Application of Leakage Protector in Electrical Design of Water Conservancy Pumping Station
袁兵 YUAN Bing
（广州市宝升新科技发展有限公司，广州 510000）
（Guangzhou Baosheng New Technology Development Co.，Ltd.，Guangzhou 510000，China）
摘要：水利工程泵站的漏电保护非常重要，文章从漏电保护器工作原理入手，分别从漏电保护器分类、安装必要性、实际应用以及使用注意事项等方面入手，论述了漏电保护器在水利工程泵站电气设计中具体应用，以供参考。
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.
关键词：水利工程；泵站；漏电保护器；设计应用
Key words: hydraulic engineering；pump station；leakage protector；design application
中图分类号：TV675 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）23-0264-02
0 引言
漏电保护器作为安全防护设备被广泛应用于很多行业当中，不过在我国的水利工程泵站电气设计方面的却略显不足，相对经验匮乏。水利工程运行作业时，意外漏电情况引发了不少安全事故，漏电保护器的使用越来越受到各方重视。因此，必须加强对水利工程泵站电气的安全性设计策划，改善漏电保护器的设计应用。
1 水利工程泵站电气设计中漏电保护器基本原理
漏电保护器的主要作用是在电器设备发生漏电情况后，其原本的电压、电流信号会发生异常，从而断开电源，使得设备或者人能够免受伤害。漏电保护器主要构成部分包括检测元件、执行元件、中间环节和试验元件，图1为漏电保护器的工作原理图。图中1是供电变压器，2是主开关，3是试验按钮，4是零序电流互感器，5是压敏电阻，6是放大器，7是晶闸管，8是脱扣器。
三相负荷电流和对地漏电流基本平衡，流过互感器一次线圈电流的相量和约为零，即由它在铁芯中产生的总磁通为零，零序互感器二次线圈无输出。当发生触电时，触电电流通过大地成回路，亦即产生了零序电流。这个电流不经过互感器一次线圈流回，破坏了平衡，于是铁芯中便有零序磁通，使二次线圈输出信号。这个信号经过放大、比较元件判断，如达到预定动作值，即发执行信号给主开关1掉闸，切断电源。
2 水利工程泵站电气设计中漏电保护器的分类
水利工程泵站电气设计中备选的漏电保护器，主要有两种：电压动作型和电流动作型。但是，电压动作型漏电器稳定性和精确度难以满足要求，容易引发二次事故，已逐渐被淘汰。当前的水利工程泵站电气设计过程中多数选用电流动作型漏电保护器，其稳定性和精确度很好，综合工作性能和安全性能有保障。
再进一步划分，电流漏电保护器依据原理和结构不同分为两类：电子、电磁漏电保护器。电子式漏电断路器需要辅助电源，该辅助电源来源于漏电断路器的出线端（负载端），跟线路的工作电压有关，如果电压过低（具体多少电压不动作需要厂家确定），就是线路中产生了漏电电流，并达到了开关的漏电电流动作值，开关也不会动作。总结：电子式漏电断路器，抗干扰性没有电磁式漏电断路器好；但电子式漏电断路器比较便宜；电磁式漏电断路器不需要辅助电源，里面没有线路板组件，跟开关的工作电压无关，只要线路产的漏电电流达到电磁式的漏电动作电流，漏电断路器就动作，切断后面电源，保护人身安全。目前市场上最普遍地就是电子式漏电断路器。
而如果从功能实现方法上来区分，漏电保护器又可分为漏电保护继电器、漏电保护开关、漏电保护插座等三种类型。
2.1 漏电保护继电器 它主要是检测元件、试验元件、脱扣装置、触头和固定元件构成，其基本原理是在电设备进线上加上一个磁环，让电源线套在磁环内。正常状态下，电线负载一端未与地面形成闭合回路，磁环中是没有电流的，相应地也就不会形成磁通。假如负载端连接地面形成有效回路电流，那磁环也会产生电流，根据麦克斯韦电场理论，漏电电流与产生磁通形成一定正比关系，并且通过线圈形成了感应电势。感应电势越大 ，则漏电的电流越大。漏电形成的感应电流作用脱扣装置衔铁进行漏电保护。
2.2 漏电保护开关 漏电保护开关与漏电保护继电器工作原理差不多一样，区别是它在工作期间发生漏电或接地短路时，直接断开主回路的开关。
2.3 漏电保护插座 它主要是插座内增加额外的漏电保护装置，额定电流不超过16A， 限制电流6mA。用电设备提供人身触电保护，防止用电设备意外接地构成电流回路，避免发生电气火灾，能避免负载端接地的中性线多次接地。对于一些常用的移动或者便携用电设备提供非常有效触电保护措施。
在实际水利工程泵站电气设计过程中，要根据使用环境和条件要求来选择相应最合适的漏电保护器。
3 水利工程泵站电气设计中使用漏电保护器的必要性
3.1 避免发生接地故障 在水利工程泵站漏电保护器设计应用时，很多时候会发生接地故障的问题，通常情况下，当回路中产生电流偏大的情况时，理论上说预先设置的电流保护器会发挥自身切断电路的功能，以避免造成更严重的事故和损失。不过在实际运用过程中，根据欧姆定律，线路内部本身的电流数值不但和电线自身的质量、横截面积以及连接长度之间都有着一定的联系和相互影响，而且在现场布线走向和交叉作业管理方面也有很直接的关系。所以，当泵站出现金属接地故障时，设备外壳附带极其危险的接触电压，一旦有工作人员不慎接触到的话，引发的生命财产事故及其后果不堪设想，因此在泵站的漏电保护设计过程中，要充分考虑如何做好金属接地的工作环节。
3.2 设计两级漏电保护器 在并联的电线回路装上设计安装漏电保护器，仅仅只能保证该单一回路的漏电保护。但是其它并联电路一旦产生故障则难以得到保障，所以，在实际方案设计过程中，通常会考虑电源进线加上一级漏电保护控制设备，其一般有0.15s的延时并且要和单一并联回路上的漏电保护器配合协调。设计一级漏电保护器虽然会增加成本，但对防范整个电路的安全风险有极大的好处。而且，如果泵站配电线路发生电弧性和金属性的接地故障时，也可以及时起到保护作用。
4 漏电保护器的应用
在日常工作中，要制定合理有效的漏电保护器管理办法，保障其使用安全可靠性。按照规定要求使用和维护漏电保护器，定期做好检查保养记录，确保其能正常工作。需要特别注意，当回路中出现跳闸情况时，可再试送电一次，绝不允许连续闭合开关多次送电。当确定漏电保护器已经损坏时，必须由专业电工落实检查维修直至恢复正常方可使用。
4.1 三级漏电保护器的设计应用 根据设计方案要求，供电范围和电源干线电流超出一定的界限时，就要设计安装三级漏电保护器。它是由分离的零序电流互感器、漏电继电器和断路器组成的。供电范围大的电源干线，在设计安装漏电保护方案时，首先要考虑所保护范围内电路出现接地故障时能够即刻跳闸，防止更大范围的停电情况出现。为了实现这一关键性需求，在做设计安装时，要从漏电继电器作用信号入手，及时发现故障回路，从而顺利的实现局部电源切断动作。如果电线回路内产生了金属性短路的大短路电流，那么切断电源的任务就会落在断路器内的电磁脱扣器身上，它可以迅速切断电源以保护线路，以上就是三级漏电保护的设计应用。
4.2 四级和二级漏电保护器的应用 在水利工程泵站的电气设计应用中，从安全性基本要求出发，必须最大限度的降低开关电器的级数，并尽可能减少触头和线路的连接点数量。因为假如出现导电不良情况时，触头连接和线路连接位置都是最容易产生电路事故的位置，特别是三相回路的中性线，导电功能出现故障时，产生的后果将不堪设想。一般情况下，泵站的相关设备都还是会继续工作的的，常规观察不容易发现安全隐患，三相负荷严重不平衡时将导致三相电压出现严重异常，单相设备将遭到严重的损坏。因此，限制保护触头的数量在设计时要着重进行考虑。
一些电气设计方案，不少设计师有错误的观点：三相的负载难保持平衡，通常中性线截面积略小于相线，所以加装四级开关避免中性线负荷过大。另一种误解是，他们觉得单相负载的三相漏电保护器要安装四极的。根本上说，常见的电子漏电保护器就是“剩余电流动作保护器”， 其基本原理是在回路中利用剩余电流作出保护动作，跟整个回路的电流是否平衡没有直接关系。所以，继续按照以上的错误观点滥用四级漏电保护器是有问题的，对安全保护作用会大打折扣。
设计四极（单相为二极）漏电保护器的系统回路时，要注意如果有一相出现接地故障问题时，故障电流在电源接地形成的电阻中产生了电压，那么使中性线也就带上一定的电压，不过中性线一般是绝缘的，并不会产生事故，可是如果电气设备的外壳接了地，一样会发生故障，导致漏电保护器跳闸，电流将被传导在设备外壳。而中性线并未切断，漏电保护器即使正常断开，由非常有可能由中性线引发电击事故。如果系统采用四极或二极漏电保护器，确保带电压电路和中性线在同一时间内及时断开，这样就可以直接阻断电路的传导线路。所以，四极或二极漏电保护器的应用与被保护回路三相负荷是否平衡并无直接关系，在实际设计应用中要更加关注与回路接地系统类型。
5 用电子式漏电保护器应注意的事项
电子式漏电保护器制作工艺成熟，成本较低，在我国很多行业受到广泛的应用，在使用效果上与电磁式漏电保护器有明显的区别。电磁式漏电保护器是利用故障电流产生的能量实现断路，而电子式漏电保护器是用故障回路的残压来脱扣（发生接地故障时。回路电压下降，此残压指故障时漏电保护器接线端子上的电压，不是指公用电网的电压负偏差）。如果接地故障点距离漏电保护器非常近的情况下，压差不够，漏电保护器很可能无法动作而失效。所以，设计安装电子式漏电保护器方案时，漏电保护器设计安装位置距离插座要有一定的距离，以保证漏电保护器处有足够的故障残压。同时，当回路的中性线出现故障时，回路上的电子式漏电保护器也将无法正常工作，当工作人员在附近进行作业时，很容易引发触电事故。所以，设计安装电子式漏电保护器的时候，要综合考虑前面所提到的各种问题。
6 结语
总体来说，通过文章的论述，对于漏电保护器的设计应用有了较系统的认识，这对于水利工程的设计安全应用起到非常重要的作用，持续改进，从而提升我国水利工程中泵站的设计安全应用水平。
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