浅谈住宅建筑剩余电流的保护与应用
2021-10-15 14:24:01 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：国家设计规范在住宅建筑剩余电流保护上规定了防止触电的保护和防止火灾的保护，对保护配合未给出明确做法。本文根据现有设计规范对住宅建筑剩余电流保护配合问题进行研究，提出了几种解决方案。
关键词：住宅建筑；剩余电流；电气火灾；安全用电
0 引言
随着人民美好生活需要的日益增长、国家行业标准不断提升，标准提升可能引发新的矛盾，需要研究解决。居民住宅供电的应用中，20世纪90年代，国家设计规范先后增加了用于防止触电伤害和防止火灾的剩余电流保护，本文主要讨论居民住宅剩余电流保护配合问题。
1 住宅剩余电流保护存在配合问题
1.1其他直接接触防护措施失效或使用者疏忽时的附加防护
《住宅设计规范(GB50096-2011)》8.7.2规定：“8.7.2住宅供电系统的设计，应符合下列规定：除壁挂式分体空调电源插座外，电源插座回路应设置剩余电流保护装置；”（根据条文解释，TT系统所有插座需设置剩余电流保护装置）。
《低压配电设计规范（GB50054-2011）》5.1.12规定：“额定剩余动作电流不超过30mA的剩余电流动作保护器，可作为其他直接接触防护措施失效或使用者疏忽时的附加防护，但不能单独作为直接接触防护措施。”
作为其他直接接触防护措施失效或使用者疏忽时的附加防护，一般电源插座回路选择30mA、动作时间＜0.1s的剩余电流保护开关，通过反时限设定30mA保证人身在触电发生时不至于发生心室颤动引发致命危险。此保护是为了人身安全存在的，下文简称防触电剩余电流保护。
1.2防止火灾发生设定的保护
现行《住宅设计规范(GB50096-2011)》8.7.2规定：“住宅供电系统的设计，应符合下列规定：每幢住宅的总电源进线应设剩余电流动作保护或剩余电流动作报警。”较早规范是要求每幢住宅安装漏电保护动作于跳闸的，后来调整为可动作于报警。跳闸与报警各有优劣，本文不予以讨论。笔者认为，规范的调整说明每幢住宅建筑使用漏电保护动作与跳闸存在一些问题，本文主要就这些问题剖析、研究，提出解决方案给大家参考。
1.3防火剩余电流保护与防触电剩余电流保护设计存在配合问题原因
根据前文所述，设计规范要求一般插座要求设置防触电剩余电流保护，照明回路、壁挂式分体空调电源插座已被规范排除要求使用防触电剩余电流保护外，《住宅设计规范(GB50096-2011)》8.7.3规定：“每套住宅应设置户配电箱，其电源总开关装置应采用可同时断开相线和中性线的开关电器。”户配电箱只要求同时断开相线和中性线的开关，也未要求采用防触电剩余电流保护。这就造成了如果每幢建筑按规定设定不大于500mA的防火剩余电流保护，一旦户内照明回路或壁挂式分体空调电源插座发生接地短路或漏电，就会造成整幢建筑停电，且不易查清故障。
2 剩余电流保护设定与配合
2.1增设剩余电流保护位置
如果建筑设置不大于500mA的防火剩余电流保护，为防止户内照明回路或壁挂式分体空调电源插座发生接地短路或漏电，保护误动作于整幢建筑总开关，可在防火剩余电流保护与户内照明回路或壁挂式分体空调电源插座间设置剩余电流保护。存在以下几种增设方案：
（1）户内照明回路、壁挂式分体空调电源增设剩余电流保护。由于出线保护配合问题出现原因，是国家规范未要求户内照明回路或壁挂式分体空调电源插座设立剩余电流保护，所以在该回路增设剩余电流保护，并且保护定值与上级防火剩余电流保护配合，可以解决剩余电流保护配合问题。由于户内照明回路和壁挂式分体空调电源插座回路普遍泄漏电流小，故装设带防触电的剩余电流保护开关一般不会产生误动，还能起到防止意外触电作用，同时，也防止了手持式电动工具使用壁挂式分体空调电源插座时，插座无剩余电流保护的触电风险。因此，推荐采用此种方式解决保护配合问题。但由于户内开关一般产权归住户私有，住户装修时，可选择更换开关，一旦因为某种原因（如安装空间不足）更换为非剩余电流保护开关，该回路发生的剩余电流故障就会造成整幢楼动作。采用此种方式解决配合问题时，应考虑补充其他措施来解决长期管理问题。
（2）户内总开关增设剩余电流保护。户内总开关增设剩余电流保护，如实现良好配合，能实现故障限定在户内，也可防止故障扩大。但如果照明回路、壁挂式分体空调电源开关回路不设剩余电流保护且故障时，会造成户内总开关断电，照明插座同时失电，造成居民生活不便。根据笔者实际经验，照明灯具故障可能会造成剩余电流保护故障跳闸，如户内总开关增设剩余电流保护，照明、插座同时失电，可能造成居民不便。此方案是前一个方案的替换方案，既有建筑改造配电箱位置不足，为节约成本可考虑此方案。
（3）运维分界点处增设剩余电流保护。供电公司或物业公司与居民住户运维有分界点，这个分界点一般在计量表处，分界点以下线路和设施运维责任归居民住户所有，在运维分界点设置剩余电流保护容易区分责任，避免影响其他无故障用户。
（4）单元开关等处增设剩余电流保护。在下文提到保护定值整定需要增加保护层级时，可分区增设剩余电流保护，分区可设立在楼总箱单元开关或单元箱总开关等处。
2.2保护定值要求
防触电剩余电流保护的保护限定值来源于人体安全电流要求，限定值30mA，0.1s。由于设定已足够小，生产设定更灵敏的开关产品会增加成本且容易误动，所以防触电保护限定值一般是统一的，无法通过改变整定值来实现防触电保护配合。防火剩余电流电流来源于易产生火灾的漏电电流限定，500mA的动作值不能突破，但存在小于500mA动作值的开关。根据《民用建筑设计规范GB51348-2019》对“电气火灾监控系统的剩余电流动作报警值宜为300mA”的条文解释，“剩余电流式电气火灾监控探测器动作报警值300mA是引自《低压电气装置第4-42部分：安全防护、热效应第422节火灾特别危险场所的防护措施》IEC60364-4-42-422火灾防护的规定，泄漏电流达到了这一数值就可能会引起火灾，因此建议报警值为300mA”。所以500mA是保护定值上限，但不是保护定值的极佳值，保护定值的极佳值在300mA及以下。防火漏电与防触电剩余电流间配合不存在问题，防火剩余电流间配合可以采用电流配合和时间配合，保证继电保护不误动要求即可。
由于良好线路存在很小的正常漏电电流，电器设备本身也存在正常泄漏电流，同时，线路和电器设备启动时也存在涌流。当整幢建筑拥有正常泄漏电流、涌流的设备、线路过多时，正常泄漏电流和涌流积累可能超过300mA，可能需要500mA保护定值来实现。对于涌流，因为送电时才出现，如果能用时限配合解决尽量采用时限定值配合躲过误动，时限无法配合时才考虑电流定值配合。整幢建筑采用500mA保护定值时，建议分区块设立保护，使各区块处于300mA及以下剩余电流保护定值的保护下，以保证大部分线路的泄漏电流不高于300mA。区块的设定可以在各单元、运维分界点，根据实际现状决定，但分级不宜太多。
对既有建筑的整定配合，要经过精确估算，防止老旧线路的非泄漏电流纳入正常泄漏电流中予以保护排除。
3 安科瑞安全用电云平台及选型
3.1安科瑞安全用电云平台介绍
Acrelcloud-6000安全用电云管理系统能够对剩余电流、设备温度、故障电弧等电气故障进行实时监控、报警、记录，并且通过云端的远程控制。设备与云端的通讯方向不受限制，能上传数据、透传指令，并时间显示实时状态。通过对上传至云端的数据进行分析，为用户提供火灾隐患的相关数据，能够及早的发现问题并实施排查，避免火灾的发生。另一方面，云平台提供超大容量的信息储存及稳定的服务，提升了服务质量，对用户的长远发展具有战略意义。此外，该系统通过集中监控，使得数据通过每个节点的4G网络传输至云端集中式管理和监控，主控端布置于城市消防大队，从而能够对采集的信息进行统一的监控和管理。
具体功能如下：
（1）安全用电监管服务系统包含安全用电管理云平台、电脑终端显示系统、手机APP、漏电探测器、漏电互感器、电流互感器等。
（2）安全用电监管服务系统平台能展示剩余电流、温度、电流等电气安全参数的实时监测数据及变化曲线、历史数据与变化曲线、实时报警数据等，能实时显示现场服务次数、排除隐患数、未排除隐患数、报警未处理数、常规巡检及产品维护等数据，监管数据能保存十年以上。
（3）手机APP软件同时具有IOS版本和安卓版本，能通过手机APP对每条报警记录进行呼叫，便于紧急情况下能尽快通知用电单位。
（4）能对各个单位及设备的电气安全运行情况进行自动统计和分析评估，并随时展示电气安全运行分析报告。
（5）监控探测终端产品满足国家法律法规和有关技术标准（GB14287.2《剩余电流式电气火灾监控探测器》和GB14287.3《测温式电气火灾监控探测器》）的要求，并通过国家消防产品质量监测检验中心提供的消防3C认证。
（6）漏电探测器能同时探测剩余电流、四路温度、三相电流等参数值，并能通过无线以移动通讯网络接入安全用电监管系统平台。
3.2产品选型
3.2.1漏电火灾监控探测器
3.2.2故障电弧探测器
安科瑞故障电弧产品型号代码为AAFD，共有两种电流等级，可监测回路故障电弧的发生，并及时预警，提醒用户处理，防止电弧导致的火灾的发生。
AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用电平台，该产品不可在同一台AF-GSM400下与ARCM混接。如图：
3.2.3限流式保护器
安科瑞限流式保护器型号代码为ASCP200-1，有三种电流等级，可监测回路短路过载等故障信息，发生故障时预警和产生灭弧效果，防止电弧导致的火灾的发生。
ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用电平台，也能够通过插入SIM卡直接上传到平台。
以下是ASCP200-1的主要功能：
短路保护功能。保护器实时监测用电线路电流，当线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护，并发出声光报警信号。
过载保护功能。当被保护线路的电流过载且过载持续时间超过动作时间（3…60秒可设）时，保护器启动限流保护，并发出声光报警信号。
表内超温保护功能。当保护器内部器件工作温度过高时，保护器启动超温限流保护，并发出声光报警信号。
过、欠压保护功能。当保护器检测到线路电压过压或欠压时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
配电线缆温度监测功能。当被监测线缆温度超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
漏电流监测功能。当被监测的线路漏电超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
保护器具有1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。
3.2.4剩余电流互感器
3.2.5 AF-GSM400-2G/4G无线上传模块
AF-GSM400-2G/4G/CE模块是一款2G/4G有线无线模块，该无线模块为安全用电云平台专用模块。
AF-GSM400接入每块仪表所需流量为20M/月，单个模块可以接入30块仪表。默认上传间隔2分钟，如发生报警，会实时上传数据。
3.2.6温度传感器
温度传感器为一热敏电阻NTC，它提供0-120°的温度监控基准，可以用来监测线缆或配电箱体的温度，提供温度保护。
4 未来展望
4.1建议厂家增加防火剩余电流开关动作时间级数
从保护原理上讲，防火剩余电流保护是为了防止电缆老化泄漏电流引发电气火灾，而电缆老化是长期的过程，不需要防火漏电实现非常快速的反应。而在实际应用过程中，保护定值必须躲过合闸涌流，否则，容易出现保护误动。如果整定时间不能躲过涌流，就必须加大整定电流，可能造成保护定值超过300mA或500mA。当定值超过500mA时，就不能作用于跳闸了，只能采用监视的做法，而监视的反应速度会明显比跳闸慢很多，所以，建议厂家考虑防火剩余电流开关的保护定值时间增长、级数增多给应用更多的选择。
4.2基于网络化、智能化防火剩余电流保护未来可期
社会发展、信息化进步，造成信息化产品可靠性增高、成本降低，家用智能插座、智能电器产品不断推新、完善，但工业化产品推进迟缓。网络化可解决孤立元件间的保护配合难题，准确判断故障来源，通过记录分析泄漏电流发展过程，智能区分线路老化和正常泄漏电流未来可期。
【参考文献】
[1]张德圳.住宅建筑剩余电流保护配合研究.中国设备工程.2021-08-10.
[2]陈志林.剩余电流断路器在住宅配电中的应用及参数确认[J].福建建材.2019：62-63.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版.
作者简介：王蒙蒙，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为安全用电装置的研发与应用
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