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淺談住宅建筑剩余電流的保護與應用
張娟
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:國家設計規(guī)范在住宅建筑剩余電流保護上規(guī)定了防止觸電的保護和防止火災的保護,對保護配合未給出明確做法。本文根據(jù)現(xiàn)有設計規(guī)范對住宅建筑剩余電流保護配合問題進行研究,提出了幾種解決方案。
關(guān)鍵詞:住宅建筑;剩余電流;電氣火災;**用電
0 引言
隨著人民美好生活需要的日益增長、國家行業(yè)標準不斷提升,標準提升可能引發(fā)新的矛盾,需要研究解決。居民住宅供電的應用中,20世紀90年代,國家設計規(guī)范先后增加了用于防止觸電傷害和防止火災的剩余電流保護,本文主要討論居民住宅剩余電流保護配合問題。
1 住宅剩余電流保護存在配合問題
1.1其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護
《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定:“8.7.2住宅供電系統(tǒng)的設計,應符合下列規(guī)定:除壁掛式分體空調(diào)電源插座外,電源插座回路應設置剩余電流保護裝置;”(根據(jù)條文解釋,TT系統(tǒng)所有插座需設置剩余電流保護裝置)。
《低壓配電設計規(guī)范(GB50054-2011)》5.1.12規(guī)定:“額定剩余動作電流不超過30mA的剩余電流動作保護器,可作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護,但不能單獨作為直接接觸防護措施。”
作為其他直接接觸防護措施失效或使用者疏忽時的附加防護,一般電源插座回路選擇30mA、動作時間<0.1s的剩余電流保護開關(guān),通過反時限設定30mA保證人身在觸電發(fā)生時不至于發(fā)生心室顫動引發(fā)致命危險。此保護是為了人身**存在的,下文簡稱防觸電剩余電流保護。
1.2防止火災發(fā)生設定的保護
現(xiàn)行《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.2規(guī)定:“住宅供電系統(tǒng)的設計,應符合下列規(guī)定:每幢住宅的總電源進線應設剩余電流動作保護或剩余電流動作報警。”較早規(guī)范是要求每幢住宅安裝漏電保護動作于跳閘的,后來調(diào)整為可動作于報警。跳閘與報警各有優(yōu)劣,本文不予以討論。筆者認為,規(guī)范的調(diào)整說明每幢住宅建筑使用漏電保護動作與跳閘存在一些問題,本文主要就這些問題剖析、研究,提出解決方案給大家參考。
1.3防火剩余電流保護與防觸電剩余電流保護設計存在配合問題原因
根據(jù)前文所述,設計規(guī)范要求一般插座要求設置防觸電剩余電流保護,照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源插座已被規(guī)范排除要求使用防觸電剩余電流保護外,《住宅設計規(guī)范(GB50096-2011)》8.7.3規(guī)定:“每套住宅應設置戶配電箱,其電源總開關(guān)裝置應采用可同時斷開相線和中性線的開關(guān)電器。”戶配電箱只要求同時斷開相線和中性線的開關(guān),也未要求采用防觸電剩余電流保護。這就造成了如果每幢建筑按規(guī)定設定不大于500mA的防火剩余電流保護,一旦戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座發(fā)生接地短路或漏電,就會造成整幢建筑停電,且不易查清故障。
2 剩余電流保護設定與配合
2.1增設剩余電流保護位置
如果建筑設置不大于500mA的防火剩余電流保護,為防止戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座發(fā)生接地短路或漏電,保護誤動作于整幢建筑總開關(guān),可在防火剩余電流保護與戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座間設置剩余電流保護。存在以下幾種增設方案:
(1)戶內(nèi)照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源增設剩余電流保護。由于出線保護配合問題出現(xiàn)原因,是國家規(guī)范未要求戶內(nèi)照明回路或壁掛式分體空調(diào)電源插座設立剩余電流保護,所以在該回路增設剩余電流保護,并且保護定值與上級防火剩余電流保護配合,可以解決剩余電流保護配合問題。由于戶內(nèi)照明回路和壁掛式分體空調(diào)電源插座回路普遍泄漏電流小,故裝設帶防觸電的剩余電流保護開關(guān)一般不會產(chǎn)生誤動,還能起到防止意外觸電作用,同時,也防止了手持式電動工具使用壁掛式分體空調(diào)電源插座時,插座無剩余電流保護的觸電風險。因此,推薦采用此種方式解決保護配合問題。但由于戶內(nèi)開關(guān)一般產(chǎn)權(quán)歸住戶私有,住戶裝修時,可選擇更換開關(guān),一旦因為某種原因(如安裝空間不足)更換為非剩余電流保護開關(guān),該回路發(fā)生的剩余電流故障就會造成整幢樓動作。采用此種方式解決配合問題時,應考慮補充其他措施來解決長期管理問題。
(2)戶內(nèi)總開關(guān)增設剩余電流保護。戶內(nèi)總開關(guān)增設剩余電流保護,如實現(xiàn)良好配合,能實現(xiàn)故障限定在戶內(nèi),也可防止故障擴大。但如果照明回路、壁掛式分體空調(diào)電源開關(guān)回路不設剩余電流保護且故障時,會造成戶內(nèi)總開關(guān)斷電,照明插座同時失電,造成居民生活不便。根據(jù)筆者實際經(jīng)驗,照明燈具故障可能會造成剩余電流保護故障跳閘,如戶內(nèi)總開關(guān)增設剩余電流保護,照明、插座同時失電,可能造成居民不便。此方案是前一個方案的替換方案,既有建筑改造配電箱位置不足,為節(jié)約成本可考慮此方案。
(3)運維分界點處增設剩余電流保護。供電公司或物業(yè)公司與居民住戶運維有分界點,這個分界點一般在計量表處,分界點以下線路和設施運維責任歸居民住戶所有,在運維分界點設置剩余電流保護容易區(qū)分責任,避免影響其他無故障用戶。
(4)單元開關(guān)等處增設剩余電流保護。在下文提到保護定值整定需要增加保護層級時,可分區(qū)增設剩余電流保護,分區(qū)可設立在樓總箱單元開關(guān)或單元箱總開關(guān)等處。
2.2保護定值要求
防觸電剩余電流保護的保護限定值來源于人體**電流要求,限定值30mA,0.1s。由于設定已足夠小,生產(chǎn)設定更靈敏的開關(guān)產(chǎn)品會增加成本且容易誤動,所以防觸電保護限定值一般是統(tǒng)一的,無法通過改變整定值來實現(xiàn)防觸電保護配合。防火剩余電流電流來源于易產(chǎn)生火災的漏電電流限定,500mA的動作值不能突破,但存在小于500mA動作值的開關(guān)。根據(jù)《民用建筑設計規(guī)范GB51348-2019》對“電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的剩余電流動作報警值宜為300mA”的條文解釋,“剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器動作報警值300mA是引自《低壓電氣裝置第4-42部分:**防護、熱效應第422節(jié)火災特別危險場所的防護措施》IEC60364-4-42-422火災防護的規(guī)定,泄漏電流達到了這一數(shù)值就可能會引起火災,因此建議報警值為300mA”。所以500mA是保護定值上限,但不是保護定值的極佳值,保護定值的極佳值在300mA及以下。防火漏電與防觸電剩余電流間配合不存在問題,防火剩余電流間配合可以采用電流配合和時間配合,保證繼電保護不誤動要求即可。
由于良好線路存在很小的正常漏電電流,電器設備本身也存在正常泄漏電流,同時,線路和電器設備啟動時也存在涌流。當整幢建筑擁有正常泄漏電流、涌流的設備、線路過多時,正常泄漏電流和涌流積累可能超過300mA,可能需要500mA保護定值來實現(xiàn)。對于涌流,因為送電時才出現(xiàn),如果能用時限配合解決盡量采用時限定值配合躲過誤動,時限無法配合時才考慮電流定值配合。整幢建筑采用500mA保護定值時,建議分區(qū)塊設立保護,使各區(qū)塊處于300mA及以下剩余電流保護定值的保護下,以保證大部分線路的泄漏電流不高于300mA。區(qū)塊的設定可以在各單元、運維分界點,根據(jù)實際現(xiàn)狀決定,但分級不宜太多。
對既有建筑的整定配合,要經(jīng)過**估算,防止老舊線路的非泄漏電流納入正常泄漏電流中予以保護排除。
3 安科瑞**用電云平臺及選型
3.1安科瑞**用電云平臺介紹
Acrelcloud-6000**用電云管理系統(tǒng)能夠?qū)κS嚯娏鳌⒃O備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄,并且通過云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制,能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令,并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進行分析,為用戶提供火災隱患的相關(guān)數(shù)據(jù),能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查,避免火災的發(fā)生。另一方面,云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務,提升了服務質(zhì)量,對用戶的長遠發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外,該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控,使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點的4G網(wǎng)絡傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控,主控端布置于城市消防大隊,從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。
具體功能如下:
(1)**用電監(jiān)管服務系統(tǒng)包含**用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
(2)**用電監(jiān)管服務系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣**參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等,能實時顯示現(xiàn)場服務次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護等數(shù)據(jù),監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
(3)手機APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本,能通過手機APP對每條報警記錄進行呼叫,便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
(4)能對各個單位及設備的電氣**運行情況進行自動統(tǒng)計和分析評估,并隨時展示電氣**運行分析報告。
(5)監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足國家法律法規(guī)和有關(guān)技術(shù)標準(GB14287.2《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》)的要求,并通過國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認證。
(6)漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值,并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡接入**用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。
3.2產(chǎn)品選型
3.2.1漏電火災監(jiān)控探測器
3.2.2故障電弧探測器
安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號代碼為AAFD,共有兩種電流等級,可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生,并及時預警,提醒用戶處理,防止電弧導致的火災的發(fā)生。
AAFD可配合AF-GSM400使用并接入**用電平臺,該產(chǎn)品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖:
3.2.3限流式保護器
安科瑞限流式保護器型號代碼為ASCP200-1,有三種電流等級,可監(jiān)測回路短路過載等故障信息,發(fā)生故障時預警和產(chǎn)生滅弧效果,防止電弧導致的火災的發(fā)生。
ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入**用電平臺,也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。
以下是ASCP200-1的主要功能:
短路保護功能。保護器實時監(jiān)測用電線路電流,當線路發(fā)生短路故障時,能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護,并發(fā)出聲光報警信號。
過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間(3…60秒可設)時,保護器啟動限流保護,并發(fā)出聲光報警信號。
表內(nèi)超溫保護功能。當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時,保護器啟動超溫限流保護,并發(fā)出聲光報警信號。
過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時,保護器發(fā)出聲光報警信號,可預先設置是否啟動限流保護。
配電線纜溫度監(jiān)測功能。當被監(jiān)測線纜溫度超過報警設定值時,保護器發(fā)出聲光報警信號,可預先設置是否啟動限流保護。
漏電流監(jiān)測功能。當被監(jiān)測的線路漏電超過報警設定值時,保護器發(fā)出聲光報警信號,可預先設置是否啟動限流保護。
保護器具有1路RS485接口,1路2G無線通訊,可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
3.2.4剩余電流互感器
3.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊
AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊,該無線模塊為**用電云平臺專用模塊。
AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月,單個模塊可以接入30塊儀表。默認上傳間隔2分鐘,如發(fā)生報警,會實時上傳數(shù)據(jù)。
3.2.6溫度傳感器
溫度傳感器為一熱敏電阻NTC,它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準,可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度,提供溫度保護。
4 未來展望
4.1建議廠家增加防火剩余電流開關(guān)動作時間級數(shù)
從保護原理上講,防火剩余電流保護是為了防止電纜老化泄漏電流引發(fā)電氣火災,而電纜老化是長期的過程,不需要防火漏電實現(xiàn)非常快速的反應。而在實際應用過程中,保護定值必須躲過合閘涌流,否則,容易出現(xiàn)保護誤動。如果整定時間不能躲過涌流,就必須加大整定電流,可能造成保護定值超過300mA或500mA。當定值超過500mA時,就不能作用于跳閘了,只能采用監(jiān)視的做法,而監(jiān)視的反應速度會明顯比跳閘慢很多,所以,建議廠家考慮防火剩余電流開關(guān)的保護定值時間增長、級數(shù)增多給應用更多的選擇。
4.2基于網(wǎng)絡化、智能化防火剩余電流保護未來可期
社會發(fā)展、信息化進步,造成信息化產(chǎn)品可靠性增高、成本降低,家用智能插座、智能電器產(chǎn)品不斷推新、完善,但工業(yè)化產(chǎn)品推進遲緩。網(wǎng)絡化可解決孤立元件間的保護配合難題,準確判斷故障來源,通過記錄分析泄漏電流發(fā)展過程,智能區(qū)分線路老化和正常泄漏電流未來可期。
【參考文獻】
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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版.
作者簡介:張娟,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為**用電裝置的研發(fā)與應用