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1、本 科 生 毕 业 论 文文献综述与开题报告题目中文M54133漏电保护芯片的分析姓 名 学 号 指导教师 专业年级 电子科学与技术0302 所在学院 信息学院 提交日期 2007.3.30 一、题目： M54133漏电保护芯片的分析 二、指导教师对文献综述和开题报告的具体内容要求： 文献综述要求在阅读大量相关文献基础上，了解漏电保护器的应用场合，国内外发展现状，以及根据漏电保护器功能，动作时间不同等的分类情况。对现有芯片应用状况进行分析，找出优点和存在的问题，对发展趋势和研究方向作出基本推断，阐明课题的研究价值。 开题报告要求分析漏电保护器的研究意义和背景，掌握分级保护的发展情况和不同级应用
2、范围，通过M54133芯片的datasheet掌握芯片的管脚分布，了解功能模块及互连关系，熟悉外围电路和应用波形。从集成电路工艺的角度出发，对版图提取原理做简单介绍，并提出研究方案以及合理的进度安排。指导教师（签名） 年 月 日目 录一、文献综述41.1漏电保护器简介41.2漏电保护器分类41.2.1根据动作方式分41.2.2根据剩余电流保护器的功能分41.2.3根据剩余电流保护器的使用场合分51.2.4根据剩余电流保护器的动作时间分51.3国内各种剩余电流保护器的性能及发展动向61.3.1家用及类似用途剩余电流断路器61.3.2剩余电流断路器71.3.3剩余电流继电器71.4国外剩余电流保护
3、器的发展动向71.4.1家用及类似用途剩余电流断路器71.4.2剩余电流断路器81.5主要的问题8二、开题报告102.1漏电保护器研究意义102.2漏电保护器的分级保护102.3 M54133的功能介绍112.4版图提取原理152.5研究方案172.6进度安排18三、外文翻译19四、参考文献27五、翻译原文28一、文献综述1.1漏电保护器简介随着人们生活水平提高，电器设备迅速增加，由于漏电导致直接或间接触电事故时有发生，严重危害了人们的健康，甚至威胁生命。在电网中安装漏电保护器，可以预防人们用电中可能发生的触电事故，保护生命和财产安全，具有十分重大的意义。国际电工委员会将漏电电流规定为剩余电流
4、，其准确的定义是：接地性故障电流。漏电保护器是当人体的可能接触的电压值超过了安全值或人体的触电电流及其他对地故障电流超过了允许值时，能够自动切断电源以保障人身和设备安全的电子设备。漏电保护器的准确名称是：剩余电流动作保护器1。1.2漏电保护器分类1.2.1根据动作方式分l 电磁式剩余电流保护器零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，称为电磁式剩余电流保护器，其动作功能与线路电压无关。l 电子式剩余电流保护器零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，称为电子式剩余电流保护器，其动作功能与
5、线路电压有关。1.2.2根据剩余电流保护器的功能分l 剩余电流断路器剩余电流断路器是检测剩余电流，将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，使主电路触头断开的机械开关电器。剩余电流断路器带有过载和短路保护,有的剩余电流断路器还可带有过电压保护。l 剩余电流继电器剩余电流继电器是检测剩余电流，将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，发出一个机械开闭信号使机械开关电器脱扣或声光报警装置发出报警的电器。剩余电流继电器常和交流接触器或低压断路器组成剩余电流保护器，作为农村低压电网的总保护开关或分支保护开关使用。l 移动式剩余电流保护器移动式剩余电流保护器是由插头、剩余电流保护
6、装置和插座或接线装置组成的电器，它包括剩余电流保护插头、移动式剩余电流保护插座、剩余电流保护插头插座转换器等，用来对移动电器设备提供漏电保护。l 固定安装的剩余电流保护插座由固定式插座和剩余电流保护装置组成的电器，也可对移动电器设备提供漏电保护。1.2.3根据剩余电流保护器的使用场合分l 专业人员使用的剩余电流保护器这种剩余电流保护器一般额定电流比较大，作为配电装置中主干线或分支线的保护开关用，发生故障影响范围比较大，要求由专业人员来安装、使用和维护。剩余电流继电器和大电流剩余电流断路器属于这种形式的剩余电流保护器。l 家用和类似用途的剩余电流保护器用于商用、办公楼及城乡居民住宅等建筑物中的剩
7、余电流保护器，一般额定电流比较小，作为终端电气线路的漏电保护装置，适合于非专业人员使用。主要是家用剩余电流断路器和移动式剩余电流保护器。1.2.4根据剩余电流保护器的动作时间分l 一般型剩余电流保护器无故意延时的剩余电流保护器，主要作为分支线路和终端线路的漏电保护装置。l 延时型剩余电流保护器专门设计的对某一剩余动作电流值能达到一个预定的极限不动作时间的剩余电流保护器。延时型剩余电流保护器主要作为主干线或分支线的保护装置，可以与终端线路的保护装置配合，达到选择性保护的要求2。1.3国内各种剩余电流保护器的性能及发展动向1.3.1家用及类似用途剩余电流断路器家用及类似用途剩余电流断路器可分为带过
8、电流保护和不带过电流保护两种，适合于非专业人员使用。主要使用在商店、办公楼、饭店及城乡居民住宅等建筑物中，对低压线路和用电设备进行保护。l 带过电流保护的剩余电流动作断路器剩余电流保护附件和小型断路器的拼装可以在工厂完成，也可以在现场拼装，可以根据需要灵活地与小型断路器组合安装在配电箱中，特别适合于在终端电器配电箱及城乡居民住宅配电箱中使用。l 不带过电流保护的剩余电流动作断路器这其中有一部分是在80年代初期或中期开发的额定电流为10A的专门用于民用住宅的产品随着居民用电量的增加，市场在逐步萎缩。有些电子式家用剩余电流断路器，制造厂为降低成本，采用分立式的电子元件，把有关的抗干扰线路和保护线路
9、省掉，采用低价元件和材料组装，成本降到10元左右或以下，使产品的可靠性、寿命及抗干扰性能极差，这种产品很难通过安全认证。但因这种产品在有的时候通以剩余动作电流还能动作，容易对用户产生误导，在城乡电网改造中应引起重视。随着我国用电规范的完善和用电水平的提高，这类产品必将淘汰。1.3.2剩余电流断路器由低压塑壳断路器派生的剩余电流断路器，适合于专业人员使用。基本上都是电子式的剩余电流断路器。这类产品额定电流较大，除了漏电保护外，还具有过载和短路保护，可作为工厂车间、农村等配电装置主干线、分支线的漏电和过载短路保护装置。1.3.3剩余电流继电器包括一般型剩余电流继电器，脉冲型剩余电流继电器，鉴相鉴幅
10、型剩余电流继电器，智能剩余电流保护继电器。此外还有移动式剩余电流保护器等3。1.4国外剩余电流保护器的发展动向1.4.1家用及类似用途剩余电流断路器欧洲剩余电流保护器的发展以家用剩余电流断路器为主，基本上都是电磁式剩余电流断路器。欧洲不带过电流保护的剩余电流断路器近几年的发展趋势是把二极和四极分成两个壳体，使二极剩余电流断路器的体积大为减小，采用标准导轨式安装方式，接线端子提供接线柱式接线和压板式接线两种方式，适用于安装在配电箱中，可直接用标准母线排与其他电器连接。带过电流保护的剩余电流断路器近几年的发展趋势，由小型断路器和剩余电流动作保护附件组装成剩余电流动作断路器，组装方便灵活，尺寸模数化
11、，标准导轨安装方式，便于在配电箱内安装使用动作时间除原有的一般型和S型（选择性型）外，还增加了10ms的短延时特性。具有良好的抗误动作能力，可防止闭合泄漏电流较大的负载（例如电容性负载）时引起剩余电流断路器误动作。1.4.2剩余电流断路器由低压塑壳断路器派生的剩余电流断路器，日本发展较快，以富土电机公司和三菱电机公司为代表，均为电子式剩余电流断路器，其产品在世界上处于领先地位。日本的富士电机公司和三菱电机公司在90年代推出了30800A壳架电流等级的孪生式断路器。其结构特点：剩余电流断路器和塑壳式断路器外形尺寸和安装尺寸完全相同，比较老产品体积缩小了30。电压范围广，可以在100V-240V-
12、440V交流电压范围内通用，能适合于在不同电压等级的低压网络中使用。短路分断能力高，例如富士HG403B系列可达到AC415V，65kA；三菱NV400-REP系列可达到440V，125kA。此外，三菱的HEP和SEP系列产品还具有预报警功能，当故障电流达到预定值的50时，预报警指示灯开始闪烁进行报警，闪烁频率越高，表示事故越严重。预警指示可以告诉监控人员及早采取措施，排除故障，保证供电的连续性。ABB公司在S1S3系列塑壳断路器上拼装RC211、RC212剩余电流脱扣器模块组装成剩余电流断路器。剩余电流脱扣器模块宽度与断路器尺寸一样，可以装在塑壳断路器后面（垂直式）或侧面（水平式）。最大额定
13、短路分断能力为85kA。剩余电流脱扣器结构为电磁式，不需要任何辅助电源，能在50500V电压正常工作。RC212型还有报警功能，当剩余电流达到预定值的50时，预报警信号灯就会闪烁报警；闪烁频率随剩余电流增加而增加，直至电流达到预定值时自动切断电路4。1.5主要的问题在低压供、配电系统中为了要构成一个合理完善的分级漏电保护网，在选用漏电保护器的动作特性时除了要在额定漏电动作电流的大小上进行区分外，还必须在额定动作时间上进行区分，这样才能有效地避免各级漏电保护器发生同时动作或越级动作的误动作现象，从而保证整个系统工作的稳定性和协调性，并确保运行的可靠性和供电的连续性。现在市场上生产漏电保护器的厂家
14、上百家，类型繁多，结构不同，性能各异。在运行试验中发现，由于三级保护器使用了多家产品，动作电流值、分断时间难以上下匹配，误动现象时常发生。如对末、中级保护器作模拟试验时，引起总保护器动作的现象常常发生，扩大了停电范围，影响了安全、可靠地供电，也给管理带来很大麻烦。因此设计一种具有可编程的总级漏电保护器，扩大其使用范围，使其能够适应其它不同的中间级、末级漏电保护器，在动作电流、动作时间上实现合理匹配是十分有必要的。同时，由于现有许多总级漏电保护器产品在抗外界干扰性能不佳，经常导致误动作，从而导致大范围面积停电的严重后果，因此设计一套具有较强抗干扰能力、合理匹配的漏电保护器也是具有很强的现实意义的
15、5。二、开题报告2.1漏电保护器研究意义现代的工业生产和家庭生活中，自动化程度越来越高，几乎处处离不开电器。由于疏忽而造成的各类触电事故严重危害了人们的健康甚至危及生命。保证用电安全，防止漏电引发的各类火灾，设备故障，人员伤亡成为不容忽视的问题。国家住宅设计规范明确规定：每栋住宅的总电源进线断路器应具有漏电保护功能。为此有必要设计一种自动防护设备，当检测到有危险性的漏电流时可以自动断开，保护人们的人身财产安全。市场上应用广泛的总级漏电保护芯片的是日本三菱公司开发的M54133eGP芯片，它是一种具有延时功能的漏电开关控制芯片，其延时方式为RC延时，即其延时时间大小是由外接的电容来控制，其总体功
16、能和性能都比较优良，因此我们有必要分析和借鉴它的优点，作为设计基础和参考依据。另一方面，M54133是十几年前采用双极工艺制造的，静态功耗偏高，不利于集成电路低功耗方向发展，采用RC延时不够精确，容易造成不同保护级动作时间的交叉，引起误动作，以及一些电路结构和功能已经不适应当前实际应用中的新情况，如缺少智能型的重合闸功能。我们可以通过电路提取分析，找出其中的不足，进行相应改进，完成新型设计6。2.2漏电保护器的分级保护随着经济的迅速发展和人民生活用电的急剧增长，对供电的可靠性、安全性的要求越来越高，要求漏电保护方式不能因一户发生事故而造成部分或全网停电。合理的配置漏电保护器，是防止人身触电伤亡
17、事故和由漏电引起的电气火灾及电器设备损坏事故的技术措施，也是提高供电可靠性的重要手段。为此，漏电保护器必须合理的配置和科学的实施。现实际应用的漏电保护器根据使用场合和指标的不同，可分为总级保护，中间级保护和末级保护。漏电总级保护器应配置在配变的低压总电源侧，是全网的总保护，它应选用电流型的漏电保护器，其漏电动作电流值的选择以防止间接接触的触电保护为主，并在躲过电网正常的漏电流的前提下尽量选小。漏电中级保护器应设置在接户线进入集表箱的电源刀闸的负荷侧。它是以防止套户线至末级保护器之前的直接接触的触电伤亡事故为主要目的，并作为末级保护器的后备保护。应合理设定其额定漏电动作电流值及动作延时时间，以取
18、得与上下级保护器的良好配合。 漏电末级保护器应装置在进户线的电源侧，电源进线先接刀闸后接漏电保护器。用于家用电器、固定安装电器、移动式电器、携带式电器及临时用电设备的漏电保护，是直接防止人身触电的保护设备。 合理设计三级保护器的动作电流与动作延时时间，使三级保护能够科学地配合，是提高漏电保护器正确动作率和投运率的必要措施，是提高供电安全性、可靠性的技术手段。我国大规模的低压电网改造工程的实施，电网结构的重新规划和布置，使电网的健康水平、供电能力和绝缘强度均得到大大提高，这为实现全网的漏电分级保护提供了物质条件，实施低压电网的三级保护，已成为电网改造的重要组成部分7。2.3 M54133的功能介
19、绍M54133的管脚分布如图1所示，管脚功能介绍见表1。图1 M54133管脚图表1 各管脚功能介绍模块引脚号符号功能共用电 路16Vs电源3Vcc内部电路直流电压外引脚（连接去耦电容）2IREF该引脚外接电阻器，为内部相关电路设置基准电流1GND接地运算放大器13OPI-该引脚为运算放大器的输入脚15OPI+运算放大器另一输入脚14C1同13，15脚间接电容，防止噪声引起的故障12C2在11与12脚间接电容器，防止出现反常振荡11OPAO该引脚为运算放大器的输出端漏电检测器及可控硅驱动电路9UREF该引脚提供漏电检测器的参考电压电平，约2.4V10ILKI该引脚为漏电检测输入脚5TRC1该引
20、脚连接电容器，控制TW1脉冲宽度6TRC2该引脚连接电容器，控制TW2脉冲宽度4OFFC该引脚连接复位电容，确定恢复时间。在设定的延时保护时间内漏电信号不再继续时，或在到达设定的延时保护时间而漏电信号继续存在，并使可控硅触发后，将使电路在预定时间内恢复到起始状态，控制TW3 脉冲宽度7DLYC该引脚连接电容器，控制TW4脉冲宽度，用于设置延时时间8SCRT该引脚为驱动信号输出脚，用以触发可控硅 当有漏电信号时，零序电流互感器(ZCT)次级输出的漏电信号经限压、转换后作为M54133的输入信号，该信号经放大后送到漏电检测电路的输入端。当经放大的漏电信号达到规定值前，闩锁电路的输出一直保持低电平，
21、漏电保护器不动作；当漏电电流大于规定值时，延时电路开始工作，这时若漏电信号在小于设定的延时时间内消失，则不输出触发信号，可控硅不导通，漏电保护器不动作，并且，延时电容上已经充上的电量会很快被放掉，这样，在下一次漏电信号到来时，延时电容又从零开始充电，实现了可重复延时功能，保证了延时时间的准确性和延时保护的可靠性。延时电路开始工作后，若漏电信号在设定的延时时间(实际上是比设定的延时时间长20 ms)内持续存在，则输出触发信号(在触发信号结束时，延时电容放电)，可控硅导通，脱扣线圈得电，漏电保护器动作，切断交流电源。一个典型应用电路如图2。图2 M54133典型应用图下面分别介绍带延时和不带延时的
22、工作波形。 图3所示是不带延时的工作波形。当ILKI输入端出现漏电信号时，负向电压超过一定阈值，TRC1电容开始充电，经过TW1时间达到2.4V时，延时管脚输出高电平，复位端变低电平，进入漏电保护状态。漏电输入降到阈值以下时，TRC1脚开始放电，复位端缓慢充电。若漏电压正向超过阈值，会引起TRC2脚充电，经历TW2充电到2.4V时，复位端又完成清零，表示发现漏电，漏电波形降至峰值以下后，复位端又开始缓慢充电。而第三次漏电负电压超过规定值，使TRC1充电到2.4V，这时已经认为是有效漏电信号，可控硅的触发脚输出高电平，实现跳闸功能，线路成功断开，漏电信号消失，TRC1脚就不会继续充电上去，而是开
23、始放电，这时符合系统复位的条件，因此复位脚会一直充电，经过TW3到达2.4V，系统复位，触发可控硅的信号随之清零。而此前复位端虽然有两次充电过程，但均在未到2.4V时再次清零，也就是在正常漏电保护状态不会复位。这样，从第一次发现超过规定值的漏电压开始到发出跳闸信号，正好经历一个漏电压的周期，根据市电频率50Hz得知，为20ms。其中相关的三个延时时间TW1，TW2，TW3均采用RC延时实现，可以通过外接电容的大小来控制，需要在合理的范围之内。如TW1和TW2设置太长，会检测不到超过指定值的漏电压，而若TW3设置太短，不能保持足够时间的触发信号，就可能无法及时断开电路，造成严重后果。图3 不带延
24、时的工作波形在实际应用环境中，会有很多不理想的因素，如电网中会带有许多谐波和噪声，周围设备可能产生的电磁辐射，雷雨天可能的雷击，它们都会引入许多干扰和不可预料的因素，会影响漏电保护器工作的准确度，甚至引起误动作。这对于正确功能实现是很大的挑战。M54133的解决方法就是使用带有延时抗扰的策略，虽然这个功能可以由用户外接元件的方式选择是否使用，在大多数场合还是建议的，以提高产品的可靠度。图4所示是带有延时的漏电保护工作波形，局部的工作方式与上面一致。我们可以看到，DLYC端在第一次漏电超过一定值并不马上变高电平，而是延时充电，经历TW4时间到达2.4V，如果漏电信号仍然继续，表明不是短暂的干扰，
25、而是确实发生漏电，在经过一个周期20ms，正式发出跳闸信号。其间，复位端的工作方式是一致的，在有漏电并正确跳闸时完成复位8。图4 M54133带延时的工作波形2.4版图提取原理集成电路工艺中的基本器件结构如图5所示。图5 npn晶体管的结构上面是npn晶体管的典型结构，采用p衬底n外延和n+埋层，p+隔离从表面开始与衬底相连作为器件隔离，n型外延层作为集电区，其上扩散形成P阱作为基区，基区中的n+扩散形成发射区。集电区与基区扩散出n+和p+区域，是为了与金属相连时降低接触电阻。截面图与平面图对照观察，可以判断从左到右的三个电极为C，B，E。图6 横向pnp晶体管的结构横向pnp的典型结构如图6
26、。同样采用p衬底n外延和n+埋层，两边的p+作为隔离，不同的是，n外延层做基区，外延中的两个p扩散区做集电区和发射区，并以p+注入降低接触电阻，采用横向结构，比衬底pnp管更为常用。二极管结构与npn晶体管类似，只要使用一个pn结，因此在n外延上做p扩散和n+扩散即可形成。此外，常用的器件还有电阻，可分为基区扩散电阻，发射区扩散电阻，外延夹断电阻等。图7中以外延夹断电阻为例，利用n-外延作为电阻，是只有两个极的细长结构，平面图中很容易辨认。版图中制作大电阻时，为了节省面积，经常采用环状形式9。图7 外延夹断电阻典型结构由于电感电容很少用到，这里不再分析。2.5研究方案l 大致分析管脚功能，区分
27、主要模块芯片的压焊块面积很大，可以根据周围器件的连接关系判断其功能，如电源和地线都很长并出现在许多模块，参考电源端一般都有稳压模块。如果只是按照连线关系随意提取，容易把不同模块的电路混起来，不利于分析和仿真。所以，根据模块间往往有明显的隔离层的特点，可以有目的有计划的各个击破。l 版图标号在提取规模较大电路时，要对器件统一编号，以便后期的检查和分析，而且全图与去铝图及原理图要编号一致，可以随时对照和查找。这可以利用图形编辑软件实现。l 电路提取根据去铝图提取器件，根据全图提取连线，将版图对应原理图画好。l 原理图整理及功能分析这是整个提取工作最关键和复杂的一步。按照版图位置画好的原理图只是单纯
28、的物理连接关系，没有体现任何逻辑关系，需要合理布局和分析，得出所需的结论。l 电路仿真使用3um的库文件，利用cadence公司的Specture软件进行模块仿真，以验证提取电路是否正确，如果得不到理想结果，需要从电路级和版图级反复检查和修改。模块功能正确后，连成整体，添加必要的外围电路，在漏电输入端加模拟激励信号，观察漏电保护功能是否正确。2.6进度安排1-5周（2.263.30）：熟悉原理，完成文献综述，外文翻译及开题报告；6-8周（3.314.20）：版图提取；9-12周（4.215.18）：分析模块功能；13-14周（5.196.1）：仿真验证；15-16周（6.26.20）：准备并完
29、成毕业答辩。三、外文翻译在电气安装中防止电击和接地漏电的一些考虑AMG MintoProperty Services Agency， UK介绍本文评论了一些关于接地故障，漏电和电击防护中的一些需求，以50Hz，415V，3相和240V，单相电气安装相关的防护器件应用为例，尤其分别介绍了以人员保护为目标的剩余电流器件，火灾防护和与IEE连线规则要求一致的防护。本文主要应用于TN-S，TN-C-S和TT电源系统，就像IEE连线规则的定义和术语描述那样。在IEE连线规则中，包含了直接和间接的接地故障防护和其他相关器件的应用。缩写本文中用到了如下缩写：接地故障环路阻抗：EFLI剩余电流器件：RCD基于
30、漏电压的漏电断路器：FVD剩余工作电流：ROC防护导体：PC注意：1985年1月的IEE配线规则已删除FVD，但本文中仍在使用，因为一些情况下是用到的。定义接触电压：一个人同时接触到由于漏电而带电的暴露导体和另一个暴露的导电部分或大地时所承受的电压。直接接触：人或牲畜与可能导致电击的带电物体接触间接接触：人或牲畜与可能导致电击的由于失误而带电的物体接触接地漏电防护的需要除了通常的过流防护以外，接地漏电防护还有三个原因：a 防止设备和电缆过热，由于电流过小可能难以检测或被过流保护电路忽略，如高阻抗漏电，高接地漏电环路阻抗。b 防止人员由于间接接触受到电击影响，如与由于接地漏电而带电的设备和电缆的
31、导电部分接触。c 针对直接接触给以附加防护，如在维护和仪器的诊断与测试中与暴露的带电导体接触，使用中与受损的设备和电缆接触，包括移动出工作区的与电源等电位的设备。注意：接地漏电防护不能作为直接接触的唯一防护方法。电击IEE配线规则指出：任何电压超过50V的交流和120V的直流系统都需要直接和间接接触的防护措施，除了一些特殊的案例，如水下设备等。以下的电压没有危险。IEC出版479（2）包括了电击的影响和一系列15到100Hz交流的电流/时间曲线，定义了根据流过人体电流强度和持续时间确定的电击幅度。电击强度依次递增的顺序是：a 电击反应引起的不自觉动作如跌落重物导致身体受伤b 不能脱离带电导体和
32、金属物c 呼吸困难，如果人工呼吸不及时会导致窒息d 心室颤动，如果复苏不及时会导致死亡更高电压会引起其他反应，本文中略去。IEE配线规则定义电击是一种危险的电流流过人体的病理生理反应，因此不包括引起不适但没有危险的触电感。实际上，电击电流的危险级别和持续时间对于正常情况的健康人和敏感RCD的操作人员来说，通常是持续240mS的30mA。对于高于30mA的电流，可接受的持续时间相应减少。直接和间接防护的方法规则412-1指出，直接防护可以有多种方法：a 带电物体隔离b 使用屏障或隔栏c 使用障碍d 放在不可触及地方在英国多数安装隔离物防止直接接触。规则413-2提出多种间接防护的方法：a 接地等
33、电位和电源自动断开（EEBAD）b 使用2类仪器或等效隔离c 不导电场所d 不接地的本地等电位连接e 电学隔离在英国大多数的安装使用隔离作为直接接触的防护方法，接地等电位连接和自动电源断开作为间接接触的防护方法。IEE配线规则的要求IEE 连线规则与防止使用EEBAD电源系统电击和接地漏电防护有关需求如下所述：a. 413-1，宽泛地说明了不引起危险的接触电压的强度和时间；b. 413-4，简单说明要使413-4成立，EFLI要达到：在漏电事件中，电路过流保护的断开时间在插座输出电路中少于0.4秒，在固定设备电路中不超过5秒；c. 413-5，就是表41A1和41A2，显示了使断路时间满足不同
34、等级和过流保护器件的最大EFLI值。在TNS和TN-C-S系统中，很容易达到足够低的EFLI值，在所需的时候能允许充分大的漏电流在过流保护器件流过。然而，在TT和IT系统中，EFLI值通常太高而不能满足这个条件，当大地代替PC作为地漏电流的返回路径，阻抗通常远远高于TN-S和TN-C-S系统电路。d. 413-6和471-14是说，当EFLI值太高阻碍过流保护器件达到需要的断路次数时，可以使用漏电保护器件。RCD和FVD都是允许的，但未来只允许使用RCD。这些器件的特点是：I. RCD-以欧姆计的EFLI与以安培计的ROC的乘积不应超过50II. FVD-EFLI（包括接地电极电阻和工作线圈电
35、阻）不应超过500欧姆这两个要求的目标是在漏电事件中把接触电压限制到50V。e413-4（i），允许在正常但具体条件下的插座接口电路中使用另一种方法来符合413-3。这种方法允许断路时间增加到5秒，限制保护导电电阻的值在附表中的值以下。如果这些要求不能满足，就不需要提供漏电保护。f471-12和471-47，要求在特定的电路上使用RCD，这种电路能在主工作区内产生等电势的连线，但能提供工作区外的能与接地人体接触的可移动设备。适用于32A及以下等级的插座接口支持或者通过可变的32A及以下的电缆或连线的设备的插座类型仍存在质疑。基于此目的RCD应该有不超过30mA的ROC。该规则也指出，EFLI值
36、应该满足以下条件，对于提供固定设备和提供插座接口设备来说，断路时间不超过0.4秒，尽管当设备不由插座接口提供时RCD并不强制使用。g. 471-13指出在家用和相似安装的TT系统中，每个转换接口电路应当被拥有不超过30mA ROC的RCD保护。通过在每个终端电路或终端电路组输送转换接口使用RCD就可以最经济地实现，但是在某些情况下有理由为个人转换接口提供防护。h. 471-14指出，RCD也可以用来减小在其他保护措施失效情况下的直接接触，如在有等级要求的ROC超过30mA或250mA ROC超过40mS工作时间引起的隔离失效。然而，RCD一定只能作为直接接触防护主要方法的辅助手段，不能作为唯一
37、方法。接地漏电防护器件的类型基于漏电压的接地漏电断路器FVD已经使用了多年，但是像上面提到的，IEE配线规则不再包括这项，而只能应用在RCD 不能工作的新场合。它们的工作原理是，它们的工作线圈正常情况下是和PC及接地端串联起过压延时作用的。当暴露导体的电压超过一定值（通常时40V），工作线圈触发电路断路器。FVD的主要缺点是：a 如果来自或者前往工作线圈的PC没有被隔离，线圈可能短路，引发器件不能工作。b 类似的，如果接地电极不在其他接地电极或偶然或有意的接地路径影响区域内，工作线圈可能被并联引发器件失去灵敏度。c 其他附近电路或安装的接地漏电有时会引发错误操作。剩余电流器件剩余电路器件有更高
38、的可靠性和灵敏度，因而目前更受欢迎。它们的工作原理是，电路的主线和中性导线穿过累积电流变换器或个人冗余连接的电流变换器。变换器的输出连接到无源RCD的继电器或者在电子或有放大功能RCD的电子传感单元，它们反过来连接到电路断路器或接触器。在正常情况下，主线和中性线电流是平衡的，电流转换器没有输出，但是当在RCD的负载端有接地漏电流时，由于接地漏电流流过电流转换器，主线和中性线电流不再平衡，于是从电流转换器出现了小输出电流，提供给继电器或传感器能量，引起电路断路器或接触器自动断开。RCD可用于一些不同的形式：a 求和转换器，继电器，传感器和电路断路器或接触器在同一个场地b 求和转换器，继电器，传感
39、器和电路断路器或接触器是单独的单元或包含在不同的组合中。无源RCD是最简单便宜，通常适用于多数家用和一些小型的商用安装中，但如下的缺点使它不适用于工业和大型的商业应用：a 英国标准4293（3）允许ROC的0-50%的容限，允许拥有正常如30mA ROC 的器件，这种器件能在漏电流只有15mA时很好触发，如由很少使用的炊具中矿质隔热元素引起的微小持续漏电流，浸没式加热器类似产品能引起更灵敏的RCD的误动作。b 例如由发动机启动引起的电流浪涌和电压瞬变可能引起误动作。c ROC会随着时间迅速增加，即使RCD测试键经常操作，ROC的增加不可忽略，导致器件本该工作时无法触发。d 商业应用的自包含RC
40、D负载电流限制在80Amps。在电子式RCD中，来自电流转换器的剩余电流被密集电子放大器放大，然后直接或通过中间继电器触发电路断路器。它们没有无源类型产品的缺点，尤其在商业和工业应用中，更大的负载，电流浪涌，电压瞬变等都可能存在，应当应用于误动作的影响更严重合操作精度更重要的场合，附加费用也是值得的。为了能提供在建筑工地等恶劣环境的电击防护，场地或装置周围的分配系统可能在系统的一些地方配备RCD，在这种情况下，有必要为这些RCD区别对待，使它们不全为终接电路的接地漏电工作。这种区分只能由时间等级划分，而不能由RCD的电流等级划分来实现。为达到这个目的，电子式RCD可以包含各种特点的放大器，这可
41、以使RCD获得四种不同类型的工作时间特色，可以为系统的每一部分选择合适的一种。这些不同的RCD也可以应用于不同的场合，可用的时间特性如下：a 瞬态b 固定时间延迟c 可调时间延迟d 反向固定最小时间延迟电子式RCD也可以用在无源RCD应用有困难的家用场合，额外费用也是合理的。尽管电子式RCD目前比相似类型的无源产品贵，差价在不断减小。关于RCD必须强调的重要一点是，它们只提供导线与大地的直接或间接接触，带电暴露导体之间的接触，外来导体和大地的接触，并不提供导线之间，导线与中性漏电间，导线之间直接接触，导线与中性导体间的任何防护。家用设备中的RCD和FVD除非特定场合，根据IEE配线规则，如果所
42、需的断路次数可以用过流保护器件达到，RCD和FVD 在家用设备中通常是不必要的。RCD必须应用的场合有：a 在终端电路传输转接接口，32Amps或以下等级的，由如园艺设备的主等势连线工作区外的可变电缆供电的设备。（参考规则471-12和471-47）b 在终端电路传输转接接口的移动的旅行队。c 当供电系统为TT时。当电路的接地漏电环路阻抗太高而不能满足要求的断路次数时，也必须采用RCD。RCD 也可以随设计者或消费者的意愿安装，来减小与其他保护措施失效的危险性相关的直接或间接接触风险，例如PC的断路，未授权的设备接口，隔离失效等。但这样的设备不能作为防护直接接触的唯一方法。它们也可以用来防护高
43、电阻接地漏电，如果接地漏电流没有大到触发过流保护器件的话，这种漏电可能最终引发火灾。实际上，允许使用一个单个的RCD保护完整的设备，但是，由于规则允许RCD拥有被EFLI除后高达50的ROC，通常会选择基于这种应用的至少100mA，300mA或更高的来避免可能由整个设备聚集的持续接地漏电流引起的危害性触发。如果有必要提供更灵敏的作为其他保护形式的辅助方法，更好地是保护单独的终端电路或成组的终端电路；这样做的优点是，当最小化受触发影响的终端电路数时，能提供更灵敏的保护。由于转接口（.秒）所要求的断路时间远远小于固定设备，通常有必要用这种方法来保护终端电路传输转接口；如果应用于照明电路，应当记得，
44、如果它们触发，可能引起比想要避免的危险更可怕的情况，如更大的区域会陷入黑暗。当在家用设备上使用时，应该注意，特定种类的器具，如包含有金属外套和矿质隔热的炊具，浸没式加热器，在尚未使用或使用不久时，会在第一次打开时由于潮湿的绝缘材料而通过持续高漏电流。这个漏电流很可能触发，尤其在保护一个以上用具时。如果认为有必要在炊具和浸没式加热器的终端电路使用，更好的方法是单独用保护每个电路，这些包含有高于可能的持续漏电流的，并且如果在一个设备上有一个主，它的应当高于所有持续漏电流的总和。用于家用设备的在以下物理条件下也可以商用：a 宽松的，带有围栏，电缆末端等b 宽松的，但部分围栏，带有无末端的覆盖和暴露带
45、电导体，适合装上配电盘和其他围栏c 装在消费者单元，配电盘等，保护所有外接端电路或作为分开负载消费单元的选择性外接端电路d 合并在中的转接口；e 合并在中的插入式器件或调整器如上面所说，配线规则不再包含。它们仍然有用但不是在通常的家用设备中。在商业和工业设备中和的应用除了以上在家用环境中提到的和的几点，当器件应用于商业和工业环境，以下几点也适用。如上所述，由于发动机启动，切换大负载等，商业，工业和相似设备比家用设备承受更多电网产生的瞬态电压。而无源容易受这些干扰触发，电子式集成了瞬态抑制，通常不会受影响。的范围和电子式的电流等级高于无源类型；对于特定应用的低于的也是可用的。电子式的的更高精度也
46、减小了大持续漏电流时的误触发。尽管连线规则并不要求，通过应用在工业设备终端电路上仍是提供漏电防护的明智考虑，那里到用具的最终连接是通过可变电缆，尤其当连接点是一个转接口尽管用具在主等势线的工作区内。这样的原因是，在一个工业环境，损坏可变电缆并导致被破坏的风险增加。作为一种附加的安全方法，下面提到的接地监视也应在最终连接处提供保护导体完整性的连续检查。附加的花费在存在附加危险的情况下也是值得的，值得为保护和接地监视提供转接口，因为它们没有一个能独立承担作为组合的完整检查。不能独立检测中的断路，如果一个仪器发生漏电，过流保护不会工作，也不会触发除非有人确实接触了由于漏电而带电设备的暴露导体或者暴露的带电体。接地监测本身能检测连接用具可变电缆中是否断路，但不能防止人员接触暴露带电导体或暴露带电体。
