三极与四极漏电保护器的简单分析

电力18讯：    低压配电系统中装设漏电保护器是防止人身触电的有效措施，也可以防止因漏电而引发的电气火灾及设备损坏事故。漏电保护器一般分为一极、二极、三极、四极。其中一极、二极漏电保护器的结构原理图如图1-a、b所示，它们的主要区别在于当漏电事故发生时是否断开零线。其工作原理均为通过检测相线、零线电流的相量和是否为零来判定是否有漏电事故发生。本文所讨论的重点是三极、四极漏电保护器的工作原理与应用场合的差异。
　　笔者查阅一些厂家提供的三、四极漏电保护器结构原理图时发现一些问题，图分列如图2-a、b与图3-a、b所示，其中图2-a、b源自某国产品牌开关制造商产品资料，图3-a、b源自某进口品牌开关制造商产品资料。我们发现二者的四极漏电保护器的结构原理图并无区别，但三极漏电保护的结构原理图却存在重大不同，并由此引发其使用也有重大区别。



　　在分析之前，需要明确一个概念，即“负载三相平衡”。在三相交流电系统中，负载三相平衡时，其三相电流相量和为零。但笔者以为，所谓“负载三相平衡”是一个理论概念，在实际的产品制造中，由于生产工艺、使用条件及电源品质等因素的制约，理想的三相完全
　　平衡的负载不大可能存在，其三相电流ia、ib、ic的相量和不为零而且很容易达到漏电保护器的动作电流值例如30mA。因此，“负载三相平衡”这个概念只具理论意义。本文以下谈到三极、四极漏电保护器的应用时与此相关。
　　首先分析图2，图2-a、b中，二者的漏电动作原理相同。均是通过检测穿过零序电流互感器的3根相线和1根N线的电流相量和是否达到漏电保护器的动作电流值来决定其是否脱扣。对于正常工作的三相四线配电系统，不论其所带负载如何，均有ia+ib+ic+iN=0，漏电保护器不动作。一旦发生接地故障时，故障相有一部分电流经故障点流入大地，此时零序电流互感器内电流相量和不等于零，即ia+ib+ic+iN≠0，漏电保护器动作，切断故障回路，从而保证人身安全。图2-a、b中不同之处仅在于漏电保护器动作时，在切断相线的同时是否切断零线。因此，笔者以为，图2-a中所谓的三极漏电保护器是一种“假三极”漏电保护器，其实质与四极漏电保护器相同。　
　　应用时，正常情况下，若负载是Y形接法，不论三相平衡与否，其中性点与N线相连，则穿过零序电流互感器的相线及N线电流相量和为零，即ia+ib+ic=-iN，当然没有问题。但若负载是N形接法，由于负载无中性点，则漏电保护器的N线被悬空，iN=0。此时，只有负载三相平衡，即ia+ib+ic=0，才有ia+ib+ic+iN=0，保证漏电保护器不动作。但如前所述，“负载三相平衡”是一个理论概念，不具多少实际意义。因此图2-a、b类型的漏电保护器均应用于三相四线配电系统中，而不论其负载是否平衡。对无中性点的负载，则不可使用。
　　而图3 则大不相同，图3-a中，穿过零序电流互感器的仅有3根相线，因此，它检测的仅是三相电流的相量和。在正常的配电系统中，要使ia+ib+ic=0，只有以下2种情况：
　　1.　三相四线配电系统中，负载三相平衡。此时，尽管系统的N线未穿过漏电保护器的零序电流互感器，但因ia+ib+ic=0，漏电保护器不动作。但亦如前述，这是一种理论状态。
　　2.　配电系统本身是三相三线制，不论其负载是否三相平衡，也不论负载是Y形接法或Δ形接法，均有ia+ib+ic=0，漏电保护器不动作。图3-a类型漏电保护器接三相三线负载时，
　　负载Y形接法及Δ形接法的配电电路图如图4-a、b所示。
　　


　　因此，图3-a类型的三极漏电保护器更具实际意义的使用场合是前述的第2种情况，即应用于三相三线的配电系统，负载对N线无要求。电动机便是此类负载之一，不论该电动机的绕组是Y形接法还是Δ形接法。
　　图3-b中漏电保护器的工作原理及应用与图2-a、b相同，不再赘述。
　　对民用建筑电气设计而言，三极或四极漏电保护器的应用是广泛的。例如，按规范，在住宅楼单元进线处要设300mA的漏电保护器，此时因配电系统为三相四线（未考虑PE线），我们只能选用图3-a或图2-a、b类型的漏电保护器。若选用图3-a类型的漏电保护器则可能使其无法正常工作。另一个应用例子便是三相插座前端加装漏电保护。此时，若仅为预留三相插座而不知其负载为何，情况便比较复杂。具体地说，若负载有中性线，则不可选用图3-a类型的漏电保护器。若负载无中性线，则只能选用图3-a类型的漏电保护器（此种情况下，我们仍考虑实际三相负载不能满足“三相平衡”的理论要求）。
　　综上所述，三极、四极漏电保护器的正确使用应建立在弄清漏电保护器本身的结构，即N线是否穿过零序电流互感器与负载类型，即负载是否对中性线有要求的基础上。笔者以为，三极漏电保护器应定义为N线不穿过零序电流互感器，它应用于三相三线配电系统，负载无中性线。四