【分享】剩餘電流監測器應用解析

1.絕緣的重要性

低壓配電系統的絕緣對於系統的安全運行具有非常重要的意義。配電系統的絕緣包括設備絕緣和線路絕緣兩方面，絕緣損壞有多種原因，線路遭受機械損傷、設備運行環境惡劣、過載等因素都會導致絕緣性能下降。絕緣下降到一定程度，如果遭受過電壓，如雷擊過電壓、操作過電壓或線路故障過電壓，絕緣就有可能被擊穿、損壞，導致金屬性短路或者電弧型短路，可能引發火災。配電系統絕緣性能下降並非一蹴而就，需要一個過程，如果對配電系統的絕緣進行檢測，在絕緣下降到一定程度時提前預警、及時干預，則能夠避免火災、電擊、供電中斷等嚴重後果。

2.配電系統常用的絕緣監測設備

檢測配電系統絕緣的產品種類很多，原理各異，有的是檢測配電系統的絕緣電阻，如絕緣監測設備（以下簡稱“IMD”）；有的是檢測配電系統的剩餘電流，如剩餘電流保護器（以下簡稱“RCD”）、剩餘電流監測器（以下簡稱“RCM”）、剩餘電流式電氣火災監控探測器。這些設備具有不同的特性，應根據配電系統的接地型式、防護目的，選擇合適的設備或者通過適當的組合來實現絕緣檢測的功能。本文主要對RCM的用途、特性作具體分析，著重說明RCM與IMD在IT系統中的配合，以及RCM與RCD、剩餘電流式電氣火災監控探測器等設備的特性比較。

3.RCM的原理及功能

RCM的原理與RCD類似，它檢測的是配電迴路的剩餘電流。對於對稱的接地故障，各相接地故障電流的矢量和為零，RCM檢測不到剩餘電流，並不對故障作出反應。RCM能夠提供任何值的額定剩餘動作電流，國家及相關標準中推薦使用的標準值為6 mA、10 mA、30 mA、100 mA、300 mA、500 mA。RCM可以用於IT系統，與IMD配合使用，實現故障定位，也可在TN系統中用於電氣火災防護。

4.RCM在IT系統中的應用

IT系統的電源端一般不接地或者經高阻抗接地，電氣裝置的外露可導電部分既可以單獨接地，也可以一組設備集中接至同一個接地極。IT系統的特點是第一次單相接地故障時，故障電流非常小，可能只有幾毫安，而RCM具有足夠的靈敏度，可以對很小的電流作出反應。

IT系統電源端不接地時的單相接地故障電流計算

當IT系統電源端不接地時，正常運行時各相洩漏電流為電纜對地電容電流I_{c 0}，如圖1所示，I_{c 0}取決於線路標稱電壓和每相電纜的對地電容C（為了簡化起見，電氣設備的洩漏電流可忽略）。

圖1 IT系統電源端不接地時，正常運行時各相的電容電流

其中，C = C_a = C_b = C

當線路發生單相接地故障時，如圖2所示，接地故障電流為兩個非故障相迴路的電容電流之和。

圖2 IT系統電源端不接地時，單相接地故障時的接地故障電流

單相接地故障電流計算如下：

即單相接地故障電流為正常情況下單相電纜對地電容電流I_{c 0}的3倍。

IT系統單相接地故障電流的理論計算公式為式（2），但實際計算時，低壓線路的電容參數不太容易得到，可通過表1對IT系統單相接地故障電流的數值進行估算。

表1 220/380V單相及三相線路穿管敷設電線洩露電流參考值（單位：mA/km）

IT系統中RCM與IMD的配合應用

當IT系統的某一相出現第一次絕緣故障時，如果不及時排除故障，當系統在另一相發生第二次絕緣故障時，會形成相間短路，如圖3及圖4所示，這時保護電器會及時動作，切斷故障迴路，導致供電中斷。

圖3 外露可導電部分單獨接地

圖4 外露可導電部分共同接地

為了避免出現這一情況，IT系統應設置絕緣監測裝置（IMD），在第一次絕緣故障時發出聲光報警信號，提醒運行維護人員及時排查故障。為了迅速查找故障點，可將RCM與IMD配合使用，IMD實現絕緣監測，RCM實現故障定位。

5.RCM在電氣火災防護中的應用

RCM在IT系統中與IMD配合使用，可以提供絕緣故障定位，在TN、TT系統中，RCM一般用於電氣火災防護。

對供電連續性要求較高的場所應將RCM用於電氣火災防護，當檢測到的剩餘電流超過整定值時，RCM不會切斷電源迴路，而是發出報警信號，提示運維人員排查配電系統的絕緣故障。RCM的報警動作電流應根據使用場所的實際情況確定。對於火災危險場所（BE2），剩餘電流的整定值不應超過300 mA，對於一般場所，整定值不受此限，可根據實際情況確定。如果配電系統範圍很大，或者用電設備正常運行時存在較大的洩漏電流，RCM的整定電流值可以適當調大，產品標準規定RCM能夠提供任何值的額定剩餘動作電流，範圍可從幾毫安到幾十安培。

用於電氣火災防護的設備除了RCM外，GB 14287 - 2014《電氣火災監控系統》對電氣火災監控系列產品進行了專門的定義，剩餘電流式電氣火災監控探測器是一種末端的探測設備，以前稱為“防火漏電電流動作報警器”，原理與RCM類似。其產品標準規定報警值的範圍為20 ~ 1 000 mA，如果配電系統正常洩漏電流值超過1 000 mA，那麼電氣火災監控系統就會經常報警，而且剩餘電流探測器的整定值無法調大，這也是該產品的侷限性。該產品也不適於檢測IT系統的剩餘電流，因為IT系統第一次單相接地故障電流範圍為幾毫安至幾十毫安，該產品的報警值範圍達不到要求。

本文有刪減，全文載於《建築電氣》2019年第3期電氣巾幗專欄，詳文請見雜誌。

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