剩余電流動作保護(hù)電器(英文名稱：residual current operated protective device，縮寫為rcd)，簡稱剩余電流保護(hù)電器，是一種漏電保護(hù)裝置，被廣泛地應(yīng)用在低壓配電系統(tǒng)中，是低壓電網(wǎng)防止電擊事故、電氣設(shè)備漏電損壞和電氣火災(zāi)的有效防護(hù)措施。
低壓配電系統(tǒng)的漏電保護(hù)裝置是20世紀(jì)40年代從歐洲開始發(fā)展起來的，在發(fā)展初期有兩種型式：電壓動作型漏電保護(hù)裝置和電流動作型漏電保護(hù)裝置。剩余電流保護(hù)電器屬于電流動作型漏電保護(hù)裝置。
電壓動作型漏電保護(hù)裝置是通過電壓線圈檢測設(shè)備外露金屬外殼與大地之間的故障電壓，當(dāng)檢測到的故障電壓超過預(yù)定的危險極限值時，推動脫扣機(jī)構(gòu)使主開關(guān)觸頭斷開，切除故障電壓進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)其工作原理，電壓動作型漏電保護(hù)裝置只能用于單臺用電設(shè)備漏電保護(hù)；不能應(yīng)用于整個配電系統(tǒng)，并實現(xiàn)選擇性的分級保護(hù)；遇到感應(yīng)雷擊或較大的操作過電壓時，電壓線圈易燒毀損壞；只能用于間接接觸保護(hù)，不能用于直接接觸保護(hù)。由于電壓動作型漏電保護(hù)裝置這些固有的缺點，從20世紀(jì)60年代以后逐漸被剩余電流保護(hù)電器(即電流動作型漏電保護(hù)裝置)取代。當(dāng)前世界各國在低壓配電系統(tǒng)中使用的漏電保護(hù)裝置基本上都是剩余電流保護(hù)電器。
剩余電流保護(hù)電器的主要功能
1 間接接觸保護(hù)
間接接觸保護(hù)又稱為故障保護(hù)，剩余電流保護(hù)電器的主要功能是間接接觸電擊保護(hù)。在gb13955-2005《剩余電流動作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》中，對間接接觸電擊事故防護(hù)的規(guī)定：“間接接觸電擊事故防護(hù)的主要措施是采用自動切斷電源的保護(hù)方式，以防止由于電氣設(shè)備絕緣損壞發(fā)生接地故障時，電氣設(shè)備的外露可接近導(dǎo)體持續(xù)帶有危險電壓而產(chǎn)生電擊事故或電氣設(shè)備損壞事故。當(dāng)電路發(fā)生絕緣損壞造成接地故障，其故障電流值小于過電流保護(hù)電器的動作電流值時，應(yīng)安裝剩余電流保護(hù)電器。”
該規(guī)定明確了間接接觸電擊保護(hù)的含義和保護(hù)方式。在很多場合下，接地故障電流遠(yuǎn)小于過電流保護(hù)動作值，過電流保護(hù)裝置不會動作。在這種情況下，采用剩余電流保護(hù)電器自動切斷電源是一種非常有效的間接接觸電擊保護(hù)方式。
剩余電流保護(hù)電器用于間接接觸保護(hù)的示意圖如圖1所示，電氣設(shè)備上出現(xiàn)絕緣故障時，外殼出現(xiàn)故障電壓，通過pe保護(hù)導(dǎo)線(tn系統(tǒng)，圖1a)或設(shè)備的接地極(tt系統(tǒng)，圖1b)產(chǎn)生一個故障電流，剩余電流保護(hù)電器在人還未觸及帶電的金屬外殼前已將故障切斷，防止人體觸及危險的接觸電壓。如出現(xiàn)故障時正好有人觸及因故障而帶電的設(shè)備外殼，則觸電者的接地回路與設(shè)備故障的接地回路相并聯(lián)。根據(jù)保護(hù)導(dǎo)線(或接地回路)和人體的電阻比例(正常情況下，人體電阻要比保護(hù)導(dǎo)線或接地回路的電阻大得多)，大部分的電流流經(jīng)保護(hù)導(dǎo)線或接地回路，剩余電流保護(hù)電器立即切斷電源，對人體也不會造成致命危險。
剩余電流保護(hù)電器用于間接接觸電擊事故防護(hù)時，應(yīng)正確地與電網(wǎng)的系統(tǒng)接地型式相配合。
1）tn系統(tǒng)
剩余電流保護(hù)電器用于tn系統(tǒng)時，剩余電流保護(hù)電器負(fù)載側(cè)中性線(n線)和保護(hù)導(dǎo)線(pe線)不能共用。因此，在tn-c系統(tǒng)使用剩余電流保護(hù)電器時，應(yīng)根據(jù)電擊防護(hù)措施具體情況，將電氣設(shè)備外露可接近導(dǎo)體獨(dú)立接地，形成局部tt系統(tǒng)。或?qū)n-c系統(tǒng)改造為tnc-s或tns系統(tǒng)后，才可安裝使用剩余電流保護(hù)電器。在tn-c-s系統(tǒng)中，剩余電流保護(hù)電器只能使用在n線與pe線分開部分。根據(jù)gb16895.21-2004《建筑物電氣裝置第441部分：安全防護(hù)電擊防護(hù)》的規(guī)定，間接接觸保護(hù)時，tn系統(tǒng)的最大分?jǐn)鄷r間應(yīng)符合表1的規(guī)定。
并應(yīng)符合
式中：
zs—包括電源、電源到故障點之間的帶電導(dǎo)體、以及故障點到電源之間的保護(hù)導(dǎo)體的阻抗在內(nèi)的阻抗(ω);
u0—對地標(biāo)稱交流電壓有效值(v)；
ia—保證保護(hù)電器在表1規(guī)定的相應(yīng)時間內(nèi)自動斷開電流(對剩余電流保護(hù)電器即為l△n (a)。
因此，當(dāng)剩余電流保護(hù)電器用于間接接觸保護(hù)時，動作電流與故障回路或接地極和保護(hù)導(dǎo)線的阻抗有關(guān)。在tn系統(tǒng)中，因為故障回路的阻抗較小，即使在線路較長且截面積較小的配電線路中，選用幾百毫安至幾十安的剩余電流保護(hù)電器均能滿足式zsia≤u0的要求。在tn系統(tǒng)中，分?jǐn)鄷r間必須符合表1的要求，如相對地電壓為230v時，則分?jǐn)鄷r間不應(yīng)大于0.4s。
2)tt系統(tǒng)
tt系統(tǒng)的電氣線路或電氣設(shè)備應(yīng)裝設(shè)剩余電流保護(hù)電器作為防電擊事故的保護(hù)措施。
按gb16895.21-2004規(guī)定，對tt系統(tǒng)的間接接觸保護(hù)應(yīng)滿足條件：
式中：
r—接地極和外露可導(dǎo)電部分的保護(hù)導(dǎo)體電阻之和(ω);
la—使保護(hù)電器自動斷開電流(對剩余電流保護(hù)電器即為l△n)(a)；
50v—在一般干燥的情況下，允許的接觸電壓極限值。
在tt系統(tǒng)中，接地極的阻抗按規(guī)程的要求應(yīng)小于4ω，但實際上很難做到?？紤]到較為惡劣的使用條件，接地電阻要保持在幾十歐至幾百歐以下是沒有困難的，因此要滿足式
的要求，可以選用l△n為100~500ma的剩余電流保護(hù)電器。在tt系統(tǒng)中，為了滿足選擇性保護(hù)的要求，允許分?jǐn)鄷r間不超過1s。
2 直接接觸電擊保護(hù)
直接接觸電擊保護(hù)又稱為基本保護(hù)。直接接觸電擊保護(hù)的基本措施應(yīng)是絕緣、隔離距離、設(shè)置護(hù)欄等，例如帶電導(dǎo)線外面應(yīng)有絕緣層保護(hù)，用電設(shè)備應(yīng)有適當(dāng)?shù)慕^緣外殼，防止人觸及帶電部件發(fā)生電擊事故。當(dāng)基本電擊保護(hù)措施失效時，例如絕緣損壞，或因疏忽而觸及帶電部分發(fā)生電擊事故時，額定剩余動作電流小于等于30ma的剩余電流保護(hù)電器也可以作為直接接觸電擊的補(bǔ)充保護(hù)或后備保護(hù)措施。用于直接接觸電擊保護(hù)時應(yīng)選用一般型(無延時)的剩余電流動作保護(hù)電器。但剩余電流保護(hù)電器不能對相線與相線之間或相線與n線之間產(chǎn)生的電擊事故進(jìn)行保護(hù)。直接接觸電擊保護(hù)如圖2所示。
在發(fā)生直接接觸電擊事故時，剩余電流流過人身，容易發(fā)生致命的觸電危險。根據(jù)國際電工委員會iec/ts604791:2005《電流對人和家畜的效應(yīng)第1部分：通用部分》的研究結(jié)果，電流路徑為左手到雙腳(該電流路徑電流對人體影響最為嚴(yán)重)的15~100hz交流電流對人體的效應(yīng)，可分為四個電流區(qū)域，如圖3所示。
其中區(qū)域ac-1(0.5ma的曲線a的左側(cè))：有感知的可能性，但通常人沒有被驚嚇的反應(yīng)；區(qū)域ac-2(曲線a至曲線b)：可能有感知和不自主地肌肉收縮，但通常沒有有害的電生理學(xué)效應(yīng)；區(qū)域ac-3(曲線b至曲線c1)：可強(qiáng)烈地不自主的收縮，呼吸困難，可逆性的心臟功能障礙，可能出現(xiàn)活動抑制，通常沒有預(yù)期的器官破壞；區(qū)域ac-4(曲線c1以上)：可能產(chǎn)生生病理-生理效應(yīng)，如心博停止、呼吸停止以及燒傷或其他細(xì)胞的破壞，心室纖維性顫動的概率隨著電流的幅度和時間增加(ac4.1區(qū)域的心室纖維性顫動的概率約為5%ac-4.2區(qū)域約為50%、ac-4.3區(qū)域超過50%)。該項區(qū)域的電流-時間值是最危險的，因為這個區(qū)域會出現(xiàn)心室纖維性顫動，心臟的搏動節(jié)律受阻，影響大腦的血液流通而引發(fā)死亡。因此直接接觸電擊保護(hù)的目的是要防止電流對人體的作用和影響落入ac-4，為此必須選用l△n≤30ma及動作時間為一般型（無延時）的剩余電流保護(hù)電器。
人在直接觸及帶電導(dǎo)體時，流過人體的電流值取決于人體內(nèi)部電阻和站立地點的接觸電阻。對觸電死亡事故的研究表明，可認(rèn)為最不利的情況時，站立點的接觸電阻接近于零，例如赤腳站在潮濕的地上。這時流過人體的電流僅取決于人體的電阻。試驗研究表明，人體電阻主要是決定于接觸部位上的皮膚狀態(tài)與電流途徑。測量結(jié)果得出，例如在接觸電壓為200v時，電流途徑為左手至腳或左手至右手，在最惡劣條件下，人體總阻抗可大于1000ω。考慮到對地故障電壓為220v，則此時的電流值可達(dá)22ma左右。這時如使用l△n≤30ma的一般型剩余電流保護(hù)電器，則在22ma時能在40ms內(nèi)動作。由下圖可以看出，這時時間電流對應(yīng)的點a是落在區(qū)域ac-3，這區(qū)域一般不會產(chǎn)生器官損傷，在短時間內(nèi)脫離電源也不會發(fā)生心室纖維性顫動，因此一般情況下，不會發(fā)生電擊傷亡事故。
圖3中還畫出了額定剩余動作電流10ma和30ma的般型(無延時)剩余電流保護(hù)電器的脫扣動作時間電流特性曲線帶，從圖3可以看出，脫扣時間-電流特性曲線帶大部分位于區(qū)域ac-2，一小部分位于區(qū)域ac-3，因此不會發(fā)生致命的電擊危險事故。而使用額定剩余動作電流大于0ma的剩余電流保護(hù)電器，時間-電流特性曲線帶將要進(jìn)人區(qū)域ac-4，有可能產(chǎn)生電擊傷亡事故。
圖3 電流途徑為左手到雙腳的交流電流（15~100hz）對人效應(yīng)的約定的時間/電流區(qū)域和30ma及以下的剩余電流保護(hù)電器的保護(hù)區(qū)域
此外，根據(jù)試驗結(jié)果和實際的電擊事故表明，較大的電流流過人體時，電流途徑中的肌肉會發(fā)生痙攣，使觸電者握住帶電的導(dǎo)體而不能自行擺脫。iec/ts60479-1的研究結(jié)果又表明，擺脫電流與頻率有關(guān)，在電網(wǎng)頻率60hz及10ma電流時，成年男人有99%的被試人員能擺脫，成年女人有60%能擺脫,5ma的電流極大部分人(包括兒童)均能擺脫。因此，通常認(rèn)為在50/60hz交流時，擺脫電流極限為10ma。由此可見，在直接接觸電擊保護(hù)中，如要考慮能自行擺脫帶電導(dǎo)體，應(yīng)選用i△n小于等于10ma的剩余電流保護(hù)電器。如直接接觸電擊保護(hù)的對象主要是小孩、婦女或病人，擺脫電流的閾值較低，也容易發(fā)生心室顫動，這時應(yīng)選用6ma的剩余電流保護(hù)電器。
3 電氣火災(zāi)的防護(hù)
電氣火災(zāi)大部分是由于絕緣老化造成的電氣短路或接地故障引起的。對相與相之間或相與n線之間的短路，或較大的接地故障電流，可用過電流保護(hù)或短路保護(hù)裝置來保護(hù)。而當(dāng)接地故障回路具有較高的電阻或電弧性接地故障時，故障電流較小，過電流保護(hù)電氣（如熔斷器或斷路器等）就不能排出這類故障，在這種情況下，可采用剩余電流保護(hù)電器來防止電氣火災(zāi)。
剩余電流保護(hù)電器對由于過電流保護(hù)電器不動作而持續(xù)存在的接地故障電流引起的火災(zāi)危險也能提供保護(hù)。因為在過電流保護(hù)電器不動作的情況下，剩余電流保護(hù)電器能有效地切斷接地故障電流，防止火災(zāi)事故的發(fā)生。
根據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)絕緣故障產(chǎn)生的泄漏電流的發(fā)熱功率達(dá)到60~100w，并釋放在幾個平方毫米面積上，該能量所產(chǎn)生的溫度就會引燃絕緣，此時只要周圍有可燃材料就會引起火災(zāi)。采用額定動作電流不超過500ma的剩余電流保護(hù)電器，可以在出現(xiàn)引燃火災(zāi)所需的能量前，就分?jǐn)嚯娐放懦收稀?br>
圖4所示的供電線路包含有火災(zāi)危險的絕緣故障，用電設(shè)備通過故障回路的電阻r流過一個故障電流l，供電線路采用過電流保護(hù)電器(小型斷路器、熔斷器等)或剩余電流保護(hù)電器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)應(yīng)用不同的保護(hù)電器時，可能出現(xiàn)的最大持續(xù)電流l，以及在額定電壓下發(fā)熱功率p的比較見表2。
從表2可以看出，采用額定剩余動作電流小于等于所50maa的剩余電流斷路器，可以確保在接地故障電流的發(fā)熱功率達(dá)到60~100w以前切斷電路(或發(fā)出報警信號)，有效地防止電氣火災(zāi)的發(fā)生因此，應(yīng)用剩余電流保護(hù)電器來防止電氣火災(zāi)，必須正運(yùn)確選擇額定剩余動作電流。在gb16895.2-2005《建筑物電氣裝置第442部分：安全防護(hù)熱效應(yīng)保護(hù)》中規(guī)定：“在有火災(zāi)危險的場所，要防止故障電流引起火災(zāi)，必須在分線路中裝設(shè)額定剩余動作電流不超過500ma的剩余電流保護(hù)電器，或裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置，在絕緣故障時發(fā)出警報。”
在gb50096-2011《住宅設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：“每幢住宅的總電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)剩余電流動作保護(hù)或剩余電流動作報警”，其功能主要就是作為電氣火災(zāi)監(jiān)控和接地故障保護(hù)。當(dāng)每幢住宅的戶數(shù)較多時，考慮到正常的泄漏電流，應(yīng)選用100300ma的剩余電流保護(hù)電器，可采用剩余電流切斷方式或報警方式，采用切斷方式時，應(yīng)采用延時型剩余電流斷路器。前面所述的用于直接接觸和間接接觸保護(hù)剩余電流保護(hù)電器，只要符合這個要求，均具有防止電氣火災(zāi)的功能。
4 接地故障保護(hù)
接地故障是帶電導(dǎo)體和大地、接地的金屬外殼或與地有聯(lián)系的構(gòu)件之間的接觸。例如，架空導(dǎo)線斷裂接地、電源線絕緣損壞碰金屬外殼等。如接地故障不及時排除，有人碰到落地的帶電導(dǎo)線或金屬外殼，或接地故障電流持續(xù)存在，有可能發(fā)生觸電傷亡和設(shè)備事故，或發(fā)生電氣火災(zāi)事故。
接地故障保護(hù)過去經(jīng)常采用過電流保護(hù)電器(例如熔斷器或斷路器等)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)接地故障電流大于過電流保護(hù)電器動作電流整定值時，由過電流保護(hù)電器切斷電路。在tt系統(tǒng)中，對額定電流較大的線路，并且配電線路較長時，發(fā)生接地故障的故障電流有可能小于保護(hù)電器的動作整定電流，這時過電流保護(hù)電器就不會動作。這種情況下，應(yīng)采用剩余電流保護(hù)電器(或帶接地故障保護(hù)的斷路器)進(jìn)行接地故障保護(hù)。
在tn系統(tǒng)中，發(fā)生帶電導(dǎo)線落地的接地故障或不完全的金屬性接地故障或電弧性接地故障時，情況與tt系統(tǒng)相似。tn系統(tǒng)即使發(fā)生金屬性對保護(hù)導(dǎo)線(pe線)短路，在線路較長和額定電流較大時，過電流保護(hù)電器也有可能不動作。此時也只有采用剩余電流保護(hù)電器或帶接地故障保護(hù)的斷路器，才能可靠地進(jìn)行接地故障保護(hù)。
剩余電流保護(hù)電器僅用于接地故障保護(hù)時，根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的形式和容量大小，額定剩余動作電流或接地故障電流可以從幾百毫安至幾十安，甚至幾百安。為防止瞬時性故障引起不必要的誤動作，分?jǐn)鄷r間一般應(yīng)采用延時型。
剩余電流保護(hù)電器用于接地故障保護(hù)又要考慮間接接觸保護(hù)時，動作特性應(yīng)按間接接觸保護(hù)的要求選擇。
剩余電流保護(hù)電器在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用剩余電流保護(hù)電器作為一種防止人身觸電、設(shè)備漏電和電氣火災(zāi)事故的重要安全保護(hù)電器，在國內(nèi)外的低壓配電系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，對配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行發(fā)揮了巨大的作用。世界各國均通過制定相應(yīng)的電氣安裝規(guī)程強(qiáng)制規(guī)定剩余電流保護(hù)裝置在配電系統(tǒng)中的安裝和使用，我國主要的與剩余電流保護(hù)電器安裝使用相關(guān)的電氣安裝規(guī)程如下:
1) gb13955-2005《剩余電流保護(hù)裝置的安裝和運(yùn)行》;
2) dl/t736-2010《農(nóng)村電網(wǎng)剩余電流保護(hù)器的安裝運(yùn)行規(guī)程》
3) gb50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》；
4) gb16895.2-2005 《建筑物電氣裝置第442部分：安全防護(hù)熱效應(yīng)保護(hù)》；
5) gb16895.21-2004《建筑物電氣裝置第441部分：安全防護(hù)電擊防護(hù)》；
6) gb50096-2011《住宅設(shè)計規(guī)范》；
7) sl445-2009《漏電保護(hù)器農(nóng)村安裝運(yùn)行規(guī)程》。
為了提高電擊保護(hù)和漏電保護(hù)的可靠性，同時縮小發(fā)生事故時切斷電源造成的停電范圍，剩余電流保護(hù)電器在配電系統(tǒng)中應(yīng)用一般采用分級保護(hù)。分級保護(hù)方式的選擇應(yīng)根據(jù)用電負(fù)載和線路具體情況的需要，一般可分為兩級或三級保護(hù)。各級剩余電流保護(hù)電器的動作電流值與動作時間應(yīng)協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)具有動作選擇性的分級保護(hù)。