施工现场临时用电TT系统漏电保护器的设置.doc

施工现场临时用电TT系统漏电保护器的设置
侯星萍 福建省建设工程质量安全监督总站

摘 要：本文从TT系统接地故障保护的要求出发，分析了动作特性及动作时间的要求，提出了施工现场临时用电漏电保护器的合理配置，可有效地防止触电事故发生，可靠地切断故障线路，从而保障施工现场临时用电的安全。
关键词：TT系统 漏电保护器 动作特性 动作时间

1        TT系统的适用范围及形式

施工现场临时用电配电线路的接地保护形式常采用TN或TT系统。当施工现场与外用电共用同一供电系统时，若外电配电线路采用TT接地系统，那么施工现场临时用电也应采用TT系统。TT系统的形式如图1所示，用电设备可接近的外露可导电部分单独接地，与电源系统的接地在电气上无直接联系。此系统的保护线（PE线）与中性线（N线）自始至终是分开的。TT系统在场地内可分设几个互不关联的独立的接地极，分别引出其PE线，可避免故障电压在不同场地间的传导，减少电击事故的发生。

TT系统的形式

2 TT系统接地故障保护的要求

2.1 动作特性的要求
根据《民用建筑电气设计规程》（JGJ/T16-92）规定：在一般室内场所，TT系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合(2-1)式要求：
RFPE×Ia≤50V …………………………………………… (2-1)式
式中：RFPE……外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻之和（Ω）；
Ia ……保证保护电器切断故障回路的动作电流（A）。当采用漏电保护器电流动作保护时，Ia为其额定漏电动作电流（I△n）。
从(2-1)式得知，保护动作的条件是外露可导电部分对地电压达到或超过50V时，保护器应在规定的时间内可靠动作，此时的接地故障电流Id要大于等于保护器的动作电流Ia，即：
Id≥Ia ………………………………………………………… (2-2)式
Id的大小由接地故障回路的阻抗决定，而外露可导电部分对地电压值的大小由故障电流在其相应电阻上的压降决定。如图2-1为TT系统接地故障示意图，由于接地故障回路的阻抗主要以电阻性为主（感性、容性可忽略不计），所以图2-1接地故障的等效电路如图2-2所示。
图2-1、2-2中：
Rf ……故障点电阻（Ω）；
RE ……电源系统的接地电阻（取4Ω）；
RF ……外露可导电部分的接地电阻（Ω）；
RL ……相线电阻（Ω）；
RPE……PE线电阻（Ω）。

图2-1 TT系统接地故障示意图 图2-2 图2-1接地故障的等效电路

从图2-2可得出TT系统的单相接地故障电流Id为：
Id＝UO∕(RL+ Rf + RPE + RF + RE) …………………………………(2-3)式
外露可导电部分接地故障电压为:
Uf= Id( RPE+ RF) …………………………………………………(2-4)式
由于(RL+ RPE) 大大小于(RF + RE)，同时取Rf≈0（以金属性接地故障接触电阻约为零）。所以(2-3)式可简化为：
Id＝UO∕(RF + RE)……………………………………………………(2-5)式
(2-4)式可简化为：
Uf= Id×RF ……………………………………………………………(2-6)式
由(2-5)式、(2-6)式得：
RF＝Uf×RE∕（UO－Uf） …………………………………………(2-7)式
由(2-7)式得出，不同的电源系统接地电阻RE，，在外露可导电部分接地故障电压Uf＝50V，UO＝220V(单相相电压)情况下，其对应的最大接地电阻（RF）值，列成表2-1。从表2-1可知：电源系统接地电阻RE为4Ω时，要保证接触电压限制在50V以下，则用电设备侧的接地电阻RF应不大于1.18Ω。
表2-1
RE(Ω)
RF(Ω)
1
0.29
4
1.18
10
2.94

建筑施工场地是电气危险很大的特殊场所，其环境条件恶劣，风吹、雨淋、日晒等恶劣气候条件会使电气绝缘水平下降，而且由于场地内众多运输车辆和施工机械的运作，使电气设备和线路易受撞击碾压招致机械损伤，而施工人员在作业中常被水溅雨淋，使皮肤潮湿人体阻抗下降。因此，施工场地的接触电压限值宜取25V，按上述公式其对应的最大接地电阻RF值可列成表2-2。从表2-2可知，当RE为4Ω时，RF应不大于0.51Ω,即要求施工现场接地电阻值应更小了，此种情况一般较难做到。同时TT系统的接地故障回路的阻抗较大[＞（RE + RF）]，致使接地故障电流（Id）较小，难以保证线路的过电流在规定的时间内使脱扣器可靠动作，使故障危险电压Uf（100V左右）存在，甚至蔓延。因此，施工现场在采用TT系统作为基本的接地保护系统时，因其接地故障电流小，所以必须在每一回路上装设漏电保护器，以确保动作时间的要求。
表2-2
RE(Ω)
RF(Ω)
1
0.13
4
0.51
10
1.32

2.2 动作时间的要求
TT系统保护动作的基本条件除了故障电流必须大于或等于保护器的动作电流之外,还必须满足切断故障时间的要求,其要求为（1）当采用反时限特性的过电流保护电器时，故障保护装置的分断时间＜5s；（2）供电给插座或手握式或移动式用电设备的末级配电线路，故障分断时间应满足表2-3的数值。此时多采用RCD。

TT系统手握式或移动式设备允许最大切断电路时间 表2-3
预期接触电压（V）
50
75
90
110
150
220
允许最大切断电路时间(s)
5
0.6
0.45
0.36
0.27
0.17

3 漏电保护器的设置

3.1 漏电保护器的分级设置
施工现场临时用电实行至少三级配电（即要求设置配电柜或总配电箱、分配电箱、开关箱），并要求至少设置两级漏电保护器，以确保人身与设备线路的安全。开关箱（末级箱）中必须设置漏电保护器，另外一级漏电保护器应设在总配电箱。但由于漏电保护器设在总箱内时，一旦发生事故导致漏电保护器起保护作用跳闸时，停电的面积较大，导致一些正常运行的用电设备，无法得到正常工作，要等故障排除，正常送电后，方可投入运行，所以影响了工作效率。因此在保证总箱和开关箱设置二级漏电保护器后，在分配电箱内也加装漏电保护器，并选择好各级漏电保护器的参数，实现级间选择，保证分配电箱之后的线路或设备发生漏电事故时，不致引起总箱内漏电保护器跳闸。
3.2 漏电保护器参数与型式的确定
3.2.1 漏电保护器的主要参数
漏电保护器的参数除额定电压（Un），额定电流（In），额定频率（fn）这些基本参数外，其主要技术参数为漏电动作电流[额定漏电动作电流（I△n）、额定漏电不动作电流（I△no）]和动作时间（toff）。
根据《剩余电流动作保护器的一般要求》（GB6829-25）规定，额定漏电不动作电流（I△no）优先值为额定漏电动作电流（I△n）的一半。如一个额定漏电动作电流为30mA的漏电保护器，其额定漏电不动作电流宜为15mA。即当线路和用电设备泄漏电流值≤15mA时，漏电保护器不应跳闸；当线路和用电设备泄漏电流≥30mA时，漏电保护器必须跳闸起到保护作用；当泄漏电流大于15mA且小于30mA时，这时漏电保护器可能跳闸，也可能不跳闸，但均属于正常状态。
额定漏电动作电流的优先值为：0.006，0.01，0.03，0.05，0.1，0.3，0.5，1，3，4，10A。其中0.03A及以下为高灵敏度，0.03A以上至1A为中灵敏度。
漏电保护器的动作时间（toff）由保护要求决定，分为以下三种类型：（1）快速型：toff≤0.1s；（2）延时型（toff优先值为：0.2，0.24，0.8，1，1.5，2.5s）；（3）反时限型。
3.2.2 末级箱漏电保护器的参数确定
末级箱漏电保护器，主要是为了保护人身安全，而且直接接触触电的概率较大，所以选择额定漏电动作电流值不大于30mA，额定漏电动作时间不应大于0.1s。使用于潮湿或有腐蚀介质场所或供电给Ⅰ、Ⅱ类手持电动工具（除塑料外壳Ⅱ类外）的漏电保护器，因手握式或移动式电气设备使用中经常挪动，绝缘容易破损而发生碰外壳接地故障，握持设备的手掌肌肉通电收缩使人无法甩脱外壳带电的设备，人体通电时间稍长即易发生心室纤颤致死，因此电击危险大，其额定漏电动作电流不应大于15mA，额定漏电动作时间不应大于0.1s。
3.2.3 漏电保护器的级间参数的选择性
漏电保护器各级间应具有选择性，主要体现在漏电保护器额定漏电动作电流与额定漏电动作时间的选择性。对具备过载与短路保护的漏电保护器，其热脱扣器与电磁脱扣器的级间选择同空气开关。
（1）额定漏电动作电流之间的选择性
如图3如示，为三级漏电保护器设置示意图。

图3 漏电保护器三级设置示意图
图3中：
QF1：一级箱总漏电保护器；
QF2i：第i个二级箱总漏电保护器；
QF3i：引自QF2i 的第i个三级箱漏电保护器；
I△n1： 一级箱总漏电保护器QF1的额定漏电动作电流；
I△no1：一级箱总漏电保护器QF1的额定漏电不动作电流；
I△n2i： 第i个二级箱总漏电保护器QF2i的额定漏电动作电流；
I△no2i：第i个二级箱总漏电保护器QF2i的额定漏电不动作电流；
I△n3i： 引自QF2i 的第i个三级箱漏电保护器的额定漏电动作电流；
I△no3i：引自QF2i 的第i个三级箱漏电保护器的额定漏电不动作电流。
一级箱漏电保护器QF1与二级箱漏电保护器QF2i额定动作漏电电流之间的选择性配合应满足（3－1）式（忽略线路间的泄漏电流）：
I△n1∕2 = I△no1 ≥ △no2i = (△n2i)∕2 ……………………(3-1)式
同样二、三级额定漏电动作电流之间的选择性配合应满足（3－2）式：
I△n2i∕2 = I△no2i≥ △no3i = (△n3i)∕2 ……………………(3-2)式
一级箱（总配电柜、箱）漏电保护器，应选择额定漏电动作电流偏大的中灵敏度（I△n为：0.3～1A）的延时型漏电保护器，同时考虑到防止电气火灾的产生，选择I△n等于300mA，较为安全可靠。二级箱（分配电箱）内设置的漏电保护器，该级基本作为间接接触保护，但也作为末级开关箱漏电保护器的后备保护，其额定漏电动作特性介于一级与末级之间，所以选择中灵敏度（I△n为0.1～0.3A）的延时型漏电保护器。
（2）额定漏电动作时间之间的选择性
末级箱采用快速动作型，其动作时间≤0.1s；分配电箱采用延时型，其动作时间可选0.1～0.4s；总配电箱也采用延时型，其动作时间选择在0.1～1s。每级宜相差0.2s。
3.2.4漏电保护器型式的确定
（1）使用于潮湿或有腐蚀介质场所的漏电保护器，应分别采用防溅与耐腐蚀型。
（2）在强电磁干扰源附近，漏电保护器还可能受电网中高次谐波的影响而误动，所以应选择抗高频波、电磁干扰强的漏电保护器，即采用纯电磁式漏电保护器。因其是靠接地故障电流本身的能量使漏电保护器动作，因此动作较为可靠。
（3）在装有漏电保护器的供电回路上若感应雷电脉冲电压，其波头也是高频波，也可引起漏电保护器误动，因此应选用带少许延时的脉冲电压不动作型漏电保护器。
（4）施工现场由于尘埃多，多数配电箱安装在室外，所以应选择户外防尘型。
（5）选型时还必须注意应选择能同时断相线与中性线的漏电保护器。
（6）施工现场电焊机比较多，漏电保护器应按电焊机的额定电流选用，电焊机起焊时的大电流可能会使漏电保护器跳闸。因此，对于这类用电设备一般应选用对浪涌过电压、过电流不太敏感的电磁型漏电保护器；或选用较大额定电流的电子式漏电保护器。
（7）塔吊是施工现场较大的施工设备，有多台电动机，虽然启动过程采用了Y-△起动和转子回路串入电阻启动，降低了启动电流，但仍然会有较大的启动电流，这时会随机产生一定的过电压，塔吊配电箱和配电线路处于高空中，长年日晒雨淋，绝缘难免有一定的损伤，导致漏电流相应增大，这些因素都可能造成塔吊的漏电保护器频繁跳闸。因此应选用较大额定电流的电子式漏电保护器，减少频繁跳闸的几率。

4 漏电保护器的安装与接线应注意的问题

4.1 根据漏电保护器的安装场所和安装环境，选择合适类型的漏电保护器。
4.2 应避开振动、机械冲击和高温环境安装。
4.3 漏电保护器的保护范围，应是独立回路，不能与不在保护范围内的其它线路有电气上的连接，那怕是中性线上的连接与借用。否则，必将使通过漏电保护器零序电流互感器一次侧的电流不平衡，导致误动。
4.4不能因为负载的增加而采用增加一台漏电保护器与原漏电保护器并联连接的供电方式，即使两台漏电保护器型号、参数相同。因为型号、参数完全相同的两台漏电保护器，其内部阻抗并非完全一样，所以并联连接时，通过两台漏电保护器零序互感器的电流存在不平衡，会使其中一个误动。另一个出现过载跳闸或长期过载烧坏（不带过载保护功能）事故。
4.5 使用漏电保护器，被保护的用电设备外露可导电部分，仍必须与保护线相连接。但保护线（PE线）严禁通过漏电保护器。
4.6 施工现场分级保护的漏电保护器，因保护线路长，保护范围广，在线路末端连接时应注意经过漏电保护器后的中性线在任何场合都不能重复接地或接用电设备外露可导电部分。
4.7 当漏电保护器上标有“电源侧”和“负载侧”时，必须接对，不允许将电源侧作为负载侧接线。负载侧的中性线应保证绝缘良好和接线正确，且中性线不得接地，PE线和中性线不得接错。
4.8 施工现场较多配电箱安装在室外，为了避免雨水或露水沿着导线流入箱内，往往采用下进线方式，而且沿着漏电保护器两侧布线，如图4（a）所示。这样两侧导线可能与电磁式漏电保护器零序电流互感器的二次线圈交链，使二次侧有输出。随着负载电流的增大，二次侧输出也增大，会使漏电保护器误动作。为防止这种误动作现象，应同时将电源线与负载线各自扎成一束，沿同一侧敷设，如图4（b）所示。

(a) (b)
图4 漏电保护器布线方式

5 结语

当施工现场与外电共用同一供电系统时，外电配电线路采用TT系统，施工现场临时用电也应采用TT系统，并采用上述方式正确选用和整定配电线路的保护电器，合理配置漏电保护器，可有效地防止人身间接触电和电气火灾事故发生，可靠地切断故障线路，保障施工现场临时用电安全。
参考文献：
1、 顾月英主编 .《漏电保护器的应用》.上海： 上海科学技术出版社，1993
2、 行业标准JGJ46-2005 《施工现场临时用电安全技术规范》
3、行业标准JGJ16-92 《民用建筑电气设计规范》
4、 王厚余主编. 《低压电器装置的设计安装和检验》.北京： 中国电力出版社，2003 
作者/来源：侯星萍 福建省建设工程质量安全监督总站

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