1 RCD的基本工作原理

RCD一般由剩余電流檢測模塊和斷路器組成，斷路器起接通、承載和分斷電路的作用，剩余電流檢測模塊一般由剩余電流互感器、信號放大器、信號判別元件、脫扣執行元件組成。負載線路接入RCD后即穿過了剩余電流互感器，形成一次繞組；剩余電流互感器自帶的線圈形成二次繞組。正常工作時，線路中剩余電流為零，即穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和為零[3-7]，有式中，Iu、Iv、Iw、In、為各相電流矢量。因此，在剩余電流互感器鐵心中產生的磁通矢量和同樣為零，故不會在二次繞組中感應出電流，信號判別元件判斷線路中沒有剩余電流，RCD不會動作；當發生故障使線路中產生正弦或脈動直流剩余電流時，即I_x0005_Δ≠0，在剩余電流互感器鐵心中產生的磁通矢量和不為零，此時會在二次繞組感應出電流。當剩余電流在檢測范圍內時，磁心工作在線性區，二次側感應電流與剩余電流大小成正比，該電流信號經過信號放大器后，在判別元件中與設定的剩余電流動作標準值對比，當檢測到的剩余電流值超過設定值時，判別元件向執行元件發出信號，執行元件驅動斷路器動作，切斷電源，從而起到漏電保護的作用。

由此可見，剩余電流互感器是整個RCD的核心部件，RCD能否起到漏電保護作用，取決于剩余電流互感器是否正常工作[8-9]。當線路中電流為正弦型或脈動直流型、剩余電流互感器磁心未飽和且工作在線性區時，RCD動作與否取決于穿過剩余電流互感器的所有線路電流矢量和的大小。

2用電負載的電流矢量分析與計算

在RCD性能良好且不考慮電源類型及頻率的情況下，RCD能否正常工作，取決于流經其進、出線端的電流矢量和，故用電負載的電流矢量分析對于RCD的應用至關重要[10]。低壓供電網可提供單相和三相兩種供電方式，其中三相供電時根據負載的分布和接線方式可分為星形聯結和三角形聯結。

2.1單相供電時負載的電流矢量

圖1為單相供電負載接線示意圖，無論Z為純阻性負載還是復阻抗負載，流經負載Z的電流矢量如圖1所示，根據KCL定律可得式中，Il、In分別為負載的相線與中性線電流矢量。式（2）表明，無論負載Z的大小如何，在無電流泄漏的情況下，流經負載的電流矢量和始終為零。2.2三相供電時負載的電流矢量

1）負載星形聯結時的電流矢量

三相供電負載星形聯結示意圖如圖2所示。負載星形聯結時，如果三相負載對稱平衡，可不需要中性線，如圖2（a）所示。但是在圖2（a）的情形下，存在負載異常導致三相負載不平衡的情況，此時會產生中性點漂移。圖2（a）中，設Z2 1=λZ，Z3 1=μZ，分別取a、b、c節點為參考對象，根據KCL定律和歐姆定律可得式中：Iu、Iv、Iw為三相負載各相線電流矢量；λ為阻值Z2與Z1之比；μ為阻值Z3與Z1之比。解析式（3）得特別地，當λ=μ=1時，三相負載對稱平衡；當λ≠μ時，三相負載不平衡，中性點發生漂移。結合式（3）、式（4）可知，無論三相負載平衡與否，式（4）總是成立，表明三相負載星形聯結不帶中性線時，在無電流泄漏的情況下，各相的線電流矢量和始終為零。2（b）中，中性點連接零線，構成中性線，此時相電壓Up與線電壓Ul有固定的關系，即Ul=3Up。線電壓Ul取決于電源系統，電源系統穩定則線電壓不會改變，故Up不因各相負載的阻值大小而改變。線電流與相電流大小相等，即Il p=I，若認為三相負載電流由各相線流入，由中性線流出，取中性點為參考對象，根據KCL定律可得式中：Iu、Iv、Iw為三相負載各相線電流矢量；In為中性線電流矢量。由式（5）可知，三相負載星形聯結帶中性線時，在無電流泄漏的情況下，所有相線加中性線的電流矢量和始終為零。

2）負載三角形聯結時的電流矢量

三相供電負載三角形聯結示意圖如圖3所示。圖3中負載為三角形聯結，分別取三根相線與負載的連接點e、f、g作為參考對象，根據KCL定律可得式中：

Iu、Iv、Iw為三相負載的線電流矢量；Iuv、Ivw、Iwu為流經三相負載Z1、Z2、Z3的相電流矢量。結合式（6）、式（7）可知，無論三相負載Z1、Z2、Z3的阻值大小如何，式（7）總是成立，表明負載三角形聯結時，在無電流泄漏的情況下，各相線電流矢量和始終為零，與各相負載的阻值大小無關，也與三相負載是否平衡無關。

3 RCD在接地系統中的應用

低壓配電網的接地系統分為TT、TN、IT三種，其中TN系統又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。每種接地系統有各自的特點，因RCD的工作原理，其工作狀態與接地系統的類型和接線方式有關，若應用和接線方式有誤，RCD會拒動或誤動，從而引發安全事故[11-12]。

3.1 RCD在TT系統中的應用

RCD在TT系統中的應用示意圖如圖4所示。TT接地系統中，供電側電源系統有一點直接接地，用電側負載的外露可導電部分通過接地極接地。安裝RCD時，相線與中性線全部接入RCD，且中性線連接在有明確標識的中性極，如圖4（a）中A所示，結合式（5），此時有式中，I_x0005_Δ為穿過RCD的所有線路電流矢量和，也可稱作剩余電流。若相線或中性線與負載的外露可導電部分因絕緣故障發生漏電，負載的外露可導電部分與大地之間就存在電壓，進而負載的外露可導電部分通過接地線PE或人體（當負載的外露可導電部分接地不良而人體觸摸到時）產生接地故障電流，也稱泄漏電流或剩余電流。結合式（5），此時該電流為剩余電流的大小視絕緣故障的程度而定，當I_x0005_Δ達到或超過RCD額定值時，RCD會動作切斷電源，保護設備和人身安全。還有一種情況如圖4（a）中B所示，負載中性線未接入RCD，接地線PE無電流通過或無人體觸碰負載的外露可導電部分而觸電，此時有式（10）表明，僅當三相負載對稱平衡時，有IΔ_x0005_=-In=0，RCD不會動作；一旦負載不平衡，則有IΔ=-In≠0。若｜IΔ｜比較大，則RCD立即動作。

3.2 RCD在TN系統中的應用

TN接地系統有TN-C、TN-S、TN-C-S三種，這三種接地系統的本質是一樣的，即供電側電源系統中性點接地，用電側負載的外露可導電部分接中性線，接地線PE與中性線N在電氣上相連。RCD在所有TN接地系統中的應用原理是一樣的，為減少篇幅，此處以TN-C接地系統為例進行分析說明。RCD在TN系統中的應用示意圖如圖5所示。

參考文獻

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[2]低壓電氣裝置第1部分:基本原則、一般特性評估和定義:GB/T 16895.1—2008[S].北京:中國標準出版社,2009.

[3]楊勇.漏電斷路器誤動作故障分析及解決措施[J].電氣開關,2018,56(4):94-96.

[4]魏 波,鄧誼爽,普朝鴻,王凌峰,文小川.剩余電流動作保護器在接地系統中的應用分析.

[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.06版