剩余電流產(chǎn)生的原因和保護(hù)原理

什么是剩余電流

剩余電流，是指低壓配電線路中各相（含中性線）電流矢量和不為零的電流。通俗講當(dāng)用電側(cè)發(fā)生了事故，電流從帶電體通過(guò)人體流到大地，使主電路進(jìn)出線中的電流I相和I中的大小不相等，此時(shí)電流的瞬時(shí)矢量合成有效值稱為剩余電流。

剩余電流產(chǎn)生的原因

1、建筑物內(nèi)的導(dǎo)線使用年久失修，其絕緣層老化破損。

2、建筑物內(nèi)導(dǎo)線安裝施工不規(guī)范，如導(dǎo)線不穿阻燃管，直接埋于墻內(nèi)或置于桁架上。

3、導(dǎo)線施工質(zhì)量粗糙，偷工減料，使用鋼管穿線時(shí)鋼管內(nèi)壁刮傷導(dǎo)線絕緣層。

4、娛樂(lè)場(chǎng)所等公共活動(dòng)場(chǎng)所在進(jìn)行二次裝修時(shí)，亂敷電線，致使各種施工遺留缺隱貼近易燃物；

5、電氣設(shè)計(jì)不當(dāng)，包括使用者隨意增加負(fù)荷，造成導(dǎo)線過(guò)負(fù)荷而發(fā)熱，導(dǎo)線絕緣層老化失效。

6、用戶內(nèi)部私拉亂扯線路，架設(shè)極不規(guī)范。

7、線路受自然條件影響，如導(dǎo)線碰樹，大風(fēng)吹斷導(dǎo)線，空氣潮濕導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣水平下降等。

8、各種人為的破壞造成斷線等。

9、接地故障引起電氣火災(zāi)

導(dǎo)線單相接地故障的現(xiàn)象一部分是顯露的，如單相斷線、導(dǎo)線搭接接地體。而其中大部分故障現(xiàn)象是隱蔽的，這是因?yàn)閷?dǎo)線的絕緣層的絕緣電阻不合格，由于絕緣電阻過(guò)大產(chǎn)生泄漏電流。在泄漏電流集中流入大地點(diǎn)（接地體）便會(huì)發(fā)生高熱，一旦在流入大地點(diǎn)有易燃物，經(jīng)高溫作用便會(huì)產(chǎn)生燃燒。導(dǎo)線的泄漏電流一般為mA級(jí)，線路的過(guò)電流保護(hù)（過(guò)負(fù)荷保護(hù)和短路保護(hù)）無(wú)法動(dòng)作發(fā)揮保護(hù)作用。

例如線路因過(guò)載使絕緣溫度超過(guò)允許最高工作溫度，絕緣老化加速，使絕緣水平降至規(guī)定值以下，如果沒(méi)有外因觸發(fā)，短路一般不會(huì)發(fā)生。如果有外因觸發(fā)，例如雷電引起的瞬態(tài)過(guò)電壓，鄰近大功率設(shè)備的操作過(guò)電壓以及變電所高電壓側(cè)接地故障引起的暫態(tài)過(guò)電壓等，則在此大幅值過(guò)電壓沖擊下，老化的絕緣將被擊穿而燃弧短路。過(guò)電壓轉(zhuǎn)眼消失，工頻短路電弧卻能長(zhǎng)時(shí)間延續(xù)，這是因?yàn)殡娀〉母咦杩瓜拗屏硕搪冯娏?，使斷路器不能或不及時(shí)動(dòng)作。這類過(guò)電壓多出現(xiàn)在帶電導(dǎo)體與地之間，所以這種短路也多為接地故障。

短路的形成一般有兩種，一是由導(dǎo)體間直接接觸，短路點(diǎn)往往被熔焊的金屬短路，另一種則是上述以電弧為通路的電弧性短路。前者短路電流以若干kA計(jì)，金屬線芯產(chǎn)生高溫以至熾熱，絕緣被劇烈氧化而自燃，起火危險(xiǎn)甚大，但大短路電流能使斷路瞬時(shí)動(dòng)作切斷電源，火災(zāi)往往得以避免。后者因短路電弧長(zhǎng)時(shí)間延續(xù)，而電弧局部溫度可高達(dá)3000°～4000℃，容易烤燃附近可燃物質(zhì)起火，由于接地故障引起的短路電流較小，不足以使斷路器動(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。

電氣短路以接地故障居多，電弧性接地引起火災(zāi)危險(xiǎn)性大。不論是TN系統(tǒng)還是TT系統(tǒng)，接地故障電路的阻抗都大于帶電導(dǎo)體短路電路的阻抗。在接地故障電路全為金屬導(dǎo)體的TN-C-S系統(tǒng)，其導(dǎo)電性能不良失去接地并不影響設(shè)備的使用，故不易發(fā)現(xiàn)。但一旦發(fā)生接地故障，連接點(diǎn)的阻抗將限制短路電流，而導(dǎo)致電弧性短路的發(fā)生。連接點(diǎn)和故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧和電火花所引起火災(zāi)，而斷路器卻不能動(dòng)作跳閘切斷故障。至于TT系統(tǒng)，其接地故障電路內(nèi)串聯(lián)有系統(tǒng)接地和設(shè)備外殼的保護(hù)接地兩個(gè)接地電阻，電路本身的阻抗就很大，更易發(fā)生電弧性短路。由此可見，接地故障的電路阻抗大，使它易以電弧短路的形式出現(xiàn)，這也是接地故障容易導(dǎo)致電氣火災(zāi)的一個(gè)重要原因。

剩余電流的危害

剩余電流的大小意味著漏電的嚴(yán)重程度，線路中有電流經(jīng)過(guò)時(shí)，線路會(huì)發(fā)熱，當(dāng)線路中剩余電流過(guò)大時(shí)，線路的溫度會(huì)不斷地升高，甚至是燒毀線路，引起電氣火災(zāi)事故，嚴(yán)重威脅著生命及財(cái)產(chǎn)安全。

剩余電流檢測(cè)原理

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器利用電流互感器檢測(cè)電流的原理來(lái)檢測(cè)剩余電流的大小，以防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。

檢測(cè)原理如圖1 所示，圖中IA、IB 、IC為相電流，IN為中性線電流，Id為相線在a點(diǎn)的對(duì)地剩余電流，S 為任一封閉面。根據(jù)基爾霍夫定律，流入任一封閉面S的電流有效值相量之和等于零，則有IA+IB +IC -IN-Id =0整理得IA+IB +IC -IN=Id 。在正常情況下，三相電流的矢量和與N 線中流過(guò)的電流大小相等，方向相反，相互抵消。如果線路絕緣劣化或其它原因?qū)е翧 相線在a點(diǎn)產(chǎn)生對(duì)地電流，則在圖中的S 處電流互感器的線圈中將感應(yīng)出與剩余電流Id大小成正比的電流，其數(shù)值大小反映了配電線路及電氣設(shè)備中電流的泄露情況。

剩余電流的保護(hù)原理

讓三相四線導(dǎo)線一起穿過(guò)一零序電流互感器CT，也可在中性線N上安裝一個(gè)零序電流互感器CT，利用這些CT來(lái)檢測(cè)三相的電流矢量和，即剩余電流，如圖1所示，根據(jù)電路原理可知，當(dāng)電路中沒(méi)有發(fā)生設(shè)備漏電或接地故障且三相負(fù)荷完全平衡時(shí)，一次側(cè)中瞬時(shí)電流的矢量和為零，即Ia+Ib+Ic+IN=0，在電流互感器中產(chǎn)生磁通的矢量和等于零，此時(shí)，二次線圈中感應(yīng)電流IL=0。當(dāng)被保護(hù)的電路出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，負(fù)載側(cè)有對(duì)地泄載電流，零序電流互感器的矢量和不為零，即 Ia+Ib+Ic+IN≠0，在電流互感器中產(chǎn)生磁通的矢量和也不等于零，此時(shí)，零序電流互感器二次繞組中便產(chǎn)生感應(yīng)電流，即剩余電流IL≠0。

漏電斷路器主要由零序電流互感器CT，漏電檢測(cè)電路，脫扣器組成。被保護(hù)電路有漏電或人體觸電時(shí)，只要漏電或觸電電流達(dá)到漏電動(dòng)作電流值，零序電流互感器的二次繞組就輸出一個(gè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)集成電路放大器放大后送給CUP，CPU輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使漏電脫扣器動(dòng)作驅(qū)動(dòng)斷路器脫扣，從而切斷電源起到漏電和觸電保護(hù)作用。

防止電流引起電氣火災(zāi)的一般措施

1、認(rèn)真檢查線路的安裝是否符合電氣裝置規(guī)程的要求。例如線間距離、前后支持物的距離、受損絕緣的檢修等，都應(yīng)符合裝置的安全要求。

2、定期測(cè)量檢查線路的絕緣。如果測(cè)得的線路導(dǎo)線間和導(dǎo)線對(duì)地絕緣電阻小于規(guī)定值，必須將絕緣損壞處加以處理，破損嚴(yán)重的導(dǎo)線必須更換。

3、正確選擇與導(dǎo)線截面匹配的熔斷器。嚴(yán)禁用其他金屬導(dǎo)線代替熔體。

4、線路和電氣設(shè)備都應(yīng)在允許的負(fù)荷條件下運(yùn)行，防止因長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷引起絕緣損壞而發(fā)生漏電或短路。

5、經(jīng)常監(jiān)視線路的運(yùn)行情況，如發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。

6、導(dǎo)線間連接時(shí)，必須執(zhí)行有關(guān)規(guī)程的規(guī)定。

7、導(dǎo)線與各種電氣設(shè)備的連接，特別是鋁導(dǎo)線與電氣設(shè)備的連接，應(yīng)按有關(guān)規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行。

8、對(duì)運(yùn)行中的線路和設(shè)備定期進(jìn)行巡視檢查，如發(fā)現(xiàn)接頭發(fā)熱或松動(dòng)時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。