漏電保護(hù)器與地線之間的關(guān)系

鯤鵬祥瑞--陽光語錄：

學(xué)習(xí)是創(chuàng)造幸福生活永恒的動力源

有了地線，才具有安裝漏電保護(hù)器的可能；反過來，若沒有地線，安裝了漏電保護(hù)器毫無用處。為了能夠明確其中的道理，我們從最簡單的直流電路開始談起。

圖1是直流電路，它有電源E，也有電源內(nèi)阻r，還有外接的電阻箱R。注意到外接電阻箱R有一個金屬外殼。

設(shè)從電源E的正端流向電阻R的電流是I+，流出電阻R并返回電源的電流是I-。由于電路屬于串聯(lián)電路，因此這兩個電流大小相等，方向相反。令兩者之和為Id，于是有：

如圖，電池電壓為6V，它的內(nèi)阻r=0.1歐，外電阻R=10歐

我們令I+的方向為正方向，則有：

圖2，它依然是直流電路。圖中把電阻箱的金屬外殼通過接地電阻Rg接到電源負(fù)極，也即接地。

當(dāng)電源的正極未與電阻箱的外殼相接時，什么也不會發(fā)生。

現(xiàn)在，我們讓電源正極引線與電阻箱外殼相接（以下簡稱碰殼事故）。仔細(xì)看圖，我們會發(fā)現(xiàn)接地電阻Rg其實是與負(fù)載電阻R并聯(lián)的。于是我們發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵現(xiàn)象：

也就是說，此時的I+和I-雖然方向依然相反，但已經(jīng)不再是大小相等了。（提示：從現(xiàn)在開始，漏電電流就用它的標(biāo)準(zhǔn)符號Ig來描述了）。

由于Rg的值往往很小，因此Ig的值很大，近似于電源正負(fù)極之間的短路電流，因此在電路中需要配備熔斷器來保護(hù)。

注意1：由于圖2中的接地電流很大，近似等于電源短路電流，所以我們把這種接地系統(tǒng)叫做大電流接地系統(tǒng)。

注意2：大電流接地系統(tǒng)的線路保護(hù)依靠過電流保護(hù)裝置，即熔斷器或者斷路器。

圖3其實就是把圖1中的直流電源（電池）換成交流電源。與圖1一樣，我們也可以做出結(jié)論：IL與IN大小相等方向相反。

和圖2的結(jié)論一致，盡管是交流電流。

圖4與圖2類似，我們也可以推出完全類似的結(jié)論：

由于正常狀態(tài)下，IL與IN大小相等方向相反，故Ig=0；一旦發(fā)生電阻箱碰殼事故，則Ig不等于零，說明發(fā)生了漏電。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Rg的值不得大于4歐，而一般狀態(tài)下Rg的值在0.2歐到0.8歐之間，因而接地電流很大，接近電源相線對零線的短路電流。也因此，它被稱為大電流接地系統(tǒng)。

前面說過，對于大電流接地系統(tǒng)，一般依靠電路前端的斷路器或者熔斷器來保護(hù)線路。

這種交流電路中的接地屬于TN-C、TN-S和TN-C-S接地系統(tǒng)。下圖是國際電工委員會IEC給出來的TN-C接地系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)圖：

看，和我給出來的圖4何其相似。

不過，到目前為止，我們還沒有談到漏電保護(hù)器。我們馬上就要講到它了。

圖5中，我們看到用電設(shè)備的外殼直接接地，碰殼事故的接地電流并沒有通過電源提供的N線返回電源，而是走地網(wǎng)再返回電源。

我們當(dāng)然知道，地網(wǎng)的電阻Rg遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PEN線或者PE線的電阻。這是第一個問題。

其次，我們發(fā)現(xiàn)不知道該如何同時測量IL與IN。若不同時測量這兩個電流，我們就沒法得知兩個電流之差。這是第二個問題。

如何解決這兩個問題？

對于第二個問題，我們采用零序電流互感器來同時測量IL與IN。

圖6與圖5對照著看，立刻就明白了。

由于Ig=IL-IN，且當(dāng)IL與IN的值相等而方向相反時，兩者平衡，零序電流互感器沒有輸出；當(dāng)IL與IN的值不相等時，Ig不等于零，于是零序電流互感器輸出到操動機(jī)構(gòu)中，產(chǎn)生脫扣力驅(qū)動前端的斷路器執(zhí)行跳閘操作。

這個裝置就叫做RCD，器件名稱是：漏電保護(hù)器或者剩余電流保護(hù)器。

對于第一個問題，在IEC60364《接地系統(tǒng)》中規(guī)定，若電力變壓器的中性點直接接地，而用電設(shè)備的外殼也直接接地，兩者之間沒有導(dǎo)線連接，這種接地系統(tǒng)叫做TT。

圖中我們看到了電力變壓器（左上側(cè)）的中性點直接接地，用電設(shè)備（中下）的外殼直接接地（PE線），兩個接地極依靠地網(wǎng)連接。

IEC規(guī)定，TT接地系統(tǒng)必須使用RCD。

至此，我們應(yīng)當(dāng)明白了：

（1）用電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分（外殼）直接接地線PE；

（2）在上條得到滿足的條件下，使用RCD漏電保護(hù)器，就能在發(fā)生單相接地故障（用電設(shè)備的碰殼事故）時，RCD將驅(qū)動斷路器跳閘，以保護(hù)人身安全；

（3）對于TT系統(tǒng)，IEC和國家標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性地要求必須使用RCD。

最后的結(jié)論就是開頭的那句話：

漏電保護(hù)器與地線是從屬的關(guān)系：地線是安裝漏電保護(hù)器的充分條件。也就是說，安裝了漏電保護(hù)器，可以推斷系統(tǒng)中一定有地線；但反過來，若僅有地線，未安裝漏電保護(hù)器也行。事實上，在大電流接地系統(tǒng)TN下，可由普通開關(guān)的過電流保護(hù)裝置來執(zhí)行線路的漏電保護(hù)。

知道原因是什么？大電流接地系統(tǒng)下，漏電流已經(jīng)被放大為相對N或者相對零的短路電流，故可以用過電流保護(hù)裝置來執(zhí)行保護(hù)操作。

至于TT小電流接地的系統(tǒng)，必須安裝RCD，這是IEC和國標(biāo)強(qiáng)制要求的！

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