借助剩余電流監(jiān)測(cè)（RCM）提高消防安全：

介紹 歐洲多個(gè)國(guó)家的研究表明，建筑物內(nèi)部及周邊火災(zāi)的常見(jiàn)原因可分為兩類：電氣故障（占  30% 至 35%）和人為失誤（占 15% 至 20%）。盡管采用了先進(jìn)的電氣安全系統(tǒng)，但建筑物火災(zāi)的報(bào)告仍屢見(jiàn)不鮮。供電系統(tǒng)中常見(jiàn)的故障是由于絕緣故障導(dǎo)致的導(dǎo)體與地之間出現(xiàn)故障電流。本文 探討了剩余電流監(jiān)測(cè)中可能出現(xiàn)的故障機(jī)制，并進(jìn)行了概述。

建筑物內(nèi)的電路由兩種不同的斷路器進(jìn)行保護(hù)。 1. 過(guò)電流保護(hù)裝置，也稱為保險(xiǎn)絲或過(guò)電流保護(hù)（OCP），如果電流在規(guī)定時(shí)間內(nèi)超過(guò)規(guī)定的電流值，就會(huì)中斷電路。過(guò)電流保護(hù)裝置有多種類 型，如保險(xiǎn)絲或斷路器。房屋或公寓中的所有保險(xiǎn)絲通常與其他斷路器一起安裝在配電 柜中 。 過(guò)電流裝置可保護(hù)電纜或其他設(shè)備免受因長(zhǎng)時(shí)間 過(guò)電流而產(chǎn)生的過(guò)熱損害。過(guò)電流可能是由過(guò)載或短路引起的。在大多數(shù)國(guó)家，根據(jù)建筑規(guī) 范和電氣裝置標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)電流保護(hù)是強(qiáng)制性的。

2. 漏電保護(hù)器（RCD）是一種能救命的裝置，其設(shè)計(jì)目的是防止人們?cè)谥苯咏佑|帶電導(dǎo)體（如裸線）時(shí)受傷。漏電保護(hù)器提供的個(gè)人保 護(hù)水平是普通保險(xiǎn)絲和斷路器所無(wú)法比擬的。漏電斷路器是一種靈敏的安全裝置，一旦出現(xiàn)故障就會(huì)自動(dòng)切斷電源。漏電斷路器旨在防范因接地 故障導(dǎo)致的觸電和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。例如， 如果有人在浴室觸摸到臺(tái)燈的裸露電線，而潮濕的地面又與接地的散熱器相連。

在過(guò)去的幾年里，剩余電流保護(hù)裝置（ RCD）領(lǐng)域發(fā)生了重要的變化和發(fā)展。因此，下面將介紹這一領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。正確選擇現(xiàn)有的裝置有可 能將電氣系統(tǒng)中的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

剩余電流保護(hù)原理 漏電斷路器的工作原理如圖  1 所示。如果人體接觸到未絕緣的導(dǎo)體，由于人體電阻約為 800 歐姆，電流的一部分會(huì)流經(jīng)人體。在很多情況下，這種電 阻相對(duì)于接地電阻而言相當(dāng)?shù)?。電流通過(guò)大地回流至電壓源（變壓器的接地二次側(cè)）。如果電流沒(méi)有流經(jīng)電流互感器，就會(huì)產(chǎn)生剩余電流。如果該值 足夠大，漏電斷路器就會(huì)跳閘，切斷整個(gè)電路。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，額定剩余電流的  50% 至 1 之間發(fā)生漏電時(shí)應(yīng)跳閘。如果 30 毫安的剩余電流保護(hù)裝置跳閘，那么剩余電流應(yīng)在 15 至 30 毫安之間。30 毫安 這一閾值旨在確保人身安全，凡有可觸及插座的地方都必須滿足這一要求。

在工業(yè)環(huán)境中，除了用 30 毫安漏電保護(hù)器（RCD）保護(hù)的行政大樓外，我們通常還會(huì)發(fā)現(xiàn)用于生產(chǎn)的大型機(jī)器。即使這些機(jī)器沒(méi)有任何可直接接觸的插 座，使用漏電保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)也是有意義的。機(jī)器中的絕緣故障也可能引發(fā)火災(zāi)或故障，這也是一種危險(xiǎn)源。市場(chǎng)上有不同的漏電保護(hù)器，它們具有不 同的跳閘值，因此具有不同的保護(hù)目的。以下是三種不同類型的保護(hù)及其對(duì)應(yīng)的跳閘電流。

在導(dǎo)體與大地之間流動(dòng)且至少產(chǎn)生 60 瓦熱量的電流可能會(huì)引發(fā)火災(zāi) 。 在 230 伏的供電電壓下， 這相當(dāng)于約 300 毫 安 。 因此 ， 用于防火的漏電保護(hù)裝置 （ RCD） 的最大跳閘值為 300 毫 安 。

適用于不同信號(hào)波形的 RCD 除了電流的大小之外，電流的波形如今對(duì)于漏電保護(hù)斷路器（ RCD）的正常工作也至關(guān)重要。如今，許多電氣負(fù)載必須被標(biāo)記為非線性負(fù)載，因?yàn)檫@些設(shè)備從電網(wǎng)中獲取的是非正弦電流。因此， RCD 檢測(cè)到的剩余電流通常具有非正弦的曲線形狀。為了確保 RCD 能夠正 常工作，在選擇  RCD 時(shí)必須考慮所連接的負(fù)載。

例如 ， 如果購(gòu)買了一臺(tái)新的洗衣機(jī)， 而其使用手冊(cè)規(guī)定應(yīng)使用B型個(gè)人保護(hù)電路斷路器 （ 30毫安 ） ， 但未予以 考慮 ， 那么可能會(huì)出現(xiàn)以下情況 。 由于故障，洗衣機(jī)產(chǎn)生8毫安的直流剩余電流。 然而 ，配電柜中的各個(gè)電路僅 由A 型漏電斷路器保護(hù)。 A型漏電斷路器并未規(guī)定對(duì)直流電的防護(hù)。至少6毫安的直流電會(huì)使安裝在A型漏電斷路器 中的小電流互感器進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。此時(shí)，吹風(fēng)機(jī)掉入裝滿水的浴缸中。此時(shí)，差動(dòng)電流通過(guò)浴缸中的水流入電氣 接地，再回到供電公司的變壓器的接地二次繞組。此時(shí)的剩余電流具有脈沖波形或正弦波形，實(shí)際上在A型漏電斷路 器的防護(hù)范圍內(nèi)。假如此時(shí)剩余電流為40毫安，A型漏電斷路器應(yīng)跳閘。然而，由于8毫安直流電已使電流互感器的 鐵芯完全磁化，所以40毫安的電流無(wú)法使電流互感器產(chǎn)生變化，漏電斷路器也就不會(huì)跳閘。

如果在配電系統(tǒng)中安裝了B型或B+型剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（ RCD） ，那么該保護(hù)器肯定會(huì)跳閘，因?yàn)槭Ｓ嚯娏髦狄?超過(guò)跳閘閾值，總值達(dá)到48毫安。機(jī)器和漏電斷路器如果工業(yè)系統(tǒng)中沒(méi)有可自由使用的插座， 操作人員沒(méi)有義務(wù)用 漏電斷路器（RCD）來(lái)保護(hù)系統(tǒng)。從安全角度來(lái)看，防范剩余電流始終是明智之舉。然而，電機(jī)或其他感性設(shè)備在 啟動(dòng)過(guò)程中電流峰值常常會(huì)導(dǎo)致誤跳閘，這會(huì)對(duì)生產(chǎn)流程造成不利影響。也可能存在與系統(tǒng)相關(guān)的殘余電流。電流 信號(hào)中的高頻成分可通過(guò)濾波器或電纜電容流向大地。 在下圖中，以變頻器為例示意性地展示了這些與系統(tǒng)相關(guān)的殘余電流 。

這些與系統(tǒng)相關(guān)的剩余電流肯定能達(dá)到這樣的程度，以至于用于防火安全的  RCD（ 300 毫安）保護(hù)措施將不再適用。

剩余電流監(jiān)測(cè)器可以為這種情況提供解決方案。下圖3顯示，與RCD不同，RCM本身不能獨(dú)立切斷供電線路。剩余 電流僅通過(guò)合適的接口進(jìn)行測(cè)量和輸出。此外，RCM還有一個(gè)或多個(gè)繼電器輸出，這些繼電器輸出又可用于控制斷 路器 。

Danisense 解決方案 Danisense RCM解決方案具有繼電器輸出和真有效值（ TRMS），該值可轉(zhuǎn)換為 4-20毫安直流標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器信號(hào)，可輕松由 可編程邏輯控制 器 （ PLC）或 通用測(cè)量設(shè)備處理。若要進(jìn)行更深入的分析，可將 USB 接口連接到裝有 SRCM 軟件工具的筆記本電腦。通過(guò)這種配置，可以更詳細(xì) 地分析電流信 號(hào)。該軟件提供示波器視圖和快速傅里葉變換（ FFT）分析等功能。

通過(guò) PLC 進(jìn)行剩余電流監(jiān)測(cè) 在復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器中，各種各樣的電氣元件構(gòu)成一個(gè)通過(guò)  PLC 控制的系統(tǒng)。因此，這些工廠的剩余電流水平可能高于上述表格中的數(shù)值。例如，以下數(shù) 值來(lái)自一個(gè)額定電流為  235 A的生產(chǎn)工廠。

即使由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，連續(xù)剩余電流監(jiān)測(cè)能夠取代絕緣測(cè)試，但通過(guò)上述測(cè)量值來(lái)分析絕緣電阻并非易事。在工廠中，控制著各種各樣的單個(gè)消費(fèi)者， 它們總體上會(huì)產(chǎn)生不同的剩余電流水平。

出于這個(gè)原因，一些可編程邏輯控制器（PLC）制造商已經(jīng)在其產(chǎn)品組合中提供剩余電流傳感器，這些傳感器可以通過(guò)機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)連接到 PLC。 在啟動(dòng)后 以及成功完成安全測(cè)試后，將各種機(jī)器狀態(tài)與測(cè)量到的剩余電流水平直接關(guān)聯(lián)起來(lái)，即可在  PLC 中保存一個(gè)“健康”的剩余電流基線。利用這些數(shù)據(jù)，可 以對(duì)生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行可靠且有意義的監(jiān)測(cè)。

結(jié)論 一般來(lái)說(shuō)，剩余電流監(jiān)測(cè)器（ RCM）可用作早期預(yù)警系統(tǒng)，因?yàn)樵S多絕緣故障會(huì)導(dǎo)致剩余電流緩慢增加。正因如此，這些設(shè)備被歸類為預(yù)測(cè)性維護(hù)措施。 在許多情況下，可以省去絕緣測(cè)試，而絕緣測(cè)試是許多監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求的定期安全檢查的一部分。在諸如數(shù)據(jù)中心和醫(yī)院等屬于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)所， RCM 設(shè)備已經(jīng)是強(qiáng)制安裝的。在工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于那些機(jī)器意外故障會(huì)造成問(wèn)題的應(yīng)用場(chǎng)景，也能從中受益。 RCM 是在絕緣故障情況下提高安全性和系統(tǒng)可用性的終極解決方案。