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剩余電流動(dòng)作繼電器在路燈配電線路中的應(yīng)用
陳冬
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(shè)施漏電隱患的主要原因。本文通過介紹剩余電流動(dòng)作繼電器的功能特點(diǎn)，探討了剩余電流動(dòng)作繼電器在路燈配電線路中的使用方法，為路燈配電設(shè)備正常運(yùn)行提供保障。
關(guān)鍵詞：路燈漏電；剩余電流動(dòng)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(shè)備，其特點(diǎn)是分布廣、燈桿基本使用鋼鐵材料，燈桿頂部的燈具、燈桿內(nèi)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(dāng)漏電發(fā)生時(shí)，很容易引起人體觸電的事故。
近年來，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口與日俱增，城市照明范圍也隨著日益擴(kuò)大，市民也對城市照明提出了更高的要求。在這個(gè)背景下，路燈設(shè)施的數(shù)量和密度在不斷增加，這也給城市照明設(shè)施的管理增加了難度。而時(shí)有發(fā)生的路燈漏電傷人事件，也給城市照明設(shè)施的管理者提出了一個(gè)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(shè)施漏電分為“燈桿帶電”和“電纜漏電”，這兩類現(xiàn)象產(chǎn)生的場景有以下幾種:
1)路燈桿內(nèi)電纜絕緣損壞導(dǎo)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(shè)計(jì)有防水功能，但絕緣發(fā)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(nèi)部導(dǎo)致漏電。多雨季節(jié)或臺風(fēng)來臨時(shí)，雨水過多，城市內(nèi)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(huì)導(dǎo)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(dá)數(shù)公里，并且都埋于地下，時(shí)間久了會(huì)受侵蝕發(fā)生絕緣變化，或受外力影響導(dǎo)致電纜皮破損，電纜絕緣降低就可能導(dǎo)致漏電。
在電路分析中，以上漏電現(xiàn)象多為單相接地故障?！兜蛪号潆娫O(shè)計(jì)規(guī)范》( GB /T 50054—2011) 第5.2.9條規(guī)定“TN 系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護(hù)電器切斷故障回路的時(shí)間，應(yīng)符合下列規(guī)定: 配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路，不宜大于5 s”。假設(shè)某一段路燈線路長1km，采用VV－1kV4X25mm2+1×16 mm2電纜，當(dāng)線路末端發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，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(nèi)切斷電路。如果發(fā)生單相非金屬性接地故障，現(xiàn)有的斷路器更可能是根本無法切斷故障回路。
單相接地故障中，故障點(diǎn)電壓會(huì)下降，另外兩相電壓會(huì)升高，但是由于LED 路燈電源大多數(shù)是寬范圍設(shè)計(jì)，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(fā)現(xiàn)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(chǎn)生的漏電容易超過一般漏電保護(hù)器的整定范圍，導(dǎo)致無法合閘，常規(guī)的漏電保護(hù)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(zhǔn)值相比較，當(dāng)剩余電流值超過基準(zhǔn)值時(shí)，發(fā)出一個(gè)機(jī)械開閉信號（使機(jī)械開關(guān)電器脫扣或聲光報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)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(hù)裝置，主要適用于交流50Hz，額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路，用來對電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù)，防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故，也可用來對人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)，因而可以在低壓供配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。
2.1 間接接觸電擊保護(hù)
間接接觸電擊保護(hù)的措施是自動(dòng)切斷電源。GB 13955“對間接接觸電擊事故的防護(hù)”規(guī)定：“間接接觸電擊事故防護(hù)的主要措施是采用自動(dòng)切斷電源的保護(hù)方式，以防止由于電氣設(shè)備絕緣損壞發(fā)生損壞事故。當(dāng)電路發(fā)生絕緣損壞造成接地故障。其故障電流值小于過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流值時(shí)，應(yīng)安裝剩余電流保護(hù)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(fā)生絕緣故障時(shí)，一旦接觸電壓超過 50 V 時(shí)，需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障部分電源。過電流保護(hù)裝置受電氣線路和設(shè)備及自身動(dòng)作值限制，不能自動(dòng)切斷電源。剩余電流保護(hù)裝置不受負(fù)荷電流影響，可與過電流保護(hù)裝置配合使用，作間接接觸電擊保護(hù)。
2.2 接地故障保護(hù)
接地是帶電導(dǎo)體和大地、接地的金屬外殼或與地有聯(lián)系的構(gòu)件之間的接觸，其故障可能導(dǎo)致人身電擊傷亡和設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)電氣火災(zāi)。接地故障保護(hù)過去通常采用過電流保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)接地故障電流大于過電流保護(hù)裝置定值時(shí)，由過電流保護(hù)裝置切斷故障電路。TT系統(tǒng)中額定電流較大、配電線路較長的線路，TN系統(tǒng)中帶電導(dǎo)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(shí)，都有可能出現(xiàn)接地故障電流小于過電流保護(hù)動(dòng)作整定電流，過電流保護(hù)裝置不動(dòng)作的情況。剩余電流保護(hù)裝置，或帶接地故障保護(hù)的斷路器，能可靠地進(jìn)行接地故障保護(hù)。
2.3 電氣火災(zāi)保護(hù)
電氣火災(zāi)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(dǎo)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(jì)，高溫易使絕緣氧化而自燃，火災(zāi)危險(xiǎn)雖大，但可用帶短路保護(hù)的斷路器和熔斷器保護(hù)，由斷路器瞬時(shí)動(dòng)作切斷電源，避免火災(zāi)。后者是帶電導(dǎo)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(shí)間延續(xù)，局部溫度高，很容易點(diǎn)燃周邊可燃物質(zhì)，引發(fā)火災(zāi)；另一方面，又不足以使一般斷路器動(dòng)作跳閘切斷電源。所以電弧性短路引起火災(zāi)危險(xiǎn)遠(yuǎn)大于金屬性短路。帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)功能的斷路器可在過電流保護(hù)裝置不動(dòng)作的情況下切斷保障電路，防止電弧性短路引發(fā)的電氣火災(zāi)。
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(shù)參數(shù)
注：①ASJ10L- LD1A額定剩余動(dòng)作電流IΔn為10mA-30A連續(xù)可調(diào)；
②ASJ10L- LD1A不驅(qū)動(dòng)時(shí)間Δn為0-10S連續(xù)可調(diào)。
四、 剩余電流繼電器的其他應(yīng)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(fēng)、電熱水壺，使用頻率高，容易發(fā)生導(dǎo)線破損、水濺到插座等情況，嚴(yán)重危害人身安全，需要監(jiān)測漏電流并進(jìn)行保護(hù)。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(fā)生漏電或觸電的情況下切斷電源，保護(hù)人身安全。
4.2 智能化建筑中的游泳池
現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)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(shè)有循環(huán)水泵系統(tǒng)。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(huán)水泵系統(tǒng)都要裝設(shè)剩余電流繼電器。保證在循環(huán)水泵系統(tǒng)出現(xiàn)漏電故障時(shí)能及時(shí)跳閘，切斷電源，保護(hù)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(jī)、塔式起重機(jī)等各種建筑機(jī)械，手鉆、切割機(jī)等各種移動(dòng)式用電工具，需要向它們臨時(shí)供電。一般建筑工地環(huán)境潮濕，人員繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用電設(shè)備多為移動(dòng)式，且配電線路長而復(fù)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(shè)置額定剩余動(dòng)作電流在30 mA左右的剩余電流繼電器。
五、 注意事項(xiàng)
5.1 剩余電流動(dòng)作繼電器外部所有接線要正確，否則可能導(dǎo)致誤動(dòng)作和拒動(dòng)作。
5.2 國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) IEC4.79 確定，50Hz交流電流通過人體時(shí)，如果不超過30mA時(shí)，人體不會(huì)因發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)而死亡。因此，特殊場所剩余電流動(dòng)作繼電器對于漏電電流的設(shè)置要達(dá)到人性化。
5.3 剩余電流式動(dòng)作繼電器不對相與相、相與零線之間的觸電提供保護(hù)；被保護(hù)線路不得與未保護(hù)線路混用，中性保護(hù)線不得重復(fù)接地。
六、小結(jié)
剩余電流監(jiān)測產(chǎn)品安裝在路燈配電系統(tǒng)線路中，可以起到提前對漏電事故的預(yù)警和漏電保護(hù)作用，繼電器和監(jiān)測儀可以提供持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測和監(jiān)控。用高科技手段提高路燈配電系統(tǒng)安全管理水平，遠(yuǎn)程監(jiān)控，漏電保護(hù)的同時(shí)，提前預(yù)測，預(yù)警和預(yù)排查，減少路燈漏電事故的發(fā)生。
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