详解漏电保护器的工作原理

 漏电保护器电路原理图介绍

图中L为电磁铁线圈，漏电时可驱动闸刀开关K1断开，每个桥臂用两只1N4007串联可提高耐压。R3、R4阻值很大，所以K1合上时，流经L的电流很小，不足以造成K1断开。R3、R4为可控硅T1、T2的均压电阻，可以降低对可控硅的耐压要求。K2为试验按钮，起模拟漏电的作用。按压试验按钮K2，K2接通，相当于外线火线对地有漏电，这样，穿过磁环的三相电源线和零线的电流的矢量和不为零，磁环上的检测线圈的a、b两端就有感应电压输出，此电压立即触发T2导通。由于C2预先有一定电压，T2导通后，C2便经R6、R5、T2放电，使R5上产生电压触发T1导通。T1、T2导通后，流经L的电流增大，使电磁铁动作，驱动开关K1断开，试验按钮的作用是随时可检查本装置功能是否完好。用电设备漏电引起电磁铁动作的原理与此相同。R1为压敏电阻，起过压保护作用。

该断路器原理简单，零件少，维修方便，在更换零件时要注意零件的可靠性和参数应符合要求。

1. 什么是漏电保护器?

答：漏电保护器(漏电保护开关)是一种电气安全装置。将漏电保护器安装在低压电路中，当发生漏电和触电时，且达到保护器所限定的动作电流值时，就立即在限定的时间内动作自动断开电源进行保护。

2. 漏电保护器的结构组成是什么?

答：漏电保护器主要由三部分组成：检测元件、中间放大环节、操作执行机构。 ①检测元件。由零序互感器组成，检测漏电电流，并发出信号。 ②放大环节。将微弱的漏电信号放大，按装置不同(放大部件可采用机械装置或电子装置)，构成电磁式保护器相电子式保护器。 ③执行机构。收到信号后，主开关由闭合位置转换到断开位置，从而切断电源，是被保护电路脱离电网的跳闸部件。

3. 漏电保护器的工作原理是什么?

答： ①当电气设备发生漏电时，出现两种异常现象：

一是，三相电流的平衡遭到破坏，出现零序电流;

二是，正常时不带电的金属外壳出现对地电压(正常时，金属外壳与大地均为零电位)。

②零序电流互感器的作用漏电保护器通过电流互感器检测取得异常讯号，经过中间机构转换传递，使执行机构动作，通过开关装置断开电源。电流互感器的结构与变压器类似，是由两个互相绝缘绕在同一铁心上的线圈组成。当一次线圈有剩余电流时，二次线圈就会感应出电流。

③漏电保护器工作原理将漏电保护器安装在线路中，一次线圈与电网的线路相连接，二次线圈与漏电保护器中的脱扣器连接。当用电设备正常运行时，线路中电流呈平衡状态，互感器中电流矢量之和为零(电流是有方向的矢量，如按流出的方向为“+”，返回方向为“-”，在互感器中往返的电流大小相等，方向相反，正负相互抵销)。由于一次线圈中没有剩余电流，所以不会感应二次线圈，漏电保护器的开关装置处于闭合状态运行。当设备外壳发生漏电并有人触及时，则在故障点产生分流，此漏电电流经人体?大地?工作接地，返回变压器中性点(并未经电流互感器)，致使互感器申流入、流出的电流出现了不平衡(电流矢量之和不为零)，一次线圈申产生剩余电流。因此，便会感应二次线圈，当这个电流值达到该漏电保护器限定的动作电流值时，自动开关脱扣，切断电源。

4. 漏电保护器的主要技术参数有哪些?

答：主要动作性能参数有：额定漏电动作电流、额定漏电动作时间、额定漏电不动作电流。其他参数还有：电源频率、额定电压、额定电流等。 ①额定漏电动作电流 在规定的条件下，使漏电保护器动作的电流值。例如30mA的保护器，当通入电流值达到30mA时，保护器即动作断开电源。 ②额定漏电动作时间是指从突然施加额定漏电动作电流起，到保护电路被切断为止的时间。例如30mA×0.1s的保护器，从电流值达到30mA起，到主触头分离止的时间不超过0.1s。 ③额定漏电不动作电流在规定的条件下，漏电保护器不动作的电流值，一般应选漏电动作电流值的二分之一。例如漏电动作电流30mA的漏电保护器，在电流值达到15mA以下时，保护器不应动作，否则因灵敏度太高容易误动作，影响用电设备的正常运行。 ④其他参数如：电源频率、额定电压、额定电流等，在选用漏电保护器时，应与所使用的线路和用电设备相适应。漏电保护器的工作电压要适应电网正常波动范围额定电压，若波动太大，会影响保护器正常工作，尤其是电子产品，电源电压低于保护器额定工作电压时会拒动作。漏电保护器的额定工作电流，也要和回路中的实际电流一致，若实际工作电流大于保护器的额定电流时，造成过载和使保护器误动作。

5. 漏电保护器的主要保护作用是什么?

答：漏电保护器主要是提供间接接触保护，在一定条件下，也可用作直接接触的补充保护，对可能致命的触电事故进行保护。

6. 什么是直接接触和间接接触保护?

答：当人体接触带电体有电流通过人体时，就叫人体触电。按照人体触电的原因可分为直接触电和间接触电。直接触电，是指人体直接触及带电体(如触及相线)，导致的触电。间接触电，是指人体触及正常情况下不带电，故障情况下带电的金属导体(如触及漏电设备的外壳)，导致的触电。根据触电的原因不同，对触电所采取的防触电措施也分为：直接接触保护相间接接触保护。直接接触保护一般可采用绝缘、防护罩、围栏、安全距离等措施;间接接触保护一般可采用保护接地(接零)、保护切断、漏电保护器等措施。

7. 人体触电时的危险是什么?

答：人体触电时，通入人体的电流越大相电流持续的时间越长就越危险。其危险程度大致可以划分为三个阶段：感知-摆脱-室颤。 ①感知阶段。由于通入电流很小，人体能有感觉(一般大于0.5mA)，此时对人不构成危害; ②摆脱阶段。指手握电极触电时，人能摆脱的最大电流值(一般大于10mA)，此电流虽有一定危险，但可以自己摆脱，所以基本也构不成致命的危险。当电流增大到一定程度，触电者将因肌肉收缩，发生痉挛导致抓紧带电体，不能自己摆脱。 ③室颤阶段。随电流加大和触电时间延长(一般大于50mA和ls)，将导致发生心室颤动，如果不立即断开电源，将会导致死亡。由此可以看出，心室颤动是人体触电致死的最主要原因。所以，对人的保护，常用不引起心室颤动，作为确定电击保护特性的依据。

8. “30mA·s”的安全性是什么?

答：通过大量的动物试验和研究表明，引起心室颤动不仅与通过人体的电流(I)有关，而且与电流在人体中持续的时间(t)有关，即由通过人体的安全电量Q=I×t来确定，一般为50mA·s。就是说当电流不大于50mA，电流持续时间在ls以内时，一般不会发生心室颤动。但是，如果按照50mA·s控制，当通电时间很短而通人电流较大时(例如500mA×0.1s)，仍然会有引发心室颤动的危险。虽然低于50mA·s不会发生触电致死的后果，但也会导致触电者失去知觉或发生二次伤害事故。实践证明，用30 mA·s作为电击保护装置的动作特性，无论从使用的安全性还是制造方面来说都比较合适，与50 mA·s相比较有1.67倍的安全率(K=50/30=1.67)。从“30mA·s”这个安全限值可以看出，即使电流达到100mA，只要漏电保护器在0.3s之内动作并切断电源，人体尚不会引起致命的危险。故30mA·s这个限值也成为漏电保护器产品的选用依据。

9. 哪些用电设备需安装漏电保护器?

答：《施工现场临时用电安全技术规范》中规定，“施工现场所有用电设备，除作保护接零外，必须在设备负荷线的首端处设置漏电保护装置。”以上规定讲了三个方面： ①施工现场所有用电设备都要装设漏电保护器。因为建筑施工露天作业、潮湿环境、人员多变，再加上设备管理环节薄弱，所以用电危险性大，要求所有用电设备包括动力及照明设备、移动式和固定式设备等。当然不包括使用安全电压供电和隔离变压器供电的设备。 ②原有按规定进行的保护接零(接地)措施仍按要求不变，这是安全用电的最基本的技术措施不能拆除。 ③漏电保护器安装在用电设备负荷线的首端处。这样做的目的，对用电设备进行保护的同时，也对其负荷线路进行保护，防止由于线路绝缘损坏造成的触电事故。

10. 为什么进行了保护接零(接地)后，还要加装漏电保护器?

答：无论保护接零还是接地措施，其保护范围都是伺限的。例如“保护接零”，就是把电气设备的金属外壳与电网的零线连接，并在电源侧加装熔断器。当用电设备发生碰壳故障(某相与外壳碰触)时，则形成该相对零线的单相短路，由于短路电流很大，迅速将保险熔断，断开电源进行保护。其工作原理是把“碰壳故障”改变为“单相短路故障”，从而获取大的短路电流切断保险。然而，工地的电气碰壳故障并不频繁，经常发生的是漏电故障，如设备受潮、负荷过大、线路过长、绝缘老化等造成的漏电，这些漏电电流值较小，不能迅速切断保险，因此，故障不会自动消除而长时间存在。但这种漏电电流对人身安全已构成严重的威胁。所以，还需要加装灵敏度更高的漏电保护器进行补充保护。

11. 漏电保护器的种类有哪些?

答：漏电保护器按不同方式分类来满足使用的选型。如按动作方式可分为电压动作型和电流动作型;按动作机构分，有开关式和继电器式;按极数和线数分，有单极二线、二极、二极三线等等。下面按动作灵敏度和按动作时间分类： ①按动作灵敏度可分为： 高灵敏度：漏电动作电流在30mA以下; 中灵敏度：30~1000mA; 低灵敏度：1000mA以上。 ②按动作时间可分为： 快速型：漏电动作时间小于0.ls;延时型：动作时间大于0.1s，在0.1-2s之间;反时限型：随漏电电流的增加，漏电动作时间减小。当额定漏电动作电流时，动作时间为0.2~1s;1.4倍动作电流时为0.1，0.5s;4.4倍动作电流时为小于0.05s。

12. 电子式与电磁式漏电保护器有何不同?

答：漏电保护器按脱扣方式不同分为电子式与电磁式两类： ①电磁脱扣型漏电保护器，以电磁脱扣器作为中间机构，当发生漏电电流时使机构脱扣断开电源。这种保护器缺点是：成本高、制作工艺要求复杂。优点是：电磁元件抗干扰性强和抗冲击(过电流和过电压的冲击)能力强;不需要辅助电源;零电压和断相后的漏电特性不变。 ②电子式漏电保护器，以晶体管放大器作为中间机构，当发生漏电时由放大器放大后传给继电器，由继电器控制开关使其断开电源。这种保护器优点是：灵敏度高(可到5mA);整定误差小，制作工艺简单、成本低。缺点是：晶体管承受冲击能力较弱，抗环境干扰差;需要辅助工作电源(电子放大器一般需要十几伏的直流电源)，使漏电特性受工作电压波动的影响;当主电路缺相时，保护器会失去保护功能。

13. 漏电断路器有哪些保护功能?

答：漏电保护器主要是当用电设备发生漏电故障时提供保护的装置，安装漏电保护器时，应另外安装过流保护装置。当采用熔断器作为短路保护时，其规格的选用应与漏电保护器的通断能力相适应。目前广泛采用了将漏电保护装置与电源开关(自动空气断路器)组装在一起的漏电断路器，这种新型的电源开关具有短路保护、过载保护、漏电保护和欠压保护的效能。安装时简化了线路，缩小了电箱的体积和便于管理。漏电断路器铭牌型号其含义如下：使用时应注意，因为漏电断路器具有多重防护性能，当发生跳闸时，应具体分清故障原因：当漏电断路器因短路分断时，须开盖检查触头是否有烧损严重或凹坑;当因线路过载跳闸时，不能立即重新闭合。由于断路器装有热继电器作为过载保护，当出现大于额定电流时，双金属片弯曲使触头分开，必须待双金属片自然冷却恢复原状后，方可使触头重新闭合。当因漏电故障造成的跳闸时，必须查明原因排除故障后，方可重新合闸，严禁强行合闸。漏电断路器发生分断跳闸时，L般手柄处于中间位置，当重新闭合时，需先将操作手柄向下扳动(分断位置)，使操作机构重扣合，再向上进行合闸。漏电断路器可用于容量较大(大于4.5kw)的动力线路不频繁操作的开关电器。

14. 如何选用漏电保护器?

答：选择漏电保护器应按照使用目的和根据作业条件选用： 按保护目的选用： ①以防止人身触电为目的。安装在线路末端，选用高灵敏度，快速型漏电保护器。 ②以防止触电为目的与设备接地并用的分支线路，选用中灵敏度、快速型漏电保护器。 ③用以防止由漏电引起的火灾和保护线路、设备为目的的干线，应选用中灵敏度、延时型漏电保护器。 按供电方式选用： ①保护单相线路(设备)时，选用单极二线或二极漏电保护器。 ②保护三相线路 (设备)时，选用三极产品。 ③既有三相又有单相时，选用三极四线或四极产品。在选定漏电保护器的极数时，必须与被保护的线路的线数相适应。保护器的极数是指内部开关触头能断开导线的根数，如三极保护器，是指开关触头可以断开三根导线。而单极二线、二极三线、三极四线的保护器，均有一根直接穿过漏电检测元件而不断开的中性线，在保护器外壳接线端子标有"N"字符号，表示连接工作零线，此端子严禁与PE线连接。应当注意：不宜将三极漏电保护器用于单相二线(或单相三线)的用电设备。也不宜将四极漏电保护器用于三相三线的用电设备。更不允许用三相三极漏电保护器代替三相四极漏电保护器。

15. 按照分级配电的要求，电箱应该有几种设置?

答：施工现场一般按三级配电，所以电箱也应按分级设置，即在总配电箱下，设分配电箱，分配电箱以下设开关箱，开关箱以下就是用电设备。配电箱是配电系统中，电源与用电设备之间送电和配电的中枢环节，是专门用作分配电力的电气装置，各级配电都是经过配电箱进行的。总配电箱控制整个系统的配电，分配电箱控制每一支路的配电。开关箱是配电系统的最末端，再往下就是用电设备，每台用电设备由自己专用的开关箱控制，实行一机一闸。不得几台设备合用一个开关箱，防止误操作事故;也不要把动力与照明控制合置在一个开关箱内，防止因动力线路故障影响照明。开关箱上接电源下接用电设备，操作频繁、危险性大，必须引起重视。电箱内各电器元件的选择，必须与线路和用电设备相适应。电箱安装垂直、牢固，周围留有操作空间，地面无积水、无杂物，附近无热源、无振动，电箱应防雨、防尘。开关箱距离被控制的固定设备不应超过3m。

16. 为什么要采用分级保护?

答：因为低压供配电一般都采用分级配电。如果只在线路末端(开关箱内)安装漏电保护器，虽然发生漏电时，能断开故障线路，但保护范围小;同样，若只在分支干线(分配箱内)或干线(总配电箱内)安装漏电保护器，虽然保护范围大，如果某一用电设备漏电跳闸时，将造成整个系统全部停电，既影响无故障设备的正常运行，又不便查找事故，显然这些保护方式都有不足之处。因此，应接线路和负载等不同要求，在低压干线、分支线路和线路末端，分别安装具有不同漏电动作特性的保护器，形成分级漏电保护网。分级保护时，各级选用保护范围应相互配合，保证在末端发生漏电故障或人身触电事故时，漏电保护器不越级动作;同时要求，当下级保护器发生故障时，上级保护器动作，补救下级失灵的意外情况。实行分级保护，可使每台用电设备均有两级以上的漏电防护措施，不仅对低压电网所有线路末端的用电设备创造了安全运行条件和提供了人身安全的直接接触与间接接触的多重防护，而且可以最大限度地缩小发生故障时停电的范围，且容易发现和查找故障点，对提高安全用电水平和降低触电事故、保障作业安全有着积极的作用。