剩餘電流保護裝置分析的論文
剩餘電流保護裝置分析的論文
摘要：GB13955-2005《剩餘電流動作保護裝置的安裝和執行》中，對保裝裝置在直接接觸電擊和間接接觸電擊保護的作用已有明確要求。
關鍵詞：剩餘電流保護裝置電擊保護應用
GB13955-2005《剩餘電流動作保護裝置的安裝和執行》中，對保裝裝置在直接接觸電擊和間接接觸電擊保護的作用已有明確要求。
在電氣事故中，最為常見的是電擊事故。電擊事故的發生，一般是由於人體直接觸及帶電體，接觸到因絕緣損壞而漏電的電氣裝置、或者是站在發生接地故障點的周圍而使人體受跨步電壓引起的電擊；有時人體雖未直接接觸高壓帶電體，但由於超過了安全距離，高壓帶電體對人體放電，造成單相接地所引起的電擊。
這裡所講的電擊事故主要是發生於交流50Hz的低壓電網中，一般可分為直接接觸電擊和間接接觸電擊兩類。
1直接接觸電擊
直接接觸是指人體或牲畜與帶電部分的接觸。由直接接觸所引起的電擊現象，稱為直接接觸電擊。
直接接觸電擊往往根據電擊時碰到帶電導體的相線，又分為單相電擊和兩相電擊等。
單相電擊指人體的某一部位與大地接觸，而另一部位碰到一相帶電導體時而發生電擊事故。這時，透過人體的電流回路是從帶電的單相導體經人體入地，使人體承受220V相電壓而引起的電擊事故，嚴重時會導致死亡。
當發生單相電擊時，人體所遭受的傷害程度與電網的執行方式有關。在低壓電網中，變壓器低壓側中性點有接地和不接地兩種系統。
變壓器低壓側中性點接地系統是目前廣泛採用的220/380V低壓網路。如TN系統和TT系統，當處於地電位的人體碰觸系統中任一相帶電體時，人體所承受的電壓是相線對地的電壓(即相電壓)。此時透過人體的電流，決定於人體與帶電體的接觸電阻、人體阻抗、人體和鞋子與地面接觸處的電阻、以及中性點接地電阻的大小等。
2間接接觸電擊
間接接觸電擊是指人體或牲畜與故障情況下變為帶電的外露可接近導體的接觸。由間接接觸所引起的電擊現象，稱為間接接觸電擊。
間接接觸電擊方式，一般分以下幾種：
2.1跨步電壓電擊
由於外力(如雷電、大風等)的破壞等原因，電氣裝置、避雷針的接地點，或者斷落導線著地點附近，將有大量的擴散電流向大地流入，而使周圍地面上分佈著不同電位，具有雙曲線的特點，如圖1所示。
跨步電壓電擊是指人的雙腳同時踩在不同電位的地面時，因雙腳間具有電位差而引起的電擊事故。最大的跨步電壓出現在離帶電體接地處地面水平距離0.8m處與帶電體接地處之間。
當人體遇到跨步電壓時，電流也會流過人體。雖然電流沒有透過人體的重要器官，僅沿著下半身流過，但當跨步電壓較高時，就會發生雙腳抽筋，跌倒在地上，由於頭腳之間的距離大，故作用於身體上的電壓增高，電流相應增大，並且有可能使電流透過人體的重要器官，而引起人身電擊死亡事故。
2.2接觸電壓電擊
接觸電壓是指在同時可觸及的兩點之間所呈現的電位差。如因電氣裝置絕緣損壞或發生接地短路故障，而使人體同時接觸具有不同電位的兩處，這時加在人體兩處之間的電壓，即為接觸電壓。由於接觸電壓引起人體電擊，稱為接觸電壓電擊。
接觸電壓的大小是隨著人體所站立的位置不同而不同，一般僅是帶電裝置對地電壓的一部分。譬如圖1中所示的接觸電壓Ue，在距接地體周圍20m之內是小於帶電裝置的對地電壓Ue，20m之外是等於帶電裝置的對地電壓。人若站在20m外觸及電動機的外殼，則所承受的接觸電壓為：220-0＝220V，即等於帶電裝置的對地電壓。
3直接接觸電擊保護
直接接觸電擊保護是防止人體直接觸及電氣裝置的帶電導體而造成的電擊傷亡事故，剩餘電流保護裝置在直接接觸電擊保護中，當基本保護措施失效時，可作為直接接觸電擊保護的補充保護和後備保護。對於接觸電動工具及移動式用電裝置的人員，如接觸電鑽、電錘、脫粒機、潛水泵，鼓風機，電噴砂機、吸塵機，以及臨時架設的`供電線路等，因為在使用時往往容易發生帶電導體和人體直接接觸的電擊事故。當額定工作電壓為安全電壓以上時，如果發生了直接接觸的電擊事故，導致傷亡的危險性較高，所以應在供電迴路中安裝動作電流為30mA，一般型（無延時）動作的剩餘電流動作斷路器。
對於手持式電動工具，如電鑽、電砂輪、電鋸等，如果沒有雙重絕緣或加強絕緣，當額定工作電壓為安全電壓以上時，使用時容易發生帶電導體和人體直接接觸電擊事故。所以，這類電動工具也應在供電迴路中安裝動作電流為30mA，一般型（無延時）動作的剩餘電流動作斷路器，或使用動作電流為30mA，一般型（無延時）動作的剩餘電流動作保護插座。
這裡應當強調指出，當人體和帶電導體直接接觸時，在剩餘電流動作保護裝置動作切斷電源之前，透過人體的電流和剩餘電流動作保護裝置的動作電流選擇無關，它完全由人體觸及的電壓和人體電阻所決定。
剩餘電流動作保護裝置不能限制透過人體的故障電流，用於直接接觸電擊保護的剩餘電流保護裝置，必須具有一般型（無延時）動作特性，這是對直接接觸電擊提供安全保護的必要條件。
4間接接觸電擊保護
剩餘電流保護裝置的主要功能是作為間接接觸電擊保護。作間接接觸電擊保護的目的，是為了防止用電裝置在發生絕緣損壞時，在金屬外殼等外露部件上呈現危險接觸電壓。當電氣裝置發生故障時，正好人體碰觸故障裝置的外殼，被電擊者與故障迴路並聯，大部分的故障電流流經保護導體，使剩餘電流保護裝置立即切斷電源。對人體不會造成傷害。
在TN系統間接接觸電擊保護，必須滿足：
Zs×Ia≤UO
式中Zs--阻抗，包括電源到故障點間的帶電導體，以及故障點到電源之間的保護導體阻抗之和（W）；
UO--對地標稱交流電壓有效值（V）；
Ia--保證保護裝置在規定的相應時間內自動斷開的電流（對剩餘電流保護裝置即為IΔn）(A)。
在TT系統中間接接觸保護必須滿足：
RA×Ia≤50V
式中RA--接地裝置電阻和外露可接近導體的接地電阻之和（W）；
Ia--保證保護裝置在規定的相應時間內自動斷開電流（對剩餘電流保護裝置即為IΔn)（A）；
50V--在一般情況下，允許的接觸電壓極限值。
一般對於額定電壓為220V或380V的固定式電氣裝置，如水泵、輾米機、磨粉機、排風機、壓縮機，以及其他容易和人接觸的電氣裝置，當這些用電裝置的金屬外殼接地電阻在500W以下時，單機配用的剩餘電流保護裝置可選用30~50mA一般型（無延時）動作的保護裝置；對額定電流在100A以上的大型電氣裝置，或者帶有多臺電氣裝置的供電迴路，可以選用50~100mA動作的剩餘電流動作保護裝置；當用電裝置的接地電阻在100W以下時，也可選用動作電流為200~500mA的剩餘電流動作斷路器，用於間接接觸保護的剩餘電流動作保護器，可以用一般型（無延時）動作型產品。有些重要的電氣裝置，為了減少偶然的停電事故，也可以選用延時0.2s的延時型保護裝置。
對額定電壓為220V家用電氣裝置，如洗衣機、電冰箱、電熨斗、電視機、電風扇等，經常要和沒有經過安全用電專業訓練的居民接觸，而這些用電裝置往往帶有頻繁操作的插頭，容易發生直接接觸電擊的危險；另一方面按照家用電器安全標準，這些家用電氣裝置外殼都應有接地保護，因此必須帶有接地專用線的三眼插座，有些未經改造的老式住宅沒有考慮接地保護設施，一般都不帶三眼插座，所以使用者往往購買了家用電器後，仍舊將帶有接地保護的三眼插頭改為二眼插頭使用，因此有些家用電器在沒有安全保護措施的情況下使用。這樣，當用電裝置發生漏電碰殼等故障時，裝置外殼可呈現和工作電壓相同的危險電壓，當人體觸及時，危險程度和直接接觸電擊相同。而且在實際應用中，有時還把與外殼相連的接地保護線和電源線接錯，而發生電擊事故，再加上一些家用電器絕緣差，電擊危險性更大。
當家用電器較多，應在住戶進戶線的電能表後面安裝動作電流為30mA一般型（無延時）的小容量剩餘電流動作斷路器，或剩餘電流動作保護插座。
在醫院中使用的醫療電氣裝置，因為經常和病人接觸，也容易發生直接觸及帶電導體的事故，而病人發生電擊時，心室顫動閾值比正常人低，容易發生死亡事故，所以應在供電迴路中選用動作電流為6mA一般型的剩餘電流動作保護器。