剩余電流動作繼電器在路燈配電線路中的應用
發布時間：2021-11-23瀏覽次數：1288返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：單相接地故障是造成城市路燈設施漏電隱患的主要原因。本文通過介紹剩余電流動作繼電器的功能特點，探討了剩余電流動作繼電器在路燈配電線路中的使用方法，為路燈配電設備正常運行提供保障。
關鍵詞：路燈漏電；剩余電流動作繼電器 ；
引言：
路燈是指給道路提供照明功能的一種用電設備，其特點是分布廣、燈桿基本使用鋼鐵材料，燈桿頂部的燈具、燈桿內的電纜線都帶電。由于路燈桿較多分布于人行道或綠化帶，燈桿與人很容易接觸到，因此，當漏電發生時，很容易引起人體觸電的事故。
近年來，隨著城市規模的不斷擴大，城市人口與日俱增，城市照明范圍也隨著日益擴大，市民也對城市照明提出了高的要求。在這個背景下，路燈設施的數量和密度在不斷增加，這也給城市照明設施的管理增加了難度。而時有發生的路燈漏電傷人事件，也給城市照明設施的管理者提出了一個難題: 如何做到既能保證照明的效果，又能把安全隱患消除。
一、漏電原因分析
路燈設施漏電分為“燈桿帶電”和“電纜漏電”，這兩類現象產生的場景有以下幾種:
1)路燈桿內電纜絕緣損壞導致電線與燈桿接觸，使燈桿帶電。
2)燈頭漏電。照明燈頭雖然設計有防水功能，但絕緣發生變化或者線路被雷擊后，燈頭存在漏電的可能。
3)路面積水侵入燈桿內部導致漏電。多雨季節或臺風來臨時，雨水過多，城市內澇，路燈桿若淹沒于水中，水位超過燈門高度，接線頭防水措施不足，這些都會導致漏電。
4)電纜絕緣變化。路燈供電線路比較長，有的線路可能長達數公里，并且都埋于地下，時間久了會受侵蝕發生絕緣變化，或受外力影響導致電纜皮破損，電纜絕緣降低就可能導致漏電。
在電路分析中，以上漏電現象多為單相接地故障。《低壓配電設計規范》( GB /T 50054—2011) 第5.2.9條規定“TN 系統中配電線路的間接接觸防護電器切斷故障回路的時間，應符合下列規定: 配電線路或僅供給固定式電氣設備用電的末端線路，不宜大于5 s”。假設某一段路燈線路長1km，采用VV－1kV4X25mm2+1×16 mm2電纜，當線路末端發生單相金屬性接地故障時，故障電流Id = 122. 3A，對于常用的額定電流為63A的斷路器，很難在5s內切斷電路。如果發生單相非金屬性接地故障，現有的斷路器可能是根本無法切斷故障回路。
單相接地故障中，故障點電壓會下降，另外兩相電壓會升高，但是由于LED 路燈電源大多數是寬范圍設計，電壓低至90V也可以正常工作，因此無法通過肉眼觀察亮燈情況來發現故障。路燈線路由于電纜與大地接觸，且距離很長，電纜的對地分布電容所產生的漏電容易超過一般漏電保護器的整定范圍，導致無法合閘，常規的漏電保護器也無法加裝。
二、剩余電流繼電器的原理及主要用途
剩余電流繼電器是檢測剩余電流，將剩余電流值與基準值相比較，當剩余電流值超過基準值時，發出一個機械開閉信號（使機械開關電器脫扣或聲光報警裝置發出報警）的電器。剩余電流繼電器通常與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護裝置，主要適用于交流50Hz，額定電壓400V及以下的TT和TN系統配電線路，用來對電氣線路進行接地故障保護，防止接地故障電流引起的設備損壞和電氣火災事故，也可用來對人身觸電危險提供間接接觸保護，因而可以在低壓供配電系統中廣泛應用。
2.1 間接接觸電擊保護
間接接觸電擊保護的措施是自動切斷電源。GB 13955“對間接接觸電擊事故的防護”規定：“間接接觸電擊事故防護的主要措施是采用自動切斷電源的保護方式，以防止由于電氣設備絕緣損壞發生損壞事故。當電路發生絕緣損壞造成接地故障。其故障電流值小于過電流保護裝置的動作電流值時，應安裝剩余電流保護裝置。”研究表明，人體接觸電壓的安全值為 50 V。為保證人身安全，電氣裝置的任何部分發生絕緣故障時，一旦接觸電壓超過 50 V 時，需要在規定的時間內自動切斷故障部分電源。過電流保護裝置受電氣線路和設備及自身動作值限制，不能自動切斷電源。剩余電流保護裝置不受負荷電流影響，可與過電流保護裝置配合使用，作間接接觸電擊保護。
2.2 接地故障保護
接地是帶電導體和大地、接地的金屬外殼或與地有聯系的構件之間的接觸，其故障可能導致人身電擊傷亡和設備損壞，嚴重時可能引發電氣火災。接地故障保護過去通常采用過電流保護裝置進行保護，當接地故障電流大于過電流保護裝置定值時，由過電流保護裝置切斷故障電路。TT系統中額定電流較大、配電線路較長的線路，TN系統中帶電導線落地接地故障、不安全的金屬性接地故障、電弧性接地故障時，都有可能出現接地故障電流小于過電流保護動作整定電流，過電流保護裝置不動作的情況。剩余電流保護裝置，或帶接地故障保護的斷路器，能可靠地進行接地故障保護。
2.3 電氣火災保護
電氣火災通常由電氣短路引起，電氣短路包括金屬性短路和電弧性短路。前者是帶電導體間（如相與相之間、相與 N 線之間）短路，多以高溫熔焊金屬為通路，故障電流以千安計，高溫易使絕緣氧化而自燃，火災危險雖大，但可用帶短路保護的斷路器和熔斷器保護，由斷路器瞬時動作切斷電源，避免火災。后者是帶電導體對地短路，多以電弧為通路，故障電流雖小，但一方面電弧長時間延續，局部溫度高，很容易點燃周邊可燃物質，引發火災；另一方面，又不足以使一般斷路器動作跳閘切斷電源。所以電弧性短路引起火災危險遠大于金屬性短路。帶剩余電流動作保護功能的斷路器可在過電流保護裝置不動作的情況下切斷保障電路，防止電弧性短路引發的電氣火災。
三、安科瑞ASJ系列剩余電流繼電器
3.1 型號和功能
3.2 技術參數
注：①ASJ10L- LD1A額定剩余動作電流IΔn為10mA-30A連續可調；
②ASJ10L- LD1A不驅動時間Δn為0-10S連續可調。
四、 剩余電流繼電器的其他應用場合舉例
4.1 智能化住宅建筑及賓館客房
住宅及賓館中的電熨斗、電吹風、電熱水壺，使用頻率高，容易發生導線破損、水濺到插座等情況，嚴重危害人身安全，需要監測漏電流并進行保護。智能化住宅建筑和賓館客房中安裝了剩余電流繼電器，可以在發生漏電或觸電的情況下切斷電源，保護人身安全。
4.2 智能化建筑中的游泳池
現代運動場、賓館多為帶有游泳池的智能化建筑，為了保證游泳池清潔，一般的游泳池都設有循環水泵系統。游泳池是人群密集的場所，為了保證人員的安全，游泳池的循環水泵系統都要裝設剩余電流繼電器。保證在循環水泵系統出現漏電故障時能及時跳閘，切斷電源，保護人身安全。
4.3 智能化建筑工地
智能化建筑施工工地常用到散裝水泥和混凝土攪拌機、塔式起重機等各種建筑機械，手鉆、切割機等各種移動式用電工具，需要向它們臨時供電。一般建筑工地環境潮濕，人員繁多，結構復雜，用電設備多為移動式，且配電線路長而復雜，容易受到外力破壞，很容易造成漏電，危害人員的安全。因此，在建筑工地一般要設置額定剩余動作電流在30 mA左右的剩余電流繼電器。
五、 注意事項
5.1 剩余電流動作繼電器外部所有接線要正確，否則可能導致誤動作和拒動作。
5.2 電工委員會標準 IEC4.79 確定，50Hz交流電流通過人體時，如果不超過30mA時，人體不會因發生心室纖維性顫動而死亡。因此，特殊場所剩余電流動作繼電器對于漏電電流的設置要達到人性化。
5.3 剩余電流式動作繼電器不對相與相、相與零線之間的觸電提供保護；被保護線路不得與未保護線路混用，中性保護線不得重復接地。
六、小結
剩余電流監測產品安裝在路燈配電系統線路中，可以起到提前對漏電事故的預警和漏電保護作用，繼電器和監測儀可以提供持續實時監測和監控。用高科技手段提高路燈配電系統安全管理水平，遠程監控，漏電保護的同時，提前預測，預警和預排查，減少路燈漏電事故的發生。
參考文獻
[1] GB/T 22387—2008. 剩余電流動作繼電器 [S].
[2] GB 13955—2005 . 剩余電流動作保護裝置安裝和運行 [S].
[3] 陳家斌 . 漏電保護技術手冊 [M]. 河南科學技術出版社：1993.
[4] 司徒興漢 . 觸電漏電保護電器及其應用 [M]. 廣東科技出版社：1990.
[5] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊，2020.06版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246
