。 在电流互感器的二次线圈中没有感应电压输出， 因此剩余电流保护装置保持正常供电。当电路 中发生人身电击、设备漏电故障时，通过设备有 一个接地电流流过，则通过互感器电流的矢量和 不等于零。剩余电流互感器铁心中产生的磁通 矢量和也不等于零。这时互感器二次回路就有 一个感应电压输出，此电压直接或通过一个电子 信号放大器施加在脱扣线圈上产生一个电流。 当接地故障电流达到额定值时，脱扣线圈中的电 流足以推动脱扣器动作，使主开关断开电路或使 报警装置发出报警信号。 2.2 剩余电流保护装置的结构 剩余电流保护装置的结构如图1所示。剩余 电流保护装置的结构一般应包括: W一检测元件 即为剩余电流互感器，它的 主要功能是把检测到的剩余电流施加到剩余电 流脱扣器的脱扣线圈上，推动脱扣器动作，或通 过信号放大装置将信号放大以后施加到脱扣线 圈上，使脱扣器动作。 A一判别元件 即为剩余电流脱扣器，用来 判别剩余电流是否达到预定值，从而确定剩余电 流保护装置是否应该动作。剩余电流保护装置 的脱扣器一般有两种，一种是电磁式脱扣器，另 4/2006(总第58期) 电力标准化与技术经济 一种是电子式脱扣器。 B一执行元件 即为机械开关电器或报警装 置，对剩余电流断路器，其执行元件是一个可开 断主电路的机械开关电器。对剩余电流继电器， 其执行元件一般是一对或几对控制触头，输出机 械开闭信号。 E一电子信号放大器(电子式)等部分 在剩 余电流互感器和脱扣器之间增加一个信号放大 装置，从而可以大大地缩小互感器的重量和体 积，使剩余电流保护装置的成本降低。信号放大 装置一般采用电子式放大器 T一试验装置 A 判别元件 B 执行元件 M 操作机构 E 电子信号放大器 N 二次绕组 RA工作接地的接地电阻 RB电源接地的接地电阻 T 试验装置 W 检测元件 *电磁式剩余电流装置没有 电子信号放大器 图1 剩余电流保护装置的工作原理图 2.3 剩余电流保护装置的动作特性 1)额定剩余动作电流(10?) 制造厂对剩余电流动作保护装置规定的剩 余动作电流值，在该电流值时，剩余电流保护装 置应在规定的条件下动作。 2)额定剩余不动作电流('A..) 制造厂对剩余电流动作保护装置规定的剩 余不动作电流值，在该电流值时，剩余电流保护 装置在规定的条件下不动作。 3)剩余电流动作断路器的分断时间 从突然施加剩余动作电流的瞬间起到所有 极电弧熄灭瞬间为止所经过的时间。 剩余电流保护装置根据故障发生时剩余电 流的数值确定动作时间，一般可以分为: 无延时的剩余电流保护装置: 有延时的剩余电流保护置:延时型只适用于 Io?> 30mA的剩余电流保护装置。 4)极限不驱动时间 对剩余电流动作断路器施加一个大于剩余 不动作电流的剩余电流值而不使剩余电流动作 保护装置动作的最大延时时间。 2.4 剩余电流含有直流分量时的工作状况 随着计算机、电子办公器具及家用电器等设 备应用电子元件的日益增多，电气线路中出现非 正弦波的交流故障电流也越来越多。当这种非 正弦波的故障电流达到一定的程度时，会影响检 测装置的检测灵敏度，使剩余电流保护装置的特 性产生变化。 为了适应剩余电流中直流分量对动作特性 的影响，对剩余电流保护装置的检测元件进行了 改进，开发了既能响应负载电路中交流剩余电 流，也能响应脉动直流电流或平滑直流电流的剩 余电流保护装置。根据剩余电流含有直流分量 时的动作特性，剩余电流保护装置可分为三种 形式: AC型剩余电流保护装置:对突然施加或缓 慢上升的剩余正弦交流电流能确保脱扣的剩余 电流保护装置。其工作原理如前面所述。 A型剩余电流保护装置:对突然施加的或缓 慢上升的剩余正弦交流电流和剩余脉动直流电 流能确保脱扣的剩余电流保护装置。其工作原 理与AC型的一样，仅对剩余电流互感器的磁特 J性进行了改进，提高了对脉动直流电流的检测灵 敏度。 B型剩余电流保护装置:对突然施加的或缓 慢上升的剩余正弦交流电流、剩余脉动直流电流 和平滑直流电流能确保脱扣的剩余电流保护装 置。B型剩余电流装置是在A型装置的基础上， 增加了一个能检测平滑直流剩余电流的装置，使 其能响应平滑直流电流。 3 电气火灾保护 安装剩余电流保护装置和火灾监控系统是 防止电弧性接地故障引起电气火灾的有效措施。 防止故障电流引起火灾，应在线路中装设额定剩 余动作电流不超过500mA的剩余电流保护装置 或装设电气火灾监控系统，在故障时发出警报。 9 Electric Power Standardization& Construction Cost Control Information 4/2006(总第58期) 在电源进线处安装带剩余电流保护功能的 断路器和电气火灾监控系统是一项重要的防火 灾措施。这在一些发达国家已是广泛应用的防 电气火灾技术。 3.1 电气火灾监控系统类型 由电流互感器、监控探测器、报警器或控制 器构成的电气火灾实时监测并实施报警或切断 电源的装置为电气火灾监控系统。 3.2.1 原理方框图 监控系统系统组成方框图如图2所示。 电流互感器为传感器件，由它提取的漏电信 号，经放大、AC/DC变换、A/D变换、CPU处理 后，送至输出级。输出信号经总线输往监控设 备。监控设备接收的漏电信息经CPU处理后，送 往报警器、显示器、信号输出级。报警器由报警 指示灯、蜂鸣器组成，显示器由三位数码管 (LED)组成，用以显示漏电电流大小，信号输出 级输出各种报警及控制信号，用于附加报警及切 断电源等。监控设备还有信号存储及打印功能， 供随时查询。 3.2.2 监控系统的几种组成方式 1)电气火灾监控系统由电流互感器、漏电探 测器、漏电报警器组成。探测器、报警器以有线 方式连接 2)电气火灾监控系统由电流互感器、漏电探 测报警器组成，探测报警器由第一种的探测器与 报警器组合而成。为了实现远程报警，可以再增 加远程报警盒，探测报警器与远程报警盒以有线 方式连接。 3.2 电气火灾自动保护型断路器 1)工作原理及其应用 电气火灾自动保护功能型断路器是在现行 普通剩余电流断路器的基础上，配置一个具有与 外界温度呈同步单调变化的感温元件— 热敏 电阻。断路器内部有相应的电子电路相配合，当 外界环境温度异常升高，超过了一定正常温度值 后，电子线路自动驱动电气火灾自动保护型断路 器的主触头脱扣器，将断路器负载侧线路分断， 防止电气火灾发生。电气火灾自动保护功能型 断路器在规定温度范围的下限以下，不论时间多 长，都不会导致电气火灾自动保护功能型断路器 动作，即为额定不动作温度。额定不动作温度保 证了该型断路器发生误动作，确保其工作的可 靠性。 2)主要功能 普通开关功能;火灾自动保护功能;过载保 护、短路保护功能;剩余电流保护功能。 4 乘」余电流保护装置与系统接地形式的 配合 图2 监控系统原理方框图 3)电气火灾监控系统由电流互感器、监控探 测器与监控设备组成，监控探测器与监控设备以 总线方式连接，漏电及故障等信息由监控探测器 通过总线传至监控设备。 10 在间接接触电击防护中，修订后的标准强调 剩余电流保护装置与系统接地型式的配合。有 些剩余电流保护装置安装后无法投人使用，就是 与系统的接地型式不协调而引起。如在两网改 造之前，在TN一C接地系统中安装剩余电流保护 装置，由于在TN一C接地系统中，N线和PE线始 终是合一的。安装剩余电流保护装置时，N线应 穿人剩余电流保护装置才能形成回路，但由于N 线与PE线合一，随即PE线也随PEN线而穿人 剩余电流保护装置，后又重复接地。因此在正常 运行中，由于PE线的分流作用，剩余电流保护装 置的信号回路内，就会有足以使脱扣器动作跳闸 的电流。而当发生漏电故障时，又由于PE线的 重复接地，使剩余电流保护装置回路内，有部分 故障电流被抵消，不能达到动作电流值，而起不 到保护作用。为此在TN一C接地系统中，不经过 改造为TN一C一S接地系统或局部'IT接地系统， 剩余电流保护装置无法正常运行，因此修改后的 标准进一步强调剩余电流保护装置与系统接地 型式应密切结合。 4/2006(总第58期) 电力标准化与技术经济 5 分级保护 低压供用电系统中为了缩小发生人身电击 事故和接地故障切断电源时引起的停电范围，剩 余电流保护装置应采用分级保护。 强调采用分级保护时，电源端或分支线路上 的剩余电流保护装置应与末端的剩余电流保护 装置的动作特性配合，一般情况下，在电源端或 分支线上，应选用低灵敏度延时型或动作特性可 调的剩余电流保护装置。在采用分级保护时，上 下级剩余电流保护装置的动作时间差值不得小 于0.2s, 1)分级保护方式的选择应根据用电负荷和 线路具体情况的需要，一般可分为两级或三级保 护。各级剩余电流保护装置的动作电流值与动 作时间应协调配合，实现具有动作选择性的分级 保护。 1998年两网改造之前，剩余电流保护装置作 分级保护，在全国大部分地区并没有采用。严格 来讲，当时城镇采用的是末端保护，而农村则采 用的是线路保护。城网和农网改造后，对城网中 原有的TN一C接地系统，大部分已改为TN一C- S接地或局部TT系统，使N线与PE线在建筑物 进户线处就分开，这为城镇安装剩余电流保护装 置创造了条件。而农网改造后，电力线路距离缩 短，线路绝缘水平提高，使其本身的泄漏电流大 大减少。而且随着农村经济的发展，农民生活水 平提高，家用电器的增加，也使农民对安全用电 的意识增强，为农民住宅安装剩余电流保护装置 创造了条件。为此修订后的标准，根据客观条件 的变化，对安装剩余电流保护装置作为防止直接 接触电击和间接接触电击、防止电气火灾采用分 极保护的型式，提出更具体的要求。 2)剩余电流保护装置的分级保护应以末端 保护为基础。住宅和末端用电设备必须安装剩 余电流保护装置。末端保护上一级保护的保护 范围应根据负荷分布的具体情况确定其保护 范围。 3)为防止配电线路发生接地故障导致人身 电击事故，可根据线路的具体情况，采用分级 保护。 4)配电线路电源端的剩余电流保护装置的 动作特性应与线路末端保护协调配合。 5)企事业单位的建筑物和住宅应采用分级 保护，电源端的剩余电流保护装置应满足防接地 故障引起电气火灾的要求。 6)分级保护参考模式 修订后的标准对分级保护方式列举了几种 型式的参考模式图。 图3中的分级保护模式，适用于农网中，小 型配电变压器供电，一般为160kVA以下的架空 配电网中，其主要负荷为农副业加工，居民生 活用电等，第一级保护一般设在变压器低压出 线端，第二级保护设在分支线路上，而末端保 护则设在用电设备的末端和居民住宅的电能表 箱内。 图3 变压器容量为160 kVA以下分级保护 参考模式图 图3分级保护中，变压器低压出线第一级保 护一般选用额定动作电流为500mA，或选用动作 特性可调带延时的剩余电流保护装置，第二级保 护选用额定动作电流为200mA的剩余电流保护 装置，末级保护选用30 mA，无延时的剩余电流保 护装置，每级保护的动作时间差不应小于0.2s 图4中所示分级保护模式，适用于农网中型 配电变压器供电，一般160kVA及以上供电的配 电网，其主要负荷为农业机械、排灌、小型乡镇企 业及居民用电。适宜于在第一分支线路上安装 第一级剩余电流保护装置，在第二分支线路上安 装第二级剩余电流保护装置。而末端保护则安 装在农业的动力负荷和居民电能表箱内。 图4的分级保护中，变压器低压出线第一级 保护，一般选用额定动作电流为800mA，或选用 动作特性可调，带延时的剩余电流保护装置，第 二级保护选用额定动作电流为300mA末级保护 选用30 mA，无延时的剩余电流保护装置，每级保 Electric Power Standardization& Construction Cost Control Information 4/2006(总第58期) 护的动作时间差不应小于0. 2s, 农业动力负荷 考，一扯 装置切断电源，和动力总进线处的剩余电流保护 装置的事故报警，除在配电柜上有显示外，还应 将报警信号送至值班室，在值班室应有声光 报警。 新修订的标准中，强调电源端和分支线路上 安装的剩余电流保护装置应能满足防止接地故 障引起电气火灾的要求。 目前国内的剩余电流保护装置，已有能够满 足防火要求的产品，如安装在电源端和分支线上 能够根据预测泄漏电流大小，采用报警或自动切 断电源的电气火灾监控系统。和安装在电源端 或分支线路上能够对火灾预测引起跳闸的剩余 电流保护装置。 图4 变压器容且为160kVA及以上分级保护 参考模式图 图5中所示分级保护模式，适用于配电网络 健康水平较高，负荷类型相对较复杂的城镇配电 网。在大规模的城网改造后，为了适于安装一户 一表，已大部分实现将原来的配电网接地系统型 式由TN一C改造为TN一C一S,TN一S或局部TT 系统后，为安装剩余电流保护装置创造了良好 条件。 图5中所示分级保护模式，在建筑物照明总 进线处，装设防电气火灾的带剩余电流保护功能 的塑壳断路器，安装于高层住宅楼电缆分界柜之 后，动作于切断电源;在建筑物动力总进线处，装’ 设用于防止电气火灾的带剩余电流保护功能的 断路器或火灾监控系统，安装于高层住宅楼电缆 分界柜之后，动作于报警。 6 乘」余电流保护装置动作参数的选择 图5 比较复杂的城镇配电网分级保护参考 带消防用电设备的回路不能装设作用于切 断电源的剩余电流保护装置，应装设报警式剩余 电流保护装置。照明总进线处的剩余电流保护 12 1)在动作参数选择中，将作末端保护的保护 装置选用“快速动作型”改为“一般型”。 2)选用“动作电流可调和延时型剩余电流保 护装置” 为防止接地故障引起的火灾事故，在电气线 路或多台电气设备的电源端安装剩余电流保护 装置，应与其二级保护和末端保护的动作特性相 配合，动作特性应协调，以防止出现越级跳闸的 故障，为此在第一级保护或第二级保护中，必要 时应选用低灵敏度动作电流可调的，动作时间应 为延时型的剩余电流保护装置。 3)分级保护参数的选择 5.7.4“在采用分级保护方式时，上、下级剩 余电流保护装置的动作时间差不得小于0. 2so 下一级剩余电流保护装置的极限不驱动时间，应 小于上一级剩余电流保护装置的动作时间，且时 间差应尽量小”。 各级剩余电流保护装置应选用低灵敏度延 时型的剩余电流保护装置。且各级剩余电流保 护装置的特性应协调配合，实现有选择性的分级 保护”。 4)对应用电子元件较多的电气设备的剩余 电流保护装置选择 对应用于电子元件较多的电气设备的剩余 电流保护装置的选择，增加了5.8.6“对应用电 子元件较多的电气设备，电源装置的故障含有 脉动直流分量时，应选用A型剩余电流保护装 置”。 口