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摘要：做好住宅建筑的剩余电流保护工作能保护建筑避免电气火灾和电击事故。本文结合高层住宅电流配置的特点，巧妙地使用了三级剩余电流保护，确保建筑供电的保护有效性和可靠性，在分析每个因素的影响后，对比选择了RCD的参数和安装的部位，在建筑总电源的剩余电流保护中使用母线插接箱、非消防配电总箱设300mARCD的方法，其他地方分别设置二级剩余电流保护。
关键词：住宅建筑;剩余电流保护;方案;电压
进入新时期以来，我国的高层住宅建筑建设施工项目越来越多，由于建筑对供电要求较高，配电剩余电流保护一直是一项重要的工作。但是一些住宅建筑由于没有选择合适的剩余电流保护方案，导致建筑安全性能受到影响，如何选择正确的方案并实施成为人们关心的问题。下面就这方面进行讨论分析。
1 剩余电流保护的作用
住宅建筑的低压配电常采用TN接地型式，短路保护、剩余电流保护是常用的接地故障保护方式。接地故障是低压配电线路中的带电体与大地或与大地有连接的导体之间发生的短路，包括电气设备外壳、PE线和PEN线等，它区别于一般的短路故障。接地故障为金属性短路时，故障电流较大，可以采用短路保护兼做接地故障保护。若发生接地故障时存在较大的阻抗，故障电流就会很小，短路保护往往难以发挥作用。RCD通过电流互感器检测故障电流（能检测到毫安级电流），用作接地故障保护时具有很高的灵敏度，能及时切断故障回路，避免造成电气火灾或电击事故。
2 高层住宅剩余电流保护方案分析
2.1 高层住宅建筑的低压配电简述
在高层住宅建筑中，住户、商铺等常由公变压器供电;公共照明、公用设备等则由物业专变压器供电。公变压器部分：从小区变低压配电柜通过电缆线路供电到建筑各个单元的母线始端箱，各单元电力竖井内安装密集型母线，单元内每层设母线插接箱和计量箱，通过母线插接箱向计量箱供电，再由计量箱向各住户终端箱供电，终端箱负责户内用电;专变压器部分：从物业专变压器低压配电柜供到建筑配电总箱（常分为消防配电总箱和非消防配电总箱），然后供电到公共照明配电箱和设备配电箱。
2.2 住户终端箱的剩余电流保护
对于住宅建筑，GB50096第8.7.2条规定：除壁挂式分体空调机电源插座外，电源插座回路应设置剩余电流保护装置。拟列举几种可能的住户终端箱的剩余电流保护方案进行分析。
方案1：除壁挂式分体空调机插座外，各电源插座回路分别安装RCD，照明回路及电源进线不设置RCD。插座回路一般选用额定剩余动作电流不超过30mA的一般型（无延时）RCD，兼顾直接或间接接触电击事故防护，能较好地保证人身安全。该方案完全符合规范要求，优点是：某一插座回路RCD动作时不会影响其他插座和照明回路。缺点是：户内照明回路发生小电流接地故障时，可能直接切断建筑总电源进线，影响其他住户，不利于供电稳定性。
方案2：电源进线安装30mARCD，各出线回路均不设置RCD。在规范中并未明确规定要在每个插座回路分别安装RCD，且未规定照明回路不能设置RCD，应该说，该方案所有插座和照明回路共用RCD也满足规范要求。该方案的优点是不管户内的插座还是照明回路发生接地故障，RCD都能及时切断住户进线电源，不会影响其他住户。存在的不足是：一个插座回路发生漏电跳闸时，影响其他插座回路和照明，不便于故障排查;另外现代住宅中，家用电器较多，配电线路较长，正常泄漏电流较大，随着电气设备和线路使用年数的增多，泄漏电流进一步增大，30mA进线RCD可能误动作。
结合前两个方案的优点，形成方案3：在电源进线和各插座回路（除壁挂式空调机插座外）分别安装RCD。插座回路选用30mA一般型RCD，进线RCD的额定剩余不动作电流应大于保护线路的正常泄漏电流，并考虑和出线回路RCD的协调配合。住户终端箱以单相电源进线、单相出线的情况居多，下面做重点分析。
因为家电的使用情况是动态的，并且泄漏电流可能随绝缘阻抗、空气湿度及温度等变化，正常泄漏电流值往往难以准确计算，一户住宅的正常泄漏电流做如下估算：常用电器正常泄漏电流值约为5mA。布线主要使用1.5～4mm2聚氯乙烯绝缘电线（BV线）穿管暗敷，存在泄漏电流的主要为带电的相线，按200m、泄漏电流52mA/km估算，泄漏电流为10.4mA。一户总的最大正常泄漏电流约15mA。
进线RCD的额定剩余动作电流IΔn应满足IΔn≥4IXL=4×15mA=60mA，且IΔn≥3IΔncz=3×30mA=90mA。
式中，IΔn为进线RCD的额定剩余动作电流;IXL为一户最大正常泄漏电流;IΔncz为插座回路的额定剩余动作电流。
一般型RCD动作时间在0.1s以内，进线RCD与插座回路RCD的动作时间差取0.2s。进线RCD选用IΔn为100mA，延时0.3s，可满足可靠性和选择性要求。卫生间环境较为潮湿，照明回路也应考虑间接接触电击防护，可以把卫生间照明和插座设计在同一个回路，设置30mARCD进行保护。典型的单相进线、单相出线终端箱的系统图如图所示。商铺等部位使用的三相进线、单相出线终端箱的进线可以安装三相四极、100mA、0.3s的RCD。
图典型的单相进线、单相出线终端箱的系统图
2.3 住宅总电源进线的剩余电流保护
电弧性接地是引发电气火灾的重要原因之一。电弧性接地具有较大的阻抗，其限制了故障电流，过电流保护不能及时动作而切断电源，几百毫安的漏电弧可产生2000℃以上的局部高温，足以引起火灾。为避免接地故障引起电气火灾，GB50096第8.7.2条第6点规定：每幢住宅的总电源进线应设剩余电流动作保护或剩余电流动作报警。防火剩余电流动作值不宜大于500mA，在2010版IEC60364-4-42中规定不大于300mA。 住宅公变压器配电的总电源进线RCD可能的安装部位是母线始端箱、母线插接箱或计量箱。在母线始端箱设置300mARCD，理论上可行，设计时使三相负荷均衡，即使单元内住户很多，正常泄漏电流的代数和可能很大，但三相泄漏电流的矢量和却很小，甚至接近零，一相发生非正常漏电达300mA时，RCD动作。但实际上，住宅主要为单相负荷，各条线路长短不一，每户电器使用情况差别很大，不可能做到三相正常泄漏电流平衡。当始端箱RCD保护的住户较多，各相泄漏电流差别较大时，运行不可靠，下面举一个例子进行计算分析。
假如总进线RCD保护1梯4户，11层，共44户，平均每相15户。根据每户最大15mA估算，每相正常泄漏电流可能达200mA以上。
1）假定正常泄漏电流A相200mA、B相30mA、C相30mA，相位差120°，那么三相泄漏电流矢量和为170mA，大于300mARCD的额定剩余不动作电流150mA，可能误动作。
2）假定正常泄漏电流A相140mA、B相10mA、C相10mA，相位差120°，B相发生火灾危险性电弧接地，泄漏电流值达300mA。正常泄漏电流主要是对地电容电流，接地故障回路容抗远大于阻抗，正常泄漏电流相位超前故障泄漏电流，取相位差90°。通过画矢量图，计算4者的矢量和为198mA，即RCD检测到的漏电流为198mA，小于额定剩余动作电流，可能拒动作。
始端箱安装RCD，保护的楼层和住户越多，各相正常泄漏电流及不平衡度就可能越大，误动作或拒动作的可能性也越大。在母线插接箱或计量箱进线安装RCD运行较可靠，安装在插接箱内最佳，这样计量箱进线电缆也在保护范围内。相比母线始端箱，此处RCD保护的住户少，各相正常泄漏电流较小，差别也小，即RCD动作影响范围不大，较可靠。考虑和下游的协调配合，可以选用额定剩余动作电流300mA，延时0.5s动作的三相四极RCD。考虑下游已设置两级剩余电流保护，本级RCD可动作于报警，并可利用小区火灾报警系统，把漏电报警信号接入有人值班的消防控制室，但在消防主机上应严格区分漏电报警和火灾报警。从上面例子也可看出，三相四极RCD对单相用户的电气火灾预防并不可靠。住户内易燃物多，装修时电气布线可能较随意，是电气火灾的易发部位，住户终端箱电源进线设置的二极100mARCD灵敏度高，不受泄漏电流不平衡的影响，预防户内电气火灾更可靠。
住宅的消防配电总箱对供电稳定性要求很高，其负荷变频电梯等正常泄漏电流较大，不宜安装RCD。非消防配电总箱的电源进线可以设置300mA一般型RCD，动作于报警，并把报警信号接入消控室。
2.4 RCD安装及等电位联结
要保证RCD可靠运行，除了正确选型外，还要正确安装。安装时必须严格区分N线和PE线，严禁PE线穿过RCD电流互感器的磁回路，严禁将RCD负荷侧的中性线接地。RCD所保护的电气装置的外露导电部分应经PE线接地。接线时应注意区分电源侧和负荷侧，不得反接。
外露导电部分接地、等电位联结是降低建筑物电气装置接触电压的基本措施。剩余电流保护应辅以等电位联结，才能更好的保障人身安全、预防电气火灾。等电位联结分总等电位联结和局部等电位联结。总等电位联结作用于全建筑物，要求将建筑物内配电箱PE母线、接地线、金属管及建筑钢筋等互相联结，形成等电位体，其作用在于使导电部分与大地间电位趋近，并消除自外部窜入建筑的故障电压引起的危险电位差。卫生间因较为潮湿，应对上述可导电部分再做一次联结，形成局部等电位联结，以进一步减少电位差，接地故障时的接触电压只是故障电流分流在一小段局部等电位联结线上的电压降，可以大大降低。电气装置的PE线还应尽量重复接地，以降低接地故障时PE线和金属外壳的对地电压。
3 结语
综上所述，在高层住宅建筑中使用剩余电流保护是有效的保护方式，这个方法能够在事故发生时及时切断故障电流很小的接地故障回路，能够明显地降低住宅建筑电气火灾和电击事故的发生概率，对于保证人们生命财产安全来说是一项重要的措施，值得我们推广应用。
参考文献：
[1]曾碧阳.景观照明配电系统的剩余电流动作保护探讨[J].福建建筑，2011年11期.
[2]蔡传宝.剩余电流动作保护器在低压配电系统中的应用[J].建筑设计管理，2013（2）.
关键词：住宅建筑;剩余电流保护;方案;电压
进入新时期以来，我国的高层住宅建筑建设施工项目越来越多，由于建筑对供电要求较高，配电剩余电流保护一直是一项重要的工作。但是一些住宅建筑由于没有选择合适的剩余电流保护方案，导致建筑安全性能受到影响，如何选择正确的方案并实施成为人们关心的问题。下面就这方面进行讨论分析。
1 剩余电流保护的作用
住宅建筑的低压配电常采用TN接地型式，短路保护、剩余电流保护是常用的接地故障保护方式。接地故障是低压配电线路中的带电体与大地或与大地有连接的导体之间发生的短路，包括电气设备外壳、PE线和PEN线等，它区别于一般的短路故障。接地故障为金属性短路时，故障电流较大，可以采用短路保护兼做接地故障保护。若发生接地故障时存在较大的阻抗，故障电流就会很小，短路保护往往难以发挥作用。RCD通过电流互感器检测故障电流（能检测到毫安级电流），用作接地故障保护时具有很高的灵敏度，能及时切断故障回路，避免造成电气火灾或电击事故。
2 高层住宅剩余电流保护方案分析
2.1 高层住宅建筑的低压配电简述
在高层住宅建筑中，住户、商铺等常由公变压器供电;公共照明、公用设备等则由物业专变压器供电。公变压器部分：从小区变低压配电柜通过电缆线路供电到建筑各个单元的母线始端箱，各单元电力竖井内安装密集型母线，单元内每层设母线插接箱和计量箱，通过母线插接箱向计量箱供电，再由计量箱向各住户终端箱供电，终端箱负责户内用电;专变压器部分：从物业专变压器低压配电柜供到建筑配电总箱（常分为消防配电总箱和非消防配电总箱），然后供电到公共照明配电箱和设备配电箱。
2.2 住户终端箱的剩余电流保护
对于住宅建筑，GB50096第8.7.2条规定：除壁挂式分体空调机电源插座外，电源插座回路应设置剩余电流保护装置。拟列举几种可能的住户终端箱的剩余电流保护方案进行分析。
方案1：除壁挂式分体空调机插座外，各电源插座回路分别安装RCD，照明回路及电源进线不设置RCD。插座回路一般选用额定剩余动作电流不超过30mA的一般型（无延时）RCD，兼顾直接或间接接触电击事故防护，能较好地保证人身安全。该方案完全符合规范要求，优点是：某一插座回路RCD动作时不会影响其他插座和照明回路。缺点是：户内照明回路发生小电流接地故障时，可能直接切断建筑总电源进线，影响其他住户，不利于供电稳定性。
方案2：电源进线安装30mARCD，各出线回路均不设置RCD。在规范中并未明确规定要在每个插座回路分别安装RCD，且未规定照明回路不能设置RCD，应该说，该方案所有插座和照明回路共用RCD也满足规范要求。该方案的优点是不管户内的插座还是照明回路发生接地故障，RCD都能及时切断住户进线电源，不会影响其他住户。存在的不足是：一个插座回路发生漏电跳闸时，影响其他插座回路和照明，不便于故障排查;另外现代住宅中，家用电器较多，配电线路较长，正常泄漏电流较大，随着电气设备和线路使用年数的增多，泄漏电流进一步增大，30mA进线RCD可能误动作。
结合前两个方案的优点，形成方案3：在电源进线和各插座回路（除壁挂式空调机插座外）分别安装RCD。插座回路选用30mA一般型RCD，进线RCD的额定剩余不动作电流应大于保护线路的正常泄漏电流，并考虑和出线回路RCD的协调配合。住户终端箱以单相电源进线、单相出线的情况居多，下面做重点分析。
因为家电的使用情况是动态的，并且泄漏电流可能随绝缘阻抗、空气湿度及温度等变化，正常泄漏电流值往往难以准确计算，一户住宅的正常泄漏电流做如下估算：常用电器正常泄漏电流值约为5mA。布线主要使用1.5～4mm2聚氯乙烯绝缘电线（BV线）穿管暗敷，存在泄漏电流的主要为带电的相线，按200m、泄漏电流52mA/km估算，泄漏电流为10.4mA。一户总的最大正常泄漏电流约15mA。
进线RCD的额定剩余动作电流IΔn应满足IΔn≥4IXL=4×15mA=60mA，且IΔn≥3IΔncz=3×30mA=90mA。
式中，IΔn为进线RCD的额定剩余动作电流;IXL为一户最大正常泄漏电流;IΔncz为插座回路的额定剩余动作电流。
一般型RCD动作时间在0.1s以内，进线RCD与插座回路RCD的动作时间差取0.2s。进线RCD选用IΔn为100mA，延时0.3s，可满足可靠性和选择性要求。卫生间环境较为潮湿，照明回路也应考虑间接接触电击防护，可以把卫生间照明和插座设计在同一个回路，设置30mARCD进行保护。典型的单相进线、单相出线终端箱的系统图如图所示。商铺等部位使用的三相进线、单相出线终端箱的进线可以安装三相四极、100mA、0.3s的RCD。
图典型的单相进线、单相出线终端箱的系统图
2.3 住宅总电源进线的剩余电流保护
电弧性接地是引发电气火灾的重要原因之一。电弧性接地具有较大的阻抗，其限制了故障电流，过电流保护不能及时动作而切断电源，几百毫安的漏电弧可产生2000℃以上的局部高温，足以引起火灾。为避免接地故障引起电气火灾，GB50096第8.7.2条第6点规定：每幢住宅的总电源进线应设剩余电流动作保护或剩余电流动作报警。防火剩余电流动作值不宜大于500mA，在2010版IEC60364-4-42中规定不大于300mA。 住宅公变压器配电的总电源进线RCD可能的安装部位是母线始端箱、母线插接箱或计量箱。在母线始端箱设置300mARCD，理论上可行，设计时使三相负荷均衡，即使单元内住户很多，正常泄漏电流的代数和可能很大，但三相泄漏电流的矢量和却很小，甚至接近零，一相发生非正常漏电达300mA时，RCD动作。但实际上，住宅主要为单相负荷，各条线路长短不一，每户电器使用情况差别很大，不可能做到三相正常泄漏电流平衡。当始端箱RCD保护的住户较多，各相泄漏电流差别较大时，运行不可靠，下面举一个例子进行计算分析。
假如总进线RCD保护1梯4户，11层，共44户，平均每相15户。根据每户最大15mA估算，每相正常泄漏电流可能达200mA以上。
1）假定正常泄漏电流A相200mA、B相30mA、C相30mA，相位差120°，那么三相泄漏电流矢量和为170mA，大于300mARCD的额定剩余不动作电流150mA，可能误动作。
2）假定正常泄漏电流A相140mA、B相10mA、C相10mA，相位差120°，B相发生火灾危险性电弧接地，泄漏电流值达300mA。正常泄漏电流主要是对地电容电流，接地故障回路容抗远大于阻抗，正常泄漏电流相位超前故障泄漏电流，取相位差90°。通过画矢量图，计算4者的矢量和为198mA，即RCD检测到的漏电流为198mA，小于额定剩余动作电流，可能拒动作。
始端箱安装RCD，保护的楼层和住户越多，各相正常泄漏电流及不平衡度就可能越大，误动作或拒动作的可能性也越大。在母线插接箱或计量箱进线安装RCD运行较可靠，安装在插接箱内最佳，这样计量箱进线电缆也在保护范围内。相比母线始端箱，此处RCD保护的住户少，各相正常泄漏电流较小，差别也小，即RCD动作影响范围不大，较可靠。考虑和下游的协调配合，可以选用额定剩余动作电流300mA，延时0.5s动作的三相四极RCD。考虑下游已设置两级剩余电流保护，本级RCD可动作于报警，并可利用小区火灾报警系统，把漏电报警信号接入有人值班的消防控制室，但在消防主机上应严格区分漏电报警和火灾报警。从上面例子也可看出，三相四极RCD对单相用户的电气火灾预防并不可靠。住户内易燃物多，装修时电气布线可能较随意，是电气火灾的易发部位，住户终端箱电源进线设置的二极100mARCD灵敏度高，不受泄漏电流不平衡的影响，预防户内电气火灾更可靠。
住宅的消防配电总箱对供电稳定性要求很高，其负荷变频电梯等正常泄漏电流较大，不宜安装RCD。非消防配电总箱的电源进线可以设置300mA一般型RCD，动作于报警，并把报警信号接入消控室。
2.4 RCD安装及等电位联结
要保证RCD可靠运行，除了正确选型外，还要正确安装。安装时必须严格区分N线和PE线，严禁PE线穿过RCD电流互感器的磁回路，严禁将RCD负荷侧的中性线接地。RCD所保护的电气装置的外露导电部分应经PE线接地。接线时应注意区分电源侧和负荷侧，不得反接。
外露导电部分接地、等电位联结是降低建筑物电气装置接触电压的基本措施。剩余电流保护应辅以等电位联结，才能更好的保障人身安全、预防电气火灾。等电位联结分总等电位联结和局部等电位联结。总等电位联结作用于全建筑物，要求将建筑物内配电箱PE母线、接地线、金属管及建筑钢筋等互相联结，形成等电位体，其作用在于使导电部分与大地间电位趋近，并消除自外部窜入建筑的故障电压引起的危险电位差。卫生间因较为潮湿，应对上述可导电部分再做一次联结，形成局部等电位联结，以进一步减少电位差，接地故障时的接触电压只是故障电流分流在一小段局部等电位联结线上的电压降，可以大大降低。电气装置的PE线还应尽量重复接地，以降低接地故障时PE线和金属外壳的对地电压。
3 结语
综上所述，在高层住宅建筑中使用剩余电流保护是有效的保护方式，这个方法能够在事故发生时及时切断故障电流很小的接地故障回路，能够明显地降低住宅建筑电气火灾和电击事故的发生概率，对于保证人们生命财产安全来说是一项重要的措施，值得我们推广应用。
参考文献：
[1]曾碧阳.景观照明配电系统的剩余电流动作保护探讨[J].福建建筑，2011年11期.
[2]蔡传宝.剩余电流动作保护器在低压配电系统中的应用[J].建筑设计管理，2013（2）.