关于“剩余电流动作系统动作值”的疑问探讨

对《低压配电设计规范》6.4.3条进行了解读，分析对地泄漏电流对剩余电流火灾报警系统动作值的影响，并针对在实际工程中如何整定系统报警动作值，提出建议。

0.引言

剩余电流火灾报警系统（以下简称“系统”）的工作原理是根据基尔霍夫电流定律，用零序电流互感器（ZCT）来检测电路中剩余电流，并利用总线技术将若干检测数据传输至控制中心联网组成一个系统，当超过一定值时报警或作用于脱扣装置推动开关跳闸。其主要功能是对可引起火灾的单相接地故障进行防范。

文章[1]讨论了剩余电流火灾报警系统适用范围及其与用作电击防护的剩余电流动作保护器（RCD）的区别。通常剩余电流火灾报警系统的动作值要大于用作电击防护功能的RCD的动作值。国家标准GB50054-2011《低压配电设计规范》（以下简称《低规》） 6.4.3条规定：“为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的剩余电流检测或保护器，其动作电流不应大于300mA”。该规范条文仅就剩余电流动作值的上限提出了基本要求，并未指出在工程实例中该如何整定剩余电流动作值。本文拟对剩余电流动作值作解读及实际工程中系统报警动作值的整定进行分析。

1．对《低规》6.4.3条的解读

1.1接地故障电流值不超过300mA的本质是故障发热功率不超过100W

国外试验表明发生单相接地故障时，引发火灾所需要的最低功率。当发热功率大于100W，如集中于一处释放，则有引发火灾的可能。决定火灾能否发生的本质是接地故障的发热功率，故障点发热功率等于故障持续电流与线路电压的乘积, 。而故障持续电流受线路过电流保护装置动作值的影响，《电气安装技术手册》【2】表4-1-10给出在230V电压下的故障电流和发热功率数值列于表 1。

由表1可见，在500mA时，发热功率达115W，足以引发火灾。选取300mA作为报警动作值较500mA对于接地故障电气火灾的防范更合理。

《低规》6.4.3条“为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的剩余电流检测或保护器，其动作电流不应大于300mA”中未见其对电压的约束条件，则只能依据《低规》总则1.0.2“本规范使用于新建、改建和扩建工程中交流、工频1000V及以下的低压配电设计”之规定来理解。

笔者理解《低规》6.4.3条规定的剩余电流动作值不大于300mA应限于220/380V电压系统。理由是，从故障发热功率不超过100W的本质要求来限定剩余电流动作值，则必须指出其适用的电压等级。例如在380/660V电压系统中，相电压为380V，如剩余电流动作值规定为300mA，故障点的最大发热功率可达到114W。又如当相电压为48V时，故障点泄露电流为2.08A时其发热功率才达到100W。可见针对不同的供电系统电压，剩余电流动作值不应一概规定为300mA。建议《低规》6.4.3条应明确系统电压为220/380V，否则有失规范的严谨性。

1.2 《低规》6.4.3条应规定剩余电流检测或保护器的动作条件是“接地故障电流值不大于300mA”，而不是剩余电流动作值不大于300mA

GB 13955- 2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》第3节“术语和定义”中规定：

“ 3.3 剩余电流residual current

       流过剩余电流动作保护装置主回路电流瞬时值的矢量和(用有效值表示)。

 3.4 剩余动作电流residual operating current

       使剩余电流动作保护装置在规定条件下动作的剩余电流值。”

根据定义可知，在发生接地故障条件下保护装置检测到的剩余电流同时包含接地故障电流和线路（含设备）的对地泄漏电流，其值是两者的矢量和，且保护装置无法识别故障电流和对地泄漏电流各自大小。剩余电流值不等同于接地故障电流值。为了防止电气火灾的发生，需要限制的是接地故障电流不大于300mA，当接地故障电流达到300mA时保护装置动作或发出告警。显然，《低规》6.4.3条规定的剩余电流动作值不大于300mA并不能保证接地故障电流也不大于300mA。

2.对地泄漏电流

由于线路对地存在分布电容以及线路和用电设备本身的绝缘也存在电阻，因此正常情况下线路和用电设备存在对地泄漏电流，或称之自然泄漏电流。表1～表3为线路及设备的对地泄漏电流值。

表1  220/380V单相及三相线路埋地、沿墙敷设穿管每千米泄漏电流（单位mA/km）

表2  荧光灯、计算机的泄漏电流

表3  电动机的泄漏电流

由表1～表3可看出：

（1）导线的绝缘材料对线路的对地泄漏电流有较大影响，对比三种绝缘材料的导线，其中聚氯乙烯绝缘导线对地泄漏电流最大，聚乙烯绝缘导线对地泄漏电流最小。例如，正常情况下一段200m长截面为150mm的电缆，采聚氯乙烯绝缘时，其对地泄漏电流0.2*112=22.4mA；采用聚乙烯绝缘材料时，对地泄漏电流为0.2*38=7.6mA。正常情况下，一般不超过200m的低压配电线路，选用聚乙烯电缆，其对地泄漏电流不超过10mA，可见对剩余电流火灾报警系统的报警动作值影响不大。

（2）荧光灯为单相负荷，单个配电回路对地泄漏电流较小，按照单个配电回路的光源数不超过25个来计算，单个配电回路中总的对地泄漏电流之和不超过2.5mA。当实际工程中照明灯具数量较多时，应尽量三相均匀配电，可使三相对地泄漏电流之和减小。

（3）计算机为单相负荷，且泄漏电流较大，需要限制单相回路上计算机负荷数量，通过三相均匀配电，降低三相配电线路的对地泄漏电流。

（4）电动机的为三相电路理论上对称的，考虑制造工艺、材料等偏差，其对地泄漏电流较小，正常运行时，其泄漏电流值对系统报警动作值的影响不大。

3.对地泄漏电流对系统报警动作值影响的理论分析

剩余电流的理论依据是基尔霍夫电流定律，即“在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零”。根据定义，基尔霍夫电流定律时域形式的表达式，三相正弦电路可用矢量形式来表达。系统安装要求全部带电导线均穿过零序电流互感器的高导磁铁心。正常时，系统检测到的电流是线路的对地泄漏电流值，当发生接地故障时，系统检测到的电流是线路对地泄漏电流与故障电流之和，可以用公式（1）来表达

                            （1）

式中： —系统检测的电流值；

—线路对地泄漏电流值，指的是所有带电导线对地泄漏电流值之和；

—故障电流值。

3.1 三相对称线路

假设三相电源是对称的，对三相配电线路来说，当三相导线阻抗和三相负载均相等则称三相对称线路。理论上，三相对称线路的三相对地泄漏电流之间也为120o相位差，且大小相等，三相对地泄漏电流之和为零。实际上，三相线路中各相导线的材料、制造工艺、绝缘性能、运行电压偏差等原因导致三线路对地泄漏电流之和不为零，但值较小。

3.2 三相不对称线路                                                                                      

当三相负载不相等时，则称为不对称线路。当三相配电线路中带有单相负荷时，通常是不对称线路。当三相线路不对称时，三相对地泄漏电流之和不为零。由公式（1）可知，三相自然泄漏的幅值和相角对系统报警值均有影响，以下举例分析。

例1.正常时三相线路的对地泄漏电流分别为(单位mA)：

假设此时B相线路发生单相接地故障，接地故障电流为

图 1  例1中三相对地泄漏电流与故障电流向量图

经计算三相自然泄漏电路之和，如图1所示与B相故障电流反向，假设报警动作值（幅值大小）整定为300mA，当B相故障电流达到300mA时，需要系统理应发出报警，但系统显示的检测电流大小为280mA（mA），系统不发出报警，只有当B相故障电流达到320mA时，系统报警才动作。可见此种情况会发生漏报警。

例2. 正常时三相线路的对地泄漏电流分别为(单位mA)：

图 2  例2中对地泄漏电流与故障电流向量图

经计算得三相自然泄漏电路之和，如图3所示与B相故障电流同向，假设报警动作值设定为300mA，若此时B相发生接地故障时，则B相故障电流只需达到280mA（）时，系统则发出报警。

上述两例分别分析了对地泄漏电流与故障电流最大相角差与最小相角差时的检测电流的计算值。可归纳如下结论：

（1）对地泄漏电流值的幅值和相角均会影响系统报警动作的灵敏度。因对地泄漏电流和接地故障电流之间相角具有随机性，故使系统报警动作的最小接地故障电流值处于（）之间。

（2）使系统报警必定动作，接地故障电流必须不小于，可用公式（2）表示

              （2）

（3）由于三相对地泄漏电流值与各相接地故障电流之间相角差不同，因此使系统报警动作的各相接地故障电流值也各不相同。

单相配电线路中对地泄漏电流的影响，可以归结为三相不对称线路的特殊形式。

4. 系统报警动作值整定为（）mA

实际工程常见的做法有两种，第一做法是将报警动作值整定为mA，第二做法是将报警动作值整定为300mA。第一种做法违反《低规》） 6.4.3条“系统报警动作电流不应大于300mA”之规定暂且不论，其会导致系统发生漏报，因为系统检测到的实际电流不是自然电流和故障电流的代数和，二是两者的向量和，上节已作详细分析。第二种做法是否合适，笔者认为这种做法值得商榷。

当对地泄漏电流为零，系统报警动作电流值整定为300mA，无可非议。在实际工程中，三相线路不对称的情况较多，对地泄漏电流值也不为零。如将系统报警动作值整定为300mA时，由本文3.3节的结论可知，使系统发生报警的最小接地故障电流为（）mA之间的某个数值，故不能够保证，接地故障电流为300mA时系统一定报警。所以这种情况也存在漏报，漏报区间为（300～）mA。举例说明，如线路对地泄漏电流值为50mA，系统报警动作值设定为300mA，当对地泄漏电流与接地故障电流方向相反时，则接地故障电流必须超过350mA系统才发出报警。当接地故障电流在300mA～350mA之间时，系统报警则不动作，造成漏报。

上述分析可知，系统报警动作值整定为300mA的做法只适用于三相对称线路对地泄漏电流为零的情况。在不对称线路中因对地泄漏电流不为零，系统会发生漏报警。系统报警动作电流值整定为多少合适？

当接地故障电流为300mA时，其释放的能量能够引发电气火灾，所以当接地故障电流达到300mA时，系统必报警。将代入公式（2）可得。笔者建议系统报警动作值整定为mA。

当然，系统报警动作值为mA解决了漏报问题，但同时又带来提前报警的问题，即报警的灵敏度提高。因为当对地泄漏电流与故障电流同相位时，系统报警动作的最小故障电流为mA。例如，对地泄漏电流为50mA时，系统报警动作值整定为250mA，可使系统报警动作的最小接地故障电流为200mA。

考虑到系统是对接地故障引起的电气火灾起到预警作用，提醒管理人员对线路进行故障排查，消除潜在隐患，故也就无须在故障电流达到可引起火灾的临界值（300mA）才发出报警。只要提前报警的故障电流值不是太小（如100mA以下），对用户和管理者来说是可以接受的。

在实际工程中，使系统报警动作的接地故障电流（）不宜太小，否则灵敏度过高，误报频频，给系统的运行和管理带来不便。笔者建议可将其在150mA以上。当mA为150mA时，可计算出对地泄漏电流值为75mA。此时系统报警动作值设定为225mA。当某检测点处的对地泄漏电流值大于75mA时，该处可不设检测点，可将检测点移至下一级配电箱处。

5. 结语

需要指出，本文探讨的剩余电流动作值300mA的应用场所需依据《低规》6.4.3的条文说明执行，该说明为“…故规定在火灾危险场所内，剩余电流检测器的动作电流值不宜大于300mA，一般场所不受此值限制，可根据实际情况调整动作电流值”。对于一般场所的动作电流值为多大？如何执行？不属于本文讨论范畴。但本文所讨论的动作值整定原理则可以借鉴。