對農(nóng)村低壓電網(wǎng)漏電(剩余電流)保護的幾點認識

張文鑒

(臨沂大學電氣工程及其自動化專業(yè)，山東 臨沂 276000)

1 農(nóng)村低壓電網(wǎng)采用TT系統(tǒng)的原因

由于受成本等因素制約，在平衡各種因素的絕緣配合中，農(nóng)村電網(wǎng)中的配電變壓器、電機、家電等設(shè)備的絕緣裕度相對偏低，耐受外部過電壓水平不高，低壓避雷裝置受各種因素制約不可能大范圍安裝。因此，為了限制低壓電網(wǎng)由于種種原因而引起對地電壓升高，導致電氣設(shè)備絕緣受損，農(nóng)村低壓電網(wǎng)一般采用TT系統(tǒng)，即配電變壓器低壓側(cè)中性點直接接地，網(wǎng)路內(nèi)所有受電設(shè)備的外露可導電部分用保護接地柱(PEE)接至電氣上與電力系統(tǒng)接地點無直接關(guān)連的接地極上。由于變壓器低壓側(cè)中性點直接可靠接地，中性點電位就被鉗制為大地電位，大地電位通常為現(xiàn)實中的零電位，整個低壓電網(wǎng)就與大地取得電氣聯(lián)系，成為一個系統(tǒng)整體，限制了低壓電網(wǎng)對地電壓的漂移和變化。如忽略負荷電流在線路上的壓降，變壓器低壓側(cè)引出的三相線(俗稱火線)對地電壓就是對變壓器中性點的電壓，就是變壓器低壓側(cè)繞組首末端間的電壓，即相電壓，額定電壓值一般為220V。所以說一臺配電變壓器一次側(cè)一旦接入額定電壓，其二次側(cè)輸出電壓也就固定為二次側(cè)額定電壓，其中性點一旦直接接地，其二次側(cè)引出的三相線(俗稱火線)對地電壓也就固定為二次側(cè)額定電壓，從而限制了電壓電網(wǎng)三相導線(俗稱火線)對地電壓出現(xiàn)過電壓，危及電氣設(shè)備絕緣。由于TT系統(tǒng)很好地限制了過電壓，降低設(shè)備制造成本。這是農(nóng)村電網(wǎng)采用TT系統(tǒng)的主要原因。

2 農(nóng)村低壓電網(wǎng)采用TT系統(tǒng)存在比較突出的人身觸電問題

配變中性點直接接地，三相導線對地電壓被牢牢鉗制為相電壓220V，一旦人身觸及三相導線中任何一處裸露點，加在人身上的對地電壓都是220V，遠超出國家規(guī)定的人身基本安全電壓50V(交流有效值)。在220V電壓作用下，流過人身上的電流因受人體電阻影響，個體間差別較大，成年人正常情況下人體電阻值一般為2000Ω，流過人體的電流Ib為110mA，是人體安全電流30mA(心室纖維顫動閥值)的近三倍，會引發(fā)劇烈心室顫動死亡，更是遠遠超出人體擺脫閥值(正常男子為9mA，正常女子為6mA)，如果觸電電源不會自動消除、在無任何外來幫助的情況下，人體不能自主擺脫電源，觸電后極易發(fā)生溺死、高空墜落等二次災(zāi)害，非常危險。因此，農(nóng)村低壓電網(wǎng)采用TT系統(tǒng)供電同時帶來一個非常嚴重的人身觸電問題。

3 采用TT系統(tǒng)的農(nóng)村低壓電網(wǎng)必須實施漏電保護

(1)盡管最大對地人身觸電電流可達到440mA(人身可觸及的最大對地電壓為220V、最小人體電阻為500Ω)，但對于反應(yīng)動輒幾十安、上百安、甚至上千安的負荷電流、短路電流的自動開關(guān)和熔斷器而言，440mA依然是那么渺小，甚至可以忽略不計，自動開關(guān)和熔斷器當然不會及時動作，切斷觸電電源，達到保護觸電者的作用。對于對地絕緣損壞碰殼接地的電氣設(shè)備，其對地泄漏電流受對地絕緣電阻的限制，一般也不會很大，自動開關(guān)和熔斷器仍然不能起到很好的保護作用。

(2)但對于只反應(yīng)mA級的系統(tǒng)對地泄漏電流(也稱剩余電流)的漏電電流動作保護器(剩余電流動作保護器)而言，其動作值可以整定的很小(最低達6mA)，在系統(tǒng)發(fā)生接地故障(如人身觸電、設(shè)備絕緣損壞碰殼接地等)，則出現(xiàn)較大的泄漏電流，可達幾十mA、甚至上百mA，足以使漏電電流動作保護器可靠地動作，切斷電源。所以說，漏電電流動作保護器在反應(yīng)觸電和漏電方面所具有的高靈敏性和快速性，是自動開關(guān)和熔斷器等其他保護器所不能比擬的。這些差別是由它們不同的工作原理所決定的。

(3)農(nóng)村的自然環(huán)境、人為環(huán)境等情況千差萬別，農(nóng)村低壓電網(wǎng)實際狀況參差不齊，絕緣破損導體外漏、私拉亂接現(xiàn)象普遍，用電條件差，設(shè)備因陋就簡，技術(shù)水平低，管理不善，抵抗大風雨雪、外力破壞等不利因素的能力相對較弱，導線脫落、斷線時常發(fā)生;電氣設(shè)備不合格，外殼多無保護接地;農(nóng)村人口多、文化素質(zhì)普遍相對偏低，人們安全用電的意識和知識不強，不安全行為較多。據(jù)統(tǒng)計全國70%以上的人身觸電事故屬于農(nóng)村低壓單相觸電。

(4)為有效保障人們用電安全，減少觸電事故發(fā)生，采用TT系統(tǒng)的農(nóng)村低壓電網(wǎng)必須全網(wǎng)實施剩余漏電流動作保護，農(nóng)村低壓電網(wǎng)如不實施全網(wǎng)剩余漏電流動作保護，就嚴禁采用TT系統(tǒng)。所以，采用TT系統(tǒng)的農(nóng)村低壓電網(wǎng)必須全網(wǎng)實施剩余漏電流動作保護，這是供電企業(yè)為當前社會提供合格電力商品內(nèi)在品質(zhì)的基本前提，是農(nóng)村現(xiàn)實狀況基本需要。

4 電網(wǎng)三相不平衡漏電電流是影響漏電總保護正常運行的關(guān)鍵

任何電網(wǎng)由于對地阻抗(包括對地絕緣電阻和對地容抗)不可能無窮大，總在有限數(shù)值以內(nèi)，所以，低壓電網(wǎng)的對地電壓(一般為220V左右)與有限的對地阻抗的比值，就不會為零，也就是說，低壓電網(wǎng)的對地漏電電流總會后大或小地存在，不會為零。習慣上，我們把未發(fā)生人身觸電、接地短路等事故情況下的電網(wǎng)的對地漏電電流稱為電網(wǎng)對地自然泄漏電流。由于受導線長度、導線截面積、對地距離、所帶設(shè)備多少及對地絕緣阻值、天氣等因素影響，在實際運行的低壓電網(wǎng)中，三相導線對地阻抗(我們可以把三相四線制電網(wǎng)看成三個單相電網(wǎng)的組合)通常是不平衡的，因此，三相對地泄漏電流也隨之不平衡，三相對地泄漏電流的矢量和(即電網(wǎng)三相不平衡漏電電流)通常也不為零，并隨電網(wǎng)運行狀況變化而變化，其數(shù)值可用鉗形毫安表在低壓電網(wǎng)不停電的情況下很方便地進行測試。當電網(wǎng)三相不平衡漏電電流足夠大，達到保護器的動作電流值時，低壓線路將送不上電，反而言之，電網(wǎng)三相不平衡漏電電流越小，觸電保護的可靠性越高。當電網(wǎng)不平衡泄漏電流與人體觸電電流之間相位角絕對值在90°～180°區(qū)間時，會使保護器動作的靈敏度下降，情況嚴重(兩者相位差絕對值為180°或接近180°)時，保護器甚至會拒動，不能及時斷開觸電電源，導致人身觸電死亡。在三相電網(wǎng)中發(fā)生單相接地觸電，電網(wǎng)三相不平衡漏電電流靠近哪相(兩者相位差絕對值在0°～90°區(qū)間)，哪相漏電保護的靈敏度就會增高，電網(wǎng)三相不平衡漏電電流背離哪相(兩者相位差絕對值在90°～180°區(qū)間)，哪相漏電保護的靈敏度就降低。從以上分析可知，電網(wǎng)三相不平衡漏電電流的大小和相位是影響電流型漏電保護器工作穩(wěn)定性的一個重要因素，對反應(yīng)電網(wǎng)三相不平衡漏電電流的第一級漏電電流動作保護器(總保)而言，這是其自身無法克服的問題。但又必須妥善解決這個問題。

5 實施全網(wǎng)(兩級或者三級)漏電保護的必要性

(1)在單級總網(wǎng)保護方式中，漏電保護器保護范圍最大，為整個低壓電網(wǎng)，在低壓電網(wǎng)中任何一處發(fā)生觸電或者漏電，其程度達到保護器動作跳閘后，將造成大面積停電，且因跳閘原因不能馬上被查出，造成整個電網(wǎng)長時間停電，保證連續(xù)供電的可靠性差;受電網(wǎng)三相不平衡漏電電流和總對地絕緣電阻的限制，漏電保護器額定漏電動作電流應(yīng)不小于電網(wǎng)正常不平衡泄漏電流最大值的4倍，故漏電保護基本靈敏性不可能很高;受電網(wǎng)三相不平衡漏電電流影響，總網(wǎng)漏電保護器會出現(xiàn)保護不靈敏相和過靈敏相，導致觸電保護可靠性差和頻繁跳閘甚至低壓電網(wǎng)送不上電情況發(fā)生，給生產(chǎn)生活帶來一定的損失和不便。隨著漏電保護技術(shù)進一步發(fā)展，在情況允許和可能的條件下，應(yīng)該同時滿足漏電保護率和供電可靠性這兩方面的要求。

(2)單極兩線式的分支漏電保護(即漏電中級保護)和末級漏電保護，不受電網(wǎng)三相不平衡漏電電流影響，單相對地自然泄漏電流與人身觸電或設(shè)備對地絕緣損壞對地漏電電流基本同相位，因此，中級漏電保護器、尤其是末級漏電保護器靈敏度高，上級保護對下級保護又可以起到一定的后備保護作用，因而大大提高了保護可靠性;因保護范圍小，動作跳閘時停電范圍大為縮小，而不會影響整個低壓電網(wǎng)的其他所有用戶或設(shè)備的正常用電，從而極大提高了供電可靠性。所以，電力行業(yè)標準《農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程》規(guī)定:采用TT系統(tǒng)的低壓電力網(wǎng)，應(yīng)裝設(shè)漏電總保護和漏電末級保護。對于供電范圍較大或者有重要用戶的低壓電力網(wǎng)可酌情增設(shè)漏電中級保護。

6 漏電分級保護要做好級間配合問題

(1)實施兩級或三級保護的低壓電網(wǎng)中，要在額定動作電流和額定動作時間兩方面做好協(xié)調(diào)配合，尤其是在額定動作時間方面，以保證漏電保護的選擇性，確保上級漏電保護器不越級動作，使其動作跳閘后所造成的停電范圍達到最小。

(2)級漏電保護器的額定動作電流值一般要求應(yīng)不小于1.5倍的下級漏電保護器中額定動作電流值最大的一臺漏電保護器的額定動作電流值，且不應(yīng)小于正常情況下被保護電網(wǎng)的對地不平衡泄漏電流的4倍。但是，在實際運行中，往往會出現(xiàn)觸電或漏電電流值超過使上級漏電保護器的額定動作電流值，發(fā)生上級漏電保護器越級動作。因此，在動作電流值的上下級間配合，不足以保證漏電保護器的選擇性。

(3)電保護器的額定動作時間(T)包括漏電保護器本身控制部分的動作時間(稱為第一動作時間區(qū)，用TG表示)，即從檢測出漏電動作信號到發(fā)出動作跳閘指令的這段時間和執(zhí)行(靈敏)繼電器或主回路開關(guān)的動作時間(稱為第二動作時間區(qū)，用TQ表示)，在組合式漏電保護器來說，當作為分級保護而考察其額定動作時間的配合時，第二動作時間區(qū)還必須包括由用戶選配的主開關(guān)的跳閘時間，漏電保護器的整個第二動作時間(TQ)其數(shù)值基本上為一固定值，為執(zhí)行(靈敏)繼電器或主回路開關(guān)的固有動作時間。在實際運行中，漏電保護器由于受動作電流與動作時間之間的反時限特性影響，其實際動作時間在一定范圍內(nèi)并不一定等于額定動作時間，當漏電動作信號在第一動作時間區(qū)TG以內(nèi)消失時，漏電保護器可以返回到原狀態(tài)而不再發(fā)出動作跳閘的指令，我們把這個最大時間叫作極限可返回時間，也就是我們平時常說的漏電保護器的極限不動作時間。

(4)下兩級漏電保護器額定動作時間的配合，實際上就是上級漏電保護器的極限不動作時間(TG1)和下級漏電保護器的額定動作時間(T2)之間的配合。即上級漏電保護器的極限不動作時間(TG1)必須不小于下級漏電保護器的額定動作時間(對于組合式漏電保護器，還要包括主開關(guān)的動作時間)。當TG1＞T2時，上、下兩級漏電保護器在動作時間上可滿足分級保護的要求，當TG1＞T2、TG2＞T3時，三級漏電保護器在動作時間上可滿足分級保護的要求。

7 漏電分級保護中各級保護器的選型

因依靠不同額定動作電流的漏電保護器不能獲得可靠的選擇性，所以主要是通過選用具有不同延時時間的延時型漏電保護器，來取得分級漏電保護器的可靠選擇性，以協(xié)調(diào)各級保護器的配合。我國規(guī)定，上、下兩級漏電保護器之間額定動作時間的最小級差值為0.2s。這樣，各級漏電保護器額定動作時間的協(xié)調(diào)配合如下:

(1)反時限選擇:總網(wǎng)級，延時0.2s;分支級，利用反時限特性;末端級，快速型(T≤0.1s)。

(2)延時選擇:總網(wǎng)級，延時0.4s;分支級，延時0.2s;末端級，快速型(T≤0.1s)。

8 需注意的幾個問題

在220/380V三相四線制采用TT系統(tǒng)低壓電網(wǎng)中，采用電流型漏電保護器后，為保證漏電保護器能夠發(fā)揮可靠的保護作用，需要注意以下幾個問題。

(1)變壓器低壓側(cè)中性點直接接地，接地可靠，接地線不得開斷，中性線(零線)不得再行接地(重復接地)，且應(yīng)保持與相線同等的絕緣水平。同時不允許保護接零(零線)，否則就會造成漏電保護器拒動或誤動。

(2)根據(jù)實測結(jié)果，正常情況下，農(nóng)村每戶對地漏電流約為幾個mA，且對地泄漏電流與負荷電流呈正向關(guān)關(guān)系，可參照推薦的經(jīng)驗公式進行估計，對于照明電路和生活用電的單相電路，對地漏電流約為負荷電流的兩千分之一，對于三相三線制和三線四線制的動力線路及動力和照明混合線路，對地漏電流約為負荷電流的千分之一。所以，在三相四線制采用TT系統(tǒng)低壓電網(wǎng)中，把不同性質(zhì)的負荷大小均勻地分布到三相電網(wǎng)上，做到三相負荷平衡分配，可減小三相不平衡漏電流，從而提升漏電保護器的可靠性。

(3)要避免組合式漏電保護器的零序電流保護器幾種錯誤的裝設(shè)方法:①零序電流互感器只穿過工作零線(工作零線中流過的三相負荷不平衡電流遠超漏電保護器額定電流動作值，足以使漏電保護器發(fā)生誤動作而不能正常投運);②工作零線未穿過零序電流互感器(三相負荷不平衡電流足以使漏電保護器發(fā)生誤動作而不能正常投運);③工作零線和中性點接地線同時穿過零序電流互感器(工作零線中流過的三相負荷不平衡電流和電網(wǎng)漏電流足以使漏電保護器發(fā)生誤動作而不能正常投運);④零序電流互感器只穿過零線的重復接地線(漏電流因被中性點接地線分流而減弱，從而大大降低了保護可靠性);⑤三極四線式漏電保護器未接入電源零線(導致保護器內(nèi)部試驗回路無法接通，試驗按鈕不起作用);⑥漏電開關(guān)的進出線接反(導致脫扣線圈長時間帶電燒毀)。

(4)被保護電網(wǎng)以下故障能造成漏電保護器誤動作:①在漏電保護的回路中相線、零線與其他回路公用。常見的如在甲、乙漏電保護器保護的兩回路之間跨接用電設(shè)備，設(shè)備的正常負荷電流會作為不平衡電流，足以使兩臺漏電保護器都動作跳閘，將嚴重影響兩個回路正常用電;②在零序電流互感器的進出線兩側(cè)跨接負荷(跨接的負荷電流一般遠大于漏電動作電流，因而造成漏電保護器誤動作而使其無法投運);③在被保護電網(wǎng)內(nèi)使用自耦式負載(由于自耦式負荷工作電流的一部分通過自耦變壓器底座上的接地線而構(gòu)成分流線路，導致漏電保護器誤動作);④大電機負荷開關(guān)閉合不同步。等于線圈與機殼(大地)之間加上了相電壓，對于機殼對地電容1μF以上的大電機，此時電容電流可高達70mA以上，一般會超過漏電保護器動作電流，會引起誤動作。

［1］DL/T 499－2001農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程［S］.中國電力出版社，2002－02－01.

［2］DL/T 736－2000剩余電流動作保護器農(nóng)村安裝運行規(guī)程［S］.中華人民共和國經(jīng)濟貿(mào)易委員會發(fā)布，2001－01－01.

［3］全國統(tǒng)一編寫進網(wǎng)作業(yè)電工培訓教材［M］.遼寧科學技術(shù)出版社，1993，1.