淺談住宅建筑剩余電流的保護與應用

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要：設計規(guī)范在住宅建筑剩余電流保護上規(guī)定了防止觸電的保護和防止火災的保護，對保護配合未給出明確做法。本文根據(jù)現(xiàn)有設計規(guī)范對住宅建筑剩余電流保護配合問題進行研究，提出了幾種解決方案。

關鍵詞：住宅建筑；剩余電流；電氣火災；安全用電

 

0 引言

隨著人民美好生活需要的日益增長、行業(yè)標準不斷提升，標準提升可能引發(fā)新的矛盾，需要研究解決。居民住宅供電的應用中，20世紀90年代，設計規(guī)范先后增加了用于防止觸電傷害和防止火災的剩余電流保護，本文主要討論居民住宅剩余電流保護配合問題。

 

1 住宅剩余電流保護存在配合問題

1.1其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護

《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定：“8.7.2住宅供電系統(tǒng)的設計，應符合下列規(guī)定：除壁掛式分體空調電源插座外，電源插座回路應設置剩余電流保護裝置；"（根據(jù)條文解釋，TT系統(tǒng)所有插座需設置剩余電流保護裝置）。

《低壓配電設計規(guī)范（GB50054-2011）》5.1.12規(guī)定：“額定剩余動作電流不超過30mA的剩余電流動作保護器，可作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護，但不能單獨作為直接接觸防護措施。"

作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護，一般電源插座回路選擇30mA、動作時間＜0.1s的剩余電流保護開關，通過反時限設定30mA保證人身在觸電發(fā)生時不至于發(fā)生心室顫動引發(fā)致命危險。此保護是為了人身安全存在的，下文簡稱防觸電剩余電流保護。

 

1.2防止火災發(fā)生設定的保護

現(xiàn)行《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定：“住宅供電系統(tǒng)的設計，應符合下列規(guī)定：每幢住宅的總電源進線應設剩余電流動作保護或剩余電流動作報警。"較早規(guī)范是要求每幢住宅安裝漏電保護動作于跳閘的，后來調整為可動作于報警。跳閘與報警各有優(yōu)劣，本文不予以討論。筆者認為，規(guī)范的調整說明每幢住宅建筑使用漏電保護動作與跳閘存在一些問題，本文主要就這些問題剖析、研究，提出解決方案給大家參考。

 

1.3防火剩余電流保護與防觸電剩余電流保護設計存在配合問題原因

根據(jù)前文所述，設計規(guī)范要求一般插座要求設置防觸電剩余電流保護，照明回路、壁掛式分體空調電源插座已被規(guī)范排除要求使用防觸電剩余電流保護外，《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.3規(guī)定：“每套住宅應設置戶配電箱，其電源總開關裝置應采用可同時斷開相線和中性線的開關電器。"戶配電箱只要求同時斷開相線和中性線的開關，也未要求采用防觸電剩余電流保護。這就造成了如果每幢建筑按規(guī)定設定不大于500mA的防火剩余電流保護，一旦戶內照明回路或壁掛式分體空調電源插座發(fā)生接地短路或漏電，就會造成整幢建筑停電，且不易查清故障。

 

2 剩余電流保護設定與配合

2.1增設剩余電流保護位置

如果建筑設置不大于500mA的防火剩余電流保護，為防止戶內照明回路或壁掛式分體空調電源插座發(fā)生接地短路或漏電，保護誤動作于整幢建筑總開關，可在防火剩余電流保護與戶內照明回路或壁掛式分體空調電源插座間設置剩余電流保護。存在以下幾種增設方案：

（1）戶內照明回路、壁掛式分體空調電源增設剩余電流保護。由于出線保護配合問題出現(xiàn)原因，是規(guī)范未要求戶內照明回路或壁掛式分體空調電源插座設立剩余電流保護，所以在該回路增設剩余電流保護，并且保護定值與上級防火剩余電流保護配合，可以解決剩余電流保護配合問題。由于戶內照明回路和壁掛式分體空調電源插座回路普遍泄漏電流小，故裝設帶防觸電的剩余電流保護開關一般不會產生誤動，還能起到防止意外觸電作用，同時，也防止了手持式電動工具使用壁掛式分體空調電源插座時，插座無剩余電流保護的觸電風險。因此，推薦采用此種方式解決保護配合問題。但由于戶內開關一般產權歸住戶私有，住戶裝修時，可選擇更換開關，一旦因為某種原因（如安裝空間不足）更換為非剩余電流保護開關，該回路發(fā)生的剩余電流故障就會造成整幢樓動作。采用此種方式解決配合問題時，應考慮補充其他措施來解決長期管理問題。

（2）戶內總開關增設剩余電流保護。戶內總開關增設剩余電流保護，如實現(xiàn)良好配合，能實現(xiàn)故障限定在戶內，也可防止故障擴大。但如果照明回路、壁掛式分體空調電源開關回路不設剩余電流保護且故障時，會造成戶內總開關斷電，照明插座同時失電，造成居民生活不便。根據(jù)筆者實際經(jīng)驗，照明燈具故障可能會造成剩余電流保護故障跳閘，如戶內總開關增設剩余電流保護，照明、插座同時失電，可能造成居民不便。此方案是前一個方案的替換方案，既有建筑改造配電箱位置不足，為節(jié)約成本可考慮此方案。

（3）運維分界點處增設剩余電流保護。供電公司或物業(yè)公司與居民住戶運維有分界點，這個分界點一般在計量表處，分界點以下線路和設施運維責任歸居民住戶所有，在運維分界點設置剩余電流保護容易區(qū)分責任，避免影響其他*用戶。

（4）單元開關等處增設剩余電流保護。在下文提到保護定值整定需要增加保護層級時，可分區(qū)增設剩余電流保護，分區(qū)可設立在樓總箱單元開關或單元箱總開關等處。

 

2.2保護定值要求

防觸電剩余電流保護的保護限定值來源于人體安全電流要求，限定值30mA，0.1s。由于設定已足夠小，生產設定更靈敏的開關產品會增加成本且容易誤動，所以防觸電保護限定值一般是統(tǒng)一的，無法通過改變整定值來實現(xiàn)防觸電保護配合。防火剩余電流電流來源于易產生火災的漏電電流限定，500mA的動作值不能突破，但存在小于500mA動作值的開關。根據(jù)《民用建筑設計規(guī)范GB51348-2019》對“電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的剩余電流動作報警值宜為300mA"的條文解釋，“剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器動作報警值300mA是引自《低壓電氣裝置第4-42部分：安全防護、熱效應第422節(jié)火災特別危險場所的防護措施》IEC60364-4-42-422火災防護的規(guī)定，泄漏電流達到了這一數(shù)值就可能會引起火災，因此建議報警值為300mA"。所以500mA是保護定值上限，但不是保護定值的值，保護定值的值在300mA及以下。防火漏電與防觸電剩余電流間配合不存在問題，防火剩余電流間配合可以采用電流配合和時間配合，保證繼電保護不誤動要求即可。

由于良好線路存在很小的正常漏電電流，電器設備本身也存在正常泄漏電流，同時，線路和電器設備啟動時也存在涌流。當整幢建筑擁有正常泄漏電流、涌流的設備、線路過多時，正常泄漏電流和涌流積累可能超過300mA，可能需要500mA保護定值來實現(xiàn)。對于涌流，因為送電時才出現(xiàn)，如果能用時限配合解決盡量采用時限定值配合躲過誤動，時限無法配合時才考慮電流定值配合。整幢建筑采用500mA保護定值時，建議分區(qū)塊設立保護，使各區(qū)塊處于300mA及以下剩余電流保護定值的保護下，以保證大部分線路的泄漏電流不高于300mA。區(qū)塊的設定可以在各單元、運維分界點，根據(jù)實際現(xiàn)狀決定，但分級不宜太多。

對既有建筑的整定配合，要經(jīng)過精確估算，防止老舊線路的非泄漏電流納入正常泄漏電流中予以保護排除。

 

3 安科瑞安全用電云平臺及選型

3.1安科瑞安全用電云平臺介紹

Acrelcloud-6000安全用電云管理系統(tǒng)能夠對剩余電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，并且通過云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進行分析，為用戶提供火災隱患的相關數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查，避免火災的發(fā)生。另一方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務，提升了服務質量，對用戶的長遠發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點的4G網(wǎng)絡傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠對采集的信息進行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。

 

 

具體功能如下：

（1）安全用電監(jiān)管服務系統(tǒng)包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
    （2）安全用電監(jiān)管服務系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等，能實時顯示現(xiàn)場服務次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產品維護等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
    （3）手機APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本，能通過手機APP對每條報警記錄進行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
    （4）能對各個單位及設備的電氣安全運行情況進行自動統(tǒng)計和分析評估，并隨時展示電氣安全運行分析報告。
    （5）監(jiān)控探測終端產品滿足法律法規(guī)和有關技術標準（GB14287.2《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》）的要求，并通過消防產品質量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認證。
    （6）漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。

 

3.2產品選型

3.2.1漏電火災監(jiān)控探測器

3.2.2故障電弧探測器 

安科瑞故障電弧產品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時預警，提醒用戶處理，防止電弧導致的火災的發(fā)生。

AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，該產品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：

 

 

3.2.3限流式保護器

安科瑞限流式保護器型號代碼為ASCP200-1，有三種電流等級，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時預警和產生滅弧效果，防止電弧導致的火災的發(fā)生。

ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。

以下是ASCP200-1的主要功能：

短路保護功能。保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間（3…60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

表內超溫保護功能。當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

配電線纜溫度監(jiān)測功能。當被監(jiān)測線纜溫度超過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

漏電流監(jiān)測功能。當被監(jiān)測的線路漏電超過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

保護器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

 

 

3.2.4剩余電流互感器

3.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊 

AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊，該無線模塊為安全用電云平臺專用模塊。

AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個模塊可以接入30塊儀表。默認上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報警，會實時上傳數(shù)據(jù)。

 

3.2.6溫度傳感器

 

溫度傳感器為一熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護。

 

4 未來展望

4.1建議廠家增加防火剩余電流開關動作時間級數(shù)

從保護原理上講，防火剩余電流保護是為了防止電纜老化泄漏電流引發(fā)電氣火災，而電纜老化是長期的過程，不需要防火漏電實現(xiàn)非?？焖俚姆磻６趯嶋H應用過程中，保護定值必須躲過合閘涌流，否則，容易出現(xiàn)保護誤動。如果整定時間不能躲過涌流，就必須加大整定電流，可能造成保護定值超過300mA或500mA。當定值超過500mA時，就不能作用于跳閘了，只能采用監(jiān)視的做法，而監(jiān)視的反應速度會明顯比跳閘慢很多，所以，建議廠家考慮防火剩余電流開關的保護定值時間增長、級數(shù)增多給應用更多的選擇。

 

4.2基于網(wǎng)絡化、智能化防火剩余電流保護未來可期

社會發(fā)展、信息化進步，造成信息化產品可靠性增高、成本降低，家用智能插座、智能電器產品不斷推新、完善，但工業(yè)化產品推進遲緩。網(wǎng)絡化可解決孤立元件間的保護配合難題，準確判斷故障來源，通過記錄分析泄漏電流發(fā)展過程，智能區(qū)分線路老化和正常泄漏電流未來可期。

 

【參考文獻】

[1]張德圳.住宅建筑剩余電流保護配合研究.中國設備工程.2021-08-10.

[2]陳志林.剩余電流斷路器在住宅配電中的應用及參數(shù)確認[J].福建建材.2019：62-63.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版.