1 RCD的基本工作原理

RCD一般由剩余電流檢測模塊和斷路器組成，斷路器起接通、承載和分斷電路的作用，剩余電流檢測模塊一般由剩余電流互感器、信號放大器、信號判別元件、脫扣執(zhí)行元件組成。負載線路接入RCD后即穿過了剩余電流互感器，形成一次繞組；剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時，線路中剩余電流為零，即穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[3-7]，有式中，Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此，在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和同樣為零，故不會在二次繞組中感應出電流，信號判別元件判斷線路中沒有剩余電流，RCD不會動作；當發(fā)生故障使線路中產(chǎn)生正弦或脈動直流剩余電流時，即I_x0005_Δ≠0，在剩余電流互感器鐵心中產(chǎn)生的磁通矢量和不為零，此時會在二次繞組感應出電流。當剩余電流在檢測范圍內時，磁心工作在線性區(qū)，二次側感應電流與剩余電流大小成正比，該電流信號經(jīng)過信號放大器后，在判別元件中與設定的剩余電流動作標準值對比，當檢測到的剩余電流值超過設定值時，判別元件向執(zhí)行元件發(fā)出信號，執(zhí)行元件驅動斷路器動作，切斷電源，從而起到漏電保護的作用。

由此可見，剩余電流互感器是整個RCD的核心部件，RCD能否起到漏電保護作用，取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當線路中電流為正弦型或脈動直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線性區(qū)時，RCD動作與否取決于穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。

2用電負載的電流矢量分析與計算

在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下，RCD能否正常工作，取決于流經(jīng)其進、出線端的電流矢量和，故用電負載的電流矢量分析對于RCD的應用至關重要[10]。低壓供電網(wǎng)可提供單相和三相兩種供電方式，其中三相供電時根據(jù)負載的分布和接線方式可分為星形聯(lián)結和三角形聯(lián)結。

2.1單相供電時負載的電流矢量

圖1為單相供電負載接線示意圖，無論Z為純阻性負載還是復阻抗負載，流經(jīng)負載Z的電流矢量如圖1所示，根據(jù)KCL定律可得式中，Il、In分別為負載的相線與中性線電流矢量。式（2）表明，無論負載Z的大小如何，在無電流泄漏的情況下，流經(jīng)負載的電流矢量和始終為零。2.2三相供電時負載的電流矢量

1）負載星形聯(lián)結時的電流矢量

三相供電負載星形聯(lián)結示意圖如圖2所示。負載星形聯(lián)結時，如果三相負載對稱平衡，可不需要中性線，如圖2（a）所示。但是在圖2（a）的情形下，存在負載異常導致三相負載不平衡的情況，此時會產(chǎn)生中性點漂移。圖2（a）中，設Z2 1=λZ，Z3 1=μZ，分別取a、b、c節(jié)點為參考對象，根據(jù)KCL定律和歐姆定律可得式中：Iu、Iv、Iw為三相負載各相線電流矢量；λ為阻值Z2與Z1之比；μ為阻值Z3與Z1之比。解析式（3）得特別地，當λ=μ=1時，三相負載對稱平衡；當λ≠μ時，三相負載不平衡，中性點發(fā)生漂移。結合式（3）、式（4）可知，無論三相負載平衡與否，式（4）總是成立，表明三相負載星形聯(lián)結不帶中性線時，在無電流泄漏的情況下，各相的線電流矢量和始終為零。2（b）中，中性點連接零線，構成中性線，此時相電壓Up與線電壓Ul有固定的關系，即Ul=3Up。線電壓Ul取決于電源系統(tǒng)，電源系統(tǒng)穩(wěn)定則線電壓不會改變，故Up不因各相負載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等，即Il p=I，若認為三相負載電流由各相線流入，由中性線流出，取中性點為參考對象，根據(jù)KCL定律可得式中：Iu、Iv、Iw為三相負載各相線電流矢量；In為中性線電流矢量。由式（5）可知，三相負載星形聯(lián)結帶中性線時，在無電流泄漏的情況下，所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。

2）負載三角形聯(lián)結時的電流矢量

三相供電負載三角形聯(lián)結示意圖如圖3所示。圖3中負載為三角形聯(lián)結，分別取三根相線與負載的連接點e、f、g作為參考對象，根據(jù)KCL定律可得式中：

Iu、Iv、Iw為三相負載的線電流矢量；Iuv、Ivw、Iwu為流經(jīng)三相負載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。結合式（6）、式（7）可知，無論三相負載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何，式（7）總是成立，表明負載三角形聯(lián)結時，在無電流泄漏的情況下，各相線電流矢量和始終為零，與各相負載的阻值大小無關，也與三相負載是否平衡無關。

3 RCD在接地系統(tǒng)中的應用

低壓配電網(wǎng)的接地系統(tǒng)分為TT、TN、IT三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統(tǒng)有各自的特點，因RCD的工作原理，其工作狀態(tài)與接地系統(tǒng)的類型和接線方式有關，若應用和接線方式有誤，RCD會拒動或誤動，從而引發(fā)安全事故[11-12]。

3.1 RCD在TT系統(tǒng)中的應用

RCD在TT系統(tǒng)中的應用示意圖如圖4所示。TT接地系統(tǒng)中，供電側電源系統(tǒng)有一點直接接地，用電側負載的外露可導電部分通過接地極接地。安裝RCD時，相線與中性線全部接入RCD，且中性線連接在有明確標識的中性極，如圖4（a）中A所示，結合式（5），此時有式中，I_x0005_Δ為穿過RCD的所有線路電流矢量和，也可稱作剩余電流。若相線或中性線與負載的外露可導電部分因絕緣故障發(fā)生漏電，負載的外露可導電部分與大地之間就存在電壓，進而負載的外露可導電部分通過接地線PE或人體（當負載的外露可導電部分接地不良而人體觸摸到時）產(chǎn)生接地故障電流，也稱泄漏電流或剩余電流。結合式（5），此時該電流為剩余電流的大小視絕緣故障的程度而定，當I_x0005_Δ達到或超過RCD額定值時，RCD會動作切斷電源，保護設備和人身安全。還有一種情況如圖4（a）中B所示，負載中性線未接入RCD，接地線PE無電流通過或無人體觸碰負載的外露可導電部分而觸電，此時有式（10）表明，僅當三相負載對稱平衡時，有IΔ_x0005_=-In=0，RCD不會動作；一旦負載不平衡，則有IΔ=-In≠0。若｜IΔ｜比較大，則RCD立即動作。

3.2 RCD在TN系統(tǒng)中的應用

TN接地系統(tǒng)有TN-C、TN-S、TN-C-S三種，這三種接地系統(tǒng)的本質是一樣的，即供電側電源系統(tǒng)中性點接地，用電側負載的外露可導電部分接中性線，接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地系統(tǒng)中的應用原理是一樣的，為減少篇幅，此處以TN-C接地系統(tǒng)為例進行分析說明。RCD在TN系統(tǒng)中的應用示意圖如圖5所示。

參考文獻

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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.06版