剩余电流产生的原因和保护原理

　　什么是剩余电流

　　剩余电流，是指低压配电线路中各相（含中性线）电流矢量和不为零的电流。通俗讲当用电侧发生了事故，电流从带电体通过人体流到大地，使主电路进出线中的电流I相和I中的大小不相等，此时电流的瞬时矢量合成有效值称为剩余电流。

　　

　　剩余电流产生的原因

　　1、建筑物内的导线使用年久失修，其绝缘层老化破损。

　　2、建筑物内导线安装施工不规范，如导线不穿阻燃管，直接埋于墙内或置于桁架上。

　　3、导线施工质量粗糙，偷工减料，使用钢管穿线时钢管内壁刮伤导线绝缘层。

　　4、娱乐场所等公共活动场所在进行二次装修时，乱敷电线，致使各种施工遗留缺隐贴近易燃物；

　　5、电气设计不当，包括使用者随意增加负荷，造成导线过负荷而发热，导线绝缘层老化失效。

　　6、用户内部私拉乱扯线路，架设极不规范。

　　7、线路受自然条件影响，如导线碰树，大风吹断导线，空气潮湿导致导线绝缘水平下降等。

　　8、各种人为的破坏造成断线等。

　　

　　9、接地故障引起电气火灾

　　导线单相接地故障的现象一部分是显露的，如单相断线、导线搭接接地体。而其中大部分故障现象是隐蔽的，这是因为导线的绝缘层的绝缘电阻不合格，由于绝缘电阻过大产生泄漏电流。在泄漏电流集中流入大地点（接地体）便会发生高热，一旦在流入大地点有易燃物，经高温作用便会产生燃烧。导线的泄漏电流一般为mA级，线路的过电流保护（过负荷保护和短路保护）无法动作发挥保护作用。

　　例如线路因过载使绝缘温度超过允许最高工作温度，绝缘老化加速，使绝缘水平降至规定值以下，如果没有外因触发，短路一般不会发生。如果有外因触发，例如雷电引起的瞬态过电压，邻近大功率设备的操作过电压以及变电所高电压侧接地故障引起的暂态过电压等，则在此大幅值过电压冲击下，老化的绝缘将被击穿而燃弧短路。过电压转眼消失，工频短路电弧却能长时间延续，这是因为电弧的高阻抗限制了短路电流，使断路器不能或不及时动作。这类过电压多出现在带电导体与地之间，所以这种短路也多为接地故障。

　　短路的形成一般有两种，一是由导体间直接接触，短路点往往被熔焊的金属短路，另一种则是上述以电弧为通路的电弧性短路。前者短路电流以若干kA计，金属线芯产生高温以至炽热，绝缘被剧烈氧化而自燃，起火危险甚大，但大短路电流能使断路瞬时动作切断电源，火灾往往得以避免。后者因短路电弧长时间延续，而电弧局部温度可高达3000°～4000℃，容易烤燃附近可燃物质起火，由于接地故障引起的短路电流较小，不足以使断路器动作跳闸切断电源，所以电弧性短路引起火灾危险远大于金属性短路。

　　电气短路以接地故障居多，电弧性接地引起火灾危险性大。不论是TN系统还是TT系统，接地故障电路的阻抗都大于带电导体短路电路的阻抗。在接地故障电路全为金属导体的TN-C-S系统，其导电性能不良失去接地并不影响设备的使用，故不易发现。但一旦发生接地故障，连接点的阻抗将限制短路电流，而导致电弧性短路的发生。连接点和故障点产生电弧和电火花所引起火灾，而断路器却不能动作跳闸切断故障。至于TT系统，其接地故障电路内串联有系统接地和设备外壳的保护接地两个接地电阻，电路本身的阻抗就很大，更易发生电弧性短路。由此可见，接地故障的电路阻抗大，使它易以电弧短路的形式出现，这也是接地故障容易导致电气火灾的一个重要原因。

　　剩余电流的危害

　　剩余电流的大小意味着漏电的严重程度，线路中有电流经过时，线路会发热，当线路中剩余电流过大时，线路的温度会不断地升高，甚至是烧毁线路，引起电气火灾事故，严重威胁着生命及财产安全。

　　剩余电流检测原理

　　剩余电流式电气火灾监控探测器利用电流互感器检测电流的原理来检测剩余电流的大小，以防止电气火灾的发生。

　　检测原理如图1 所示，图中IA、IB 、IC为相电流，IN为中性线电流，Id为相线在a点的对地剩余电流，S 为任一封闭面。根据基尔霍夫定律，流入任一封闭面S的电流有效值相量之和等于零，则有IA+IB +IC -IN-Id =0整理得IA+IB +IC -IN=Id 。在正常情况下，三相电流的矢量和与N 线中流过的电流大小相等，方向相反，相互抵消。如果线路绝缘劣化或其它原因导致A 相线在a点产生对地电流，则在图中的S 处电流互感器的线圈中将感应出与剩余电流Id大小成正比的电流，其数值大小反映了配电线路及电气设备中电流的泄露情况。

　　

　　剩余电流的保护原理

　　让三相四线导线一起穿过一零序电流互感器CT，也可在中性线N上安装一个零序电流互感器CT，利用这些CT来检测三相的电流矢量和，即剩余电流，如图1所示，根据电路原理可知，当电路中没有发生设备漏电或接地故障且三相负荷完全平衡时，一次侧中瞬时电流的矢量和为零，即Ia+Ib+Ic+IN=0，在电流互感器中产生磁通的矢量和等于零，此时，二次线圈中感应电流IL=0。当被保护的电路出现绝缘故障时，负载侧有对地泄载电流，零序电流互感器的矢量和不为零，即 Ia+Ib+Ic+IN≠0，在电流互感器中产生磁通的矢量和也不等于零，此时，零序电流互感器二次绕组中便产生感应电流，即剩余电流IL≠0。

　　

　　漏电断路器主要由零序电流互感器CT，漏电检测电路，脱扣器组成。被保护电路有漏电或人体触电时，只要漏电或触电电流达到漏电动作电流值，零序电流互感器的二次绕组就输出一个信号，经过集成电路放大器放大后送给CUP，CPU输出驱动信号使漏电脱扣器动作驱动断路器脱扣，从而切断电源起到漏电和触电保护作用。

　　防止电流引起电气火灾的一般措施

　　1、认真检查线路的安装是否符合电气装置规程的要求。例如线间距离、前后支持物的距离、受损绝缘的检修等，都应符合装置的安全要求。

　　2、定期测量检查线路的绝缘。如果测得的线路导线间和导线对地绝缘电阻小于规定值，必须将绝缘损坏处加以处理，破损严重的导线必须更换。

　　3、正确选择与导线截面匹配的熔断器。严禁用其他金属导线代替熔体。

　　4、线路和电气设备都应在允许的负荷条件下运行，防止因长期过负荷引起绝缘损坏而发生漏电或短路。

　　5、经常监视线路的运行情况，如发现严重过负荷时应及时处理。

　　6、导线间连接时，必须执行有关规程的规定。

　　7、导线与各种电气设备的连接，特别是铝导线与电气设备的连接，应按有关规程的规定执行。

　　8、对运行中的线路和设备定期进行巡视检查，如发现接头发热或松动时应及时处理。