摘要：文中主要是探討家用電器產(chǎn)生漏電的原因，分析了RCBO在家用電路中的漏電保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)常見家用配電線路使用電子式RCBO存在漏電保護(hù)不足等問題，針對(duì)這些問題提出使用自恢復(fù)式過欠壓保護(hù)電器（OUPA）和電磁式RCBO兩種解決方案。

關(guān)鍵詞：家用配電線路；漏電；自恢復(fù)式過欠壓脫扣器；電磁式RCBO

Problems and Improvements in Leakage Protection for Household Distribution Circuits

XU Jiafeng， ZHENG Jiayin

（ Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou 350001， Fujian， China ）

Abstract： This article mainly discusses the causes of leakage of household appliances. It analyzes the leakage protection function of RCBO in household distribution circuits， and it is found that the electronic RCBO "in common distribution circuits in China has the problem of insufficient leakage protection. In view of these problems， two solutions are proposed， which are the use of self-recovery over-undervoltage protection apparatus （OUPA） and electromagnetic RCBO.

Key Words： Household distribution circuits; Leakage; OUPA; Electromagnetic RCBO

0引言

隨著科技水平的進(jìn)步和人們生活水平的提高，種類繁多的家用電器普及率不斷提升，家庭用電安全也越來越受到人們的關(guān)注。家用電器產(chǎn)生漏電是常見的電器故障之一，產(chǎn)生的漏電可能會(huì)造成人體觸電、線路燒毀、電氣火災(zāi)等事故，嚴(yán)重威脅著生命及財(cái)產(chǎn)安全，所以如何消除漏電的危害應(yīng)引起大家的重視。

1 家用電器產(chǎn)生漏電的原因

日常生活中，家用電器產(chǎn)生漏電的原因可以歸納為以下幾點(diǎn)：1）絕緣損壞：受電器內(nèi)部絕緣材料自身材料特性和使用過程中短路、過載發(fā)熱、電痕化作用、化學(xué)腐蝕、物理磨損等因素的影響，導(dǎo)致絕緣老化、損壞，從而引起漏電；2）潮濕環(huán)境：電器長(zhǎng)期在高濕度的環(huán)境中使用，比如衛(wèi)生間、廚房等地方的電器容易受潮，導(dǎo)致帶電部件和外殼導(dǎo)通引起漏電；3）元件損壞：電器內(nèi)部元件的損壞，比如電阻、電容、電感、集成線路等發(fā)生短路，也會(huì)導(dǎo)致漏電；4）其他引起漏電的原因：隨著電器的體積越來越小、線路集成度越來越高，電器內(nèi)部帶電部件和絕緣材料的電氣間隙和爬電距離也隨之減小，也有可能直接影響絕緣性能導(dǎo)致漏電。

2 RCBO在家用電路中的漏電保護(hù)作用

如何將漏電危害降低到最小，除了采取措施降低家用電器的漏電概率外，選用合適的漏電保護(hù)裝置也十分重要。為了能在家用電器產(chǎn)生漏電的情況下及時(shí)切斷電源以保護(hù)人體和電器安全，家庭配電線路中必須要有一個(gè)能在要求時(shí)間內(nèi)分?jǐn)嗦╇婋娏鞯谋Ｗo(hù)裝置，它是家庭配電線路漏電保護(hù)的最后一道防線。目前，國(guó)內(nèi)廣泛采用RCBO作為家用漏電保護(hù)裝置，其原理是通過RCBO內(nèi)部的零序電流互感器檢測(cè)漏電電流，零序電流互感器將電路的回路電流和相線電流之間的差異關(guān)系與固定比率進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)其值大于設(shè)定閾值，就會(huì)帶動(dòng)RCBO的脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，達(dá)到切斷電路的目的。正常情況下，穿過零序電流互感器的兩條線路進(jìn)出的電流值相等，產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等、方向相反，其二次側(cè)不產(chǎn)生電流，脫扣器不動(dòng)作；當(dāng)線路中產(chǎn)生漏電電流時(shí)，兩條線路的電流不再相等，磁場(chǎng)不再抵消，零序電流互感器二次繞組輸出漏電電流信號(hào)，再通過電子線路板驅(qū)動(dòng)脫扣器動(dòng)作使斷路器跳閘，其主要漏電保護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 " "電子式RCBO漏電保護(hù)結(jié)構(gòu)

3 國(guó)內(nèi)常用家用配電線路漏電保護(hù)存

在的問題

目前，國(guó)內(nèi)家用配電線路漏電保護(hù)配置主要是依據(jù)JGJ242—2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中的8.4.3設(shè)計(jì)，其主要配置如圖2所示，進(jìn)線保護(hù)組合一般是MCB（小型斷路器）搭配電子式RCBO（漏電斷路器），其中MCB起短路保護(hù)、過載保護(hù)和隔離的作用，RCBO起漏電保護(hù)的作用兼有短路保護(hù)、過載保護(hù)功能。

圖2 " "國(guó)內(nèi)常用家用配電線路

因電子式RCBO成本低廉、制造工藝要求相對(duì)較低，目前電子式RCBO被廣泛應(yīng)用于我國(guó)家用配電線路中。電子式RCBO的特點(diǎn)是需要在零序電流互感器的二次回路和脫扣器之間接入一個(gè)電子放大線路，互感器二次回路的輸出電壓經(jīng)過電子線路放大后再激勵(lì)脫扣器，因此電子式RCBO的漏電動(dòng)作功能與電源電壓有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16917.1—2014中9.9.1.5規(guī)定了動(dòng)作功能與電源電壓有關(guān)的RCBO的特殊試驗(yàn)，漏電試驗(yàn)應(yīng)在1.1倍和0.85倍額定電源電壓下進(jìn)行，此外應(yīng)在50V電源電壓下驗(yàn)證I△n，RCBO應(yīng)能脫扣[1]。因此，電子式RCBO在1.1倍和0.85倍額定電源電壓下斷開標(biāo)準(zhǔn)要求的所有電流，在50V電源電壓下能夠斷開I△n就已經(jīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，所以在部分特殊情況下電子式RCBO漏電保護(hù)功能有一定的局限性，甚至可能失效。歸納如下：

3.1 "N相斷開時(shí)電子式RCBO漏電保護(hù)

失效

TN系統(tǒng)是我國(guó)常見的電力供電系統(tǒng)，在TN系統(tǒng)中，所有電器設(shè)備的外露導(dǎo)電部件均接至PE保護(hù)線上，稱為接零保護(hù)，對(duì)電器外殼漏電能夠有效的進(jìn)行保護(hù)。但當(dāng)RCBO前端電源的N相斷開時(shí)，電器外殼又恰好發(fā)生接地?cái)嚅_，此時(shí)人體如果直接觸碰L極或者觸碰帶電的電器外殼，漏電電流將直接流過人體與大地形成回路[2]，而因?yàn)榍岸穗娫碞線開路RCBO進(jìn)線電壓為0V導(dǎo)致無(wú)法脫扣，將引發(fā)嚴(yán)重的觸電事故，致死率很高，其主要原理如圖3所示。

圖3 " " N相斷開時(shí)電子式RCBO漏電保護(hù)失效

3.2 電源電壓不足50V時(shí)電子式RCBO

漏電保護(hù)失效

GB/T 13870.1-2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定人體安全交流電流為30mA[3]，因此家用漏電斷路器的額定漏電電流一般為30mA，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16917.1—2014僅規(guī)定電子式RCBO在50V電源電壓能夠斷開30mA漏電電流即可，雖然大部分國(guó)內(nèi)低壓電器廠家經(jīng)過努力已經(jīng)將電子式RCBO漏電最低動(dòng)作電壓降低到36V以下，但筆者在實(shí)驗(yàn)室使用型號(hào)IDB的剩余電流斷路器測(cè)試儀測(cè)試到部分電子式RCBO漏電最低動(dòng)作電壓仍大于36V，但小于50V，因符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求仍能在市場(chǎng)流通。而人體安全電壓為不高于36V，所以在36～50V電壓下發(fā)生漏電事故仍有可能因?yàn)殡娮邮絉CBO無(wú)法脫扣導(dǎo)致觸電事故，特別是在浴室等潮濕環(huán)境，人體表面因帶水導(dǎo)致電阻降低，此時(shí)僅需較低的接觸電壓即可能產(chǎn)生大于30mA的漏電電流，如果發(fā)生漏電后果將十分嚴(yán)重。

4 國(guó)內(nèi)常用家用配電線路漏電保護(hù)的改進(jìn)

目前國(guó)內(nèi)老舊小區(qū)眾多，大部分家用配電線路都沿用了如圖2所示的方案。針對(duì)其漏電保護(hù)裝置可能存在漏電保護(hù)失效問題，提出以下兩種解決方案。

4.1 使用自恢復(fù)式過欠壓保護(hù)電器（OUPA）

目前，國(guó)內(nèi)有眾多電源欠壓自動(dòng)斷開電器，如帶欠壓脫扣附件的各類塑殼斷路器（MCCB）、萬(wàn)能式斷路器（ACB）等，但在我國(guó)現(xiàn)有配電線路中卻很少在居民配電線路前端使用欠壓脫扣功能，原因是配電線路前端的欠壓脫扣器誤動(dòng)作可能會(huì)導(dǎo)致大范圍停電，給居民帶來不便，因此如果要使用欠壓脫扣功能只能在每個(gè)住宅配電線路中加入電源欠壓自動(dòng)斷開電器，如自恢復(fù)式過欠壓保護(hù)電器（OUPA）。JGJ242—2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中6.3.2規(guī)定，每套住宅應(yīng)設(shè)置自恢復(fù)式過欠壓保護(hù)電器[4]，但由于該條款非強(qiáng)制性條款，并不強(qiáng)制執(zhí)行。目前普遍采用的自恢復(fù)式過、欠壓保護(hù)電器是符合國(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12762—2015的OUPA，JB/T 12762—2015中規(guī)定在電源發(fā)生欠壓50～160V時(shí)，OUPA應(yīng)能在0.6～5s內(nèi)斷開。筆者依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試了幾款OUPA，其N相斷開和電源電壓降至50V動(dòng)作時(shí)間普遍在1.0～2.0s左右，所以使用OUPA能夠防止在大部分情況下N相斷開和電源電壓不足50V時(shí)的漏電保護(hù)失效問題。

盡管如此，使用OUPA仍有可能存在極小概率的漏電保護(hù)失效情況，JB/T 12762—2015制定的目的主要在于防止由于過電壓導(dǎo)致的電器損壞，所以該標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)過壓條件下驗(yàn)證動(dòng)作特性作了十分詳細(xì)的規(guī)定，而對(duì)N相斷開和電源電壓不足50V時(shí)的漏電保護(hù)失效問題則考慮欠妥，僅規(guī)定在電源發(fā)生欠壓50～160V時(shí)，OUPA能在0.6～5s內(nèi)斷開即可[5]。而GB/T 16917.1—2014對(duì)電子式RCBO規(guī)定在50V電源電壓下通以漏電電流I△n，RCBO能夠脫扣即可，并未要求具體脫扣時(shí)間。因此，如果在發(fā)生漏電的同時(shí)出現(xiàn)前端N相斷開和電源電壓不足50V，配電線路中保護(hù)電器總的斷開時(shí)間可能超過5s，而通過人體的漏電電流超過30mA并且持續(xù)5s就有可能造成心博停止、呼吸停止及燒傷等病理-生理學(xué)效應(yīng)，因此使用OUPA仍不能完全解決N相斷開和電源電壓不足50V時(shí)的漏電保護(hù)失效問題。此外，在配電線路增加開關(guān)電器也加劇企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也有專家對(duì)OUPA的過壓保護(hù)功能提出質(zhì)疑，使用OUPA還存在一定爭(zhēng)議，所以目前來看使用電源欠壓自動(dòng)斷開電器仍不是最優(yōu)解決方案。

4.2 用電磁式RCBO替代電子式RCBO

電磁式RCBO與電子式RCBO的不同之處在于其內(nèi)部沒有電子線路板，不需要輔助電源，零序電流互感器的二次回路輸出電壓不經(jīng)任何放大，可直接激勵(lì)脫扣器使其脫扣，因此其漏電動(dòng)作功能與電源電壓無(wú)關(guān)，其主要漏電保護(hù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。電磁式RCBO在前端N相斷開和電源電壓不足50V時(shí)均不影響漏電保護(hù)功能，仍能直接依靠漏電電流的電能脫扣，完全避免了由于電源電壓故障引起的漏電保護(hù)失效。因電磁式RCBO是在電磁式RCBO的漏電保護(hù)基礎(chǔ)上增加了短路保護(hù)、過載保護(hù)，技術(shù)要求更高，制造工藝更復(fù)雜，成本更高，因此國(guó)內(nèi)電磁式RCBO產(chǎn)品并不常見，并且RCBO前端的MCB已經(jīng)有短路保護(hù)、過載保護(hù)和隔離的功能，所以也可以使用僅有漏電保護(hù)功能的電磁式RCBO替代電子式RCBO。

使用電磁式RCBO能夠完全解決N相斷開和電源電壓不足50V時(shí)的漏電失效問題，且并未在配電線路中額外增加開關(guān)電器，從經(jīng)濟(jì)、可行性等方面綜合考慮是最為合理的解決方案。我國(guó)也有部分建筑配電領(lǐng)域的專家曾呼吁使用電磁式RCBO的重要性，但因?yàn)樯鐣?huì)經(jīng)濟(jì)等原因至今未能實(shí)現(xiàn)電磁式RCBO的普及，筆者在此也希望我國(guó)建筑配電規(guī)范制定部門和低壓電器生產(chǎn)廠商共同努力，推動(dòng)電磁式RCBO在我國(guó)的普及使用，為提高我國(guó)用電安全水平作出貢獻(xiàn)。

圖4 " "電磁式RCBO漏電保護(hù)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語(yǔ)

家用電器產(chǎn)生漏電的原因各異，而漏電電流會(huì)造成各類事故，嚴(yán)重威脅著生命及財(cái)產(chǎn)安全，因此RCBO在家庭電路中的漏電保護(hù)作用就顯得尤為重要。文中分析了目前國(guó)內(nèi)常用的家用配電線路，指出該線路存在電源前端N相斷開和電源電壓不足50V時(shí)的漏電保護(hù)失效問題，分析其原理，給出使用自恢復(fù)式過欠壓保護(hù)電器（OUPA）和用電磁式RCBO替代電子式RCBO兩種解決方案，并進(jìn)行綜合考慮認(rèn)為用電磁式RCBO替代電子式RCBO是目前最為合理的解決方案。

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