水利工程泵站電氣設計中漏電保護器的應用探究

袁兵

摘要：水利工程泵站的漏電保護非常重要，文章從漏電保護器工作原理入手，分別從漏電保護器分類、安裝必要性、實際應用以及使用注意事項等方面入手，論述了漏電保護器在水利工程泵站電氣設計中具體應用，以供參考。

Abstract： The leakage protection of water conservancy engineering pumping station is very important. The article starts with the working principle of leakage protection device， and discusses the specific application of leakage protection device in hydraulic engineering pump station electrical design from the classification， installation necessity， practical application and precautions of leakage protection device， for reference only.

關鍵詞：水利工程;泵站;漏電保護器;設計應用

Key words： hydraulic engineering;pump station;leakage protector;design application

中圖分類號：TV675 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0264-02

0 ?引言

漏電保護器作為安全防護設備被廣泛應用于很多行業當中，不過在我國的水利工程泵站電氣設計方面的卻略顯不足，相對經驗匱乏。水利工程運行作業時，意外漏電情況引發了不少安全事故，漏電保護器的使用越來越受到各方重視。因此，必須加強對水利工程泵站電氣的安全性設計策劃，改善漏電保護器的設計應用。

1 ?水利工程泵站電氣設計中漏電保護器基本原理

漏電保護器的主要作用是在電器設備發生漏電情況后，其原本的電壓、電流信號會發生異常，從而斷開電源，使得設備或者人能夠免受傷害。漏電保護器主要構成部分包括檢測元件、執行元件、中間環節和試驗元件，圖1為漏電保護器的工作原理圖。圖中1是供電變壓器，2是主開關，3是試驗按鈕，4是零序電流互感器，5是壓敏電阻，6是放大器，7是晶閘管，8是脫扣器。

三相負荷電流和對地漏電流基本平衡，流過互感器一次線圈電流的相量和約為零，即由它在鐵芯中產生的總磁通為零，零序互感器二次線圈無輸出。當發生觸電時，觸電電流通過大地成回路，亦即產生了零序電流。這個電流不經過互感器一次線圈流回，破壞了平衡，于是鐵芯中便有零序磁通，使二次線圈輸出信號。這個信號經過放大、比較元件判斷，如達到預定動作值，即發執行信號給主開關1掉閘，切斷電源。

2 ?水利工程泵站電氣設計中漏電保護器的分類

水利工程泵站電氣設計中備選的漏電保護器，主要有兩種：電壓動作型和電流動作型。但是，電壓動作型漏電器穩定性和精確度難以滿足要求，容易引發二次事故，已逐漸被淘汰。當前的水利工程泵站電氣設計過程中多數選用電流動作型漏電保護器，其穩定性和精確度很好，綜合工作性能和安全性能有保障。

再進一步劃分，電流漏電保護器依據原理和結構不同分為兩類：電子、電磁漏電保護器。電子式漏電斷路器需要輔助電源，該輔助電源來源于漏電斷路器的出線端（負載端），跟線路的工作電壓有關，如果電壓過低（具體多少電壓不動作需要廠家確定），就是線路中產生了漏電電流，并達到了開關的漏電電流動作值，開關也不會動作。總結：電子式漏電斷路器，抗干擾性沒有電磁式漏電斷路器好;但電子式漏電斷路器比較便宜;電磁式漏電斷路器不需要輔助電源，里面沒有線路板組件，跟開關的工作電壓無關，只要線路產的漏電電流達到電磁式的漏電動作電流，漏電斷路器就動作，切斷后面電源，保護人身安全。目前市場上最普遍地就是電子式漏電斷路器。

而如果從功能實現方法上來區分，漏電保護器又可分為漏電保護繼電器、漏電保護開關、漏電保護插座等三種類型。

2.1 漏電保護繼電器 ?它主要是檢測元件、試驗元件、脫扣裝置、觸頭和固定元件構成，其基本原理是在電設備進線上加上一個磁環，讓電源線套在磁環內。正常狀態下，電線負載一端未與地面形成閉合回路，磁環中是沒有電流的，相應地也就不會形成磁通。假如負載端連接地面形成有效回路電流，那磁環也會產生電流，根據麥克斯韋電場理論，漏電電流與產生磁通形成一定正比關系，并且通過線圈形成了感應電勢。感應電勢越大 ，則漏電的電流越大。漏電形成的感應電流作用脫扣裝置銜鐵進行漏電保護。

2.2 漏電保護開關 ?漏電保護開關與漏電保護繼電器工作原理差不多一樣，區別是它在工作期間發生漏電或接地短路時，直接斷開主回路的開關。

2.3 漏電保護插座 ?它主要是插座內增加額外的漏電保護裝置，額定電流不超過16A， 限制電流6mA。用電設備提供人身觸電保護，防止用電設備意外接地構成電流回路，避免發生電氣火災，能避免負載端接地的中性線多次接地。對于一些常用的移動或者便攜用電設備提供非常有效觸電保護措施。

在實際水利工程泵站電氣設計過程中，要根據使用環境和條件要求來選擇相應最合適的漏電保護器。

3 ?水利工程泵站電氣設計中使用漏電保護器的必要性

3.1 避免發生接地故障 ?在水利工程泵站漏電保護器設計應用時，很多時候會發生接地故障的問題，通常情況下，當回路中產生電流偏大的情況時，理論上說預先設置的電流保護器會發揮自身切斷電路的功能，以避免造成更嚴重的事故和損失。不過在實際運用過程中，根據歐姆定律，線路內部本身的電流數值不但和電線自身的質量、橫截面積以及連接長度之間都有著一定的聯系和相互影響，而且在現場布線走向和交叉作業管理方面也有很直接的關系。所以，當泵站出現金屬接地故障時，設備外殼附帶極其危險的接觸電壓，一旦有工作人員不慎接觸到的話，引發的生命財產事故及其后果不堪設想，因此在泵站的漏電保護設計過程中，要充分考慮如何做好金屬接地的工作環節。

3.2 設計兩級漏電保護器 ?在并聯的電線回路裝上設計安裝漏電保護器，僅僅只能保證該單一回路的漏電保護。但是其它并聯電路一旦產生故障則難以得到保障，所以，在實際方案設計過程中，通常會考慮電源進線加上一級漏電保護控制設備，其一般有0.15s的延時并且要和單一并聯回路上的漏電保護器配合協調。設計一級漏電保護器雖然會增加成本，但對防范整個電路的安全風險有極大的好處。而且，如果泵站配電線路發生電弧性和金屬性的接地故障時，也可以及時起到保護作用。

4 ?漏電保護器的應用

在日常工作中，要制定合理有效的漏電保護器管理辦法，保障其使用安全可靠性。按照規定要求使用和維護漏電保護器，定期做好檢查保養記錄，確保其能正常工作。需要特別注意，當回路中出現跳閘情況時，可再試送電一次，絕不允許連續閉合開關多次送電。當確定漏電保護器已經損壞時，必須由專業電工落實檢查維修直至恢復正常方可使用。

4.1 三級漏電保護器的設計應用 ?根據設計方案要求，供電范圍和電源干線電流超出一定的界限時，就要設計安裝三級漏電保護器。它是由分離的零序電流互感器、漏電繼電器和斷路器組成的。供電范圍大的電源干線，在設計安裝漏電保護方案時，首先要考慮所保護范圍內電路出現接地故障時能夠即刻跳閘，防止更大范圍的停電情況出現。為了實現這一關鍵性需求，在做設計安裝時，要從漏電繼電器作用信號入手，及時發現故障回路，從而順利的實現局部電源切斷動作。如果電線回路內產生了金屬性短路的大短路電流，那么切斷電源的任務就會落在斷路器內的電磁脫扣器身上，它可以迅速切斷電源以保護線路，以上就是三級漏電保護的設計應用。

4.2 四級和二級漏電保護器的應用 ?在水利工程泵站的電氣設計應用中，從安全性基本要求出發，必須最大限度的降低開關電器的級數，并盡可能減少觸頭和線路的連接點數量。因為假如出現導電不良情況時，觸頭連接和線路連接位置都是最容易產生電路事故的位置，特別是三相回路的中性線，導電功能出現故障時，產生的后果將不堪設想。一般情況下，泵站的相關設備都還是會繼續工作的的，常規觀察不容易發現安全隱患，三相負荷嚴重不平衡時將導致三相電壓出現嚴重異常，單相設備將遭到嚴重的損壞。因此，限制保護觸頭的數量在設計時要著重進行考慮。

一些電氣設計方案，不少設計師有錯誤的觀點：三相的負載難保持平衡，通常中性線截面積略小于相線，所以加裝四級開關避免中性線負荷過大。另一種誤解是，他們覺得單相負載的三相漏電保護器要安裝四極的。根本上說，常見的電子漏電保護器就是“剩余電流動作保護器”， 其基本原理是在回路中利用剩余電流作出保護動作，跟整個回路的電流是否平衡沒有直接關系。所以，繼續按照以上的錯誤觀點濫用四級漏電保護器是有問題的，對安全保護作用會大打折扣。

設計四極（單相為二極）漏電保護器的系統回路時，要注意如果有一相出現接地故障問題時，故障電流在電源接地形成的電阻中產生了電壓，那么使中性線也就帶上一定的電壓，不過中性線一般是絕緣的，并不會產生事故，可是如果電氣設備的外殼接了地，一樣會發生故障，導致漏電保護器跳閘，電流將被傳導在設備外殼。而中性線并未切斷，漏電保護器即使正常斷開，由非常有可能由中性線引發電擊事故。如果系統采用四極或二極漏電保護器，確保帶電壓電路和中性線在同一時間內及時斷開，這樣就可以直接阻斷電路的傳導線路。所以，四極或二極漏電保護器的應用與被保護回路三相負荷是否平衡并無直接關系，在實際設計應用中要更加關注與回路接地系統類型。

5 ?用電子式漏電保護器應注意的事項

電子式漏電保護器制作工藝成熟，成本較低，在我國很多行業受到廣泛的應用，在使用效果上與電磁式漏電保護器有明顯的區別。電磁式漏電保護器是利用故障電流產生的能量實現斷路，而電子式漏電保護器是用故障回路的殘壓來脫扣（發生接地故障時。回路電壓下降，此殘壓指故障時漏電保護器接線端子上的電壓，不是指公用電網的電壓負偏差）。如果接地故障點距離漏電保護器非常近的情況下，壓差不夠，漏電保護器很可能無法動作而失效。所以，設計安裝電子式漏電保護器方案時，漏電保護器設計安裝位置距離插座要有一定的距離，以保證漏電保護器處有足夠的故障殘壓。同時，當回路的中性線出現故障時，回路上的電子式漏電保護器也將無法正常工作，當工作人員在附近進行作業時，很容易引發觸電事故。所以，設計安裝電子式漏電保護器的時候，要綜合考慮前面所提到的各種問題。

6 ?結語

總體來說，通過文章的論述，對于漏電保護器的設計應用有了較系統的認識，這對于水利工程的設計安全應用起到非常重要的作用，持續改進，從而提升我國水利工程中泵站的設計安全應用水平。

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