對(duì)農(nóng)村低壓電網(wǎng)漏電(剩余電流)保護(hù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

張文鑒

(臨沂大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)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(jī)、家電等設(shè)備的絕緣裕度相對(duì)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(duì)地電壓升高，導(dǎo)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(diǎn)直接接地，網(wǎng)路內(nèi)所有受電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分用保護(hù)接地柱(PEE)接至電氣上與電力系統(tǒng)接地點(diǎn)無直接關(guān)連的接地極上。由于變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)直接可靠接地，中性點(diǎn)電位就被鉗制為大地電位，大地電位通常為現(xiàn)實(shí)中的零電位，整個(gè)低壓電網(wǎng)就與大地取得電氣聯(lián)系，成為一個(gè)系統(tǒng)整體，限制了低壓電網(wǎng)對(duì)地電壓的漂移和變化。如忽略負(fù)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(duì)地電壓就是對(duì)變壓器中性點(diǎn)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(tái)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(diǎn)一旦直接接地，其二次側(cè)引出的三相線(俗稱火線)對(duì)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(dǎo)線(俗稱火線)對(duì)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(diǎn)直接接地，三相導(dǎo)線對(duì)地電壓被牢牢鉗制為相電壓220V，一旦人身觸及三相導(dǎo)線中任何一處裸露點(diǎn)，加在人身上的對(duì)地電壓都是220V，遠(yuǎn)超出國(guó)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(gè)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(dòng)閥值)的近三倍，會(huì)引發(fā)劇烈心室顫動(dòng)死亡，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(huì)自動(dòng)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(xiǎn)。因此，農(nóng)村低壓電網(wǎng)采用TT系統(tǒng)供電同時(shí)帶來一個(gè)非常嚴(yán)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(shí)施漏電保護(hù)

(1)盡管最大對(duì)地人身觸電電流可達(dá)到440mA(人身可觸及的最大對(duì)地電壓為220V、最小人體電阻為500Ω)，但對(duì)于反應(yīng)動(dòng)輒幾十安、上百安、甚至上千安的負(fù)荷電流、短路電流的自動(dòng)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(jì)，自動(dòng)開關(guān)和熔斷器當(dāng)然不會(huì)及時(shí)動(dòng)作，切斷觸電電源，達(dá)到保護(hù)觸電者的作用。對(duì)于對(duì)地絕緣損壞碰殼接地的電氣設(shè)備，其對(duì)地泄漏電流受對(duì)地絕緣電阻的限制，一般也不會(huì)很大，自動(dòng)開關(guān)和熔斷器仍然不能起到很好的保護(hù)作用。

(2)但對(duì)于只反應(yīng)mA級(jí)的系統(tǒng)對(duì)地泄漏電流(也稱剩余電流)的漏電電流動(dòng)作保護(hù)器(剩余電流動(dòng)作保護(hù)器)而言，其動(dòng)作值可以整定的很小(最低達(dá)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(dá)幾十mA、甚至上百mA，足以使漏電電流動(dòng)作保護(hù)器可靠地動(dòng)作，切斷電源。所以說，漏電電流動(dòng)作保護(hù)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(dòng)開關(guān)和熔斷器等其他保護(hù)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(wàn)別，農(nóng)村低壓電網(wǎng)實(shí)際狀況參差不齊，絕緣破損導(dǎo)體外漏、私拉亂接現(xiàn)象普遍，用電條件差，設(shè)備因陋就簡(jiǎn)，技術(shù)水平低，管理不善，抵抗大風(fēng)雨雪、外力破壞等不利因素的能力相對(duì)較弱，導(dǎo)線脫落、斷線時(shí)常發(fā)生;電氣設(shè)備不合格，外殼多無保護(hù)接地;農(nóng)村人口多、文化素質(zhì)普遍相對(duì)偏低，人們安全用電的意識(shí)和知識(shí)不強(qiáng)，不安全行為較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)70%以上的人身觸電事故屬于農(nóng)村低壓?jiǎn)蜗嘤|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(shí)施剩余漏電流動(dòng)作保護(hù)，農(nóng)村低壓電網(wǎng)如不實(shí)施全網(wǎng)剩余漏電流動(dòng)作保護(hù)，就嚴(yán)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(shí)施剩余漏電流動(dòng)作保護(hù)，這是供電企業(yè)為當(dāng)前社會(huì)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(shí)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(hù)正常運(yùn)行的關(guān)鍵

任何電網(wǎng)由于對(duì)地阻抗(包括對(duì)地絕緣電阻和對(duì)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(duì)地電壓(一般為220V左右)與有限的對(duì)地阻抗的比值，就不會(huì)為零，也就是說，低壓電網(wǎng)的對(duì)地漏電電流總會(huì)后大或小地存在，不會(huì)為零。習(xí)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(duì)地漏電電流稱為電網(wǎng)對(duì)地自然泄漏電流。由于受導(dǎo)線長(zhǎng)度、導(dǎo)線截面積、對(duì)地距離、所帶設(shè)備多少及對(duì)地絕緣阻值、天氣等因素影響，在實(shí)際運(yùn)行的低壓電網(wǎng)中，三相導(dǎo)線對(duì)地阻抗(我們可以把三相四線制電網(wǎng)看成三個(gè)單相電網(wǎng)的組合)通常是不平衡的，因此，三相對(duì)地泄漏電流也隨之不平衡，三相對(duì)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(yùn)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(jìn)行測(cè)試。當(dāng)電網(wǎng)三相不平衡漏電電流足夠大，達(dá)到保護(hù)器的動(dòng)作電流值時(shí)，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(hù)的可靠性越高。當(dāng)電網(wǎng)不平衡泄漏電流與人體觸電電流之間相位角絕對(duì)值在90°～180°區(qū)間時(shí)，會(huì)使保護(hù)器動(dòng)作的靈敏度下降，情況嚴(yán)重(兩者相位差絕對(duì)值為180°或接近180°)時(shí)，保護(hù)器甚至?xí)軇?dòng)，不能及時(shí)斷開觸電電源，導(dǎo)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(duì)值在0°～90°區(qū)間)，哪相漏電保護(hù)的靈敏度就會(huì)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(duì)值在90°～180°區(qū)間)，哪相漏電保護(hù)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(hù)器工作穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，對(duì)反應(yīng)電網(wǎng)三相不平衡漏電電流的第一級(jí)漏電電流動(dòng)作保護(hù)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(gè)問題。

5 實(shí)施全網(wǎng)(兩級(jí)或者三級(jí))漏電保護(hù)的必要性

(1)在單級(jí)總網(wǎng)保護(hù)方式中，漏電保護(hù)器保護(hù)范圍最大，為整個(gè)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(dá)到保護(hù)器動(dòng)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(gè)電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)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(duì)地絕緣電阻的限制，漏電保護(hù)器額定漏電動(dòng)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(hù)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(hù)器會(huì)出現(xiàn)保護(hù)不靈敏相和過靈敏相，導(dǎo)致觸電保護(hù)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(hù)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，在情況允許和可能的條件下，應(yīng)該同時(shí)滿足漏電保護(hù)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(hù)(即漏電中級(jí)保護(hù))和末級(jí)漏電保護(hù)，不受電網(wǎng)三相不平衡漏電電流影響，單相對(duì)地自然泄漏電流與人身觸電或設(shè)備對(duì)地絕緣損壞對(duì)地漏電電流基本同相位，因此，中級(jí)漏電保護(hù)器、尤其是末級(jí)漏電保護(hù)器靈敏度高，上級(jí)保護(hù)對(duì)下級(jí)保護(hù)又可以起到一定的后備保護(hù)作用，因而大大提高了保護(hù)可靠性;因保護(hù)范圍小，動(dòng)作跳閘時(shí)停電范圍大為縮小，而不會(huì)影響整個(gè)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(biāo)準(zhǔn)《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(hù)和漏電末級(jí)保護(hù)。對(duì)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(jí)保護(hù)。

6 漏電分級(jí)保護(hù)要做好級(jí)間配合問題

(1)實(shí)施兩級(jí)或三級(jí)保護(hù)的低壓電網(wǎng)中，要在額定動(dòng)作電流和額定動(dòng)作時(shí)間兩方面做好協(xié)調(diào)配合，尤其是在額定動(dòng)作時(shí)間方面，以保證漏電保護(hù)的選擇性，確保上級(jí)漏電保護(hù)器不越級(jí)動(dòng)作，使其動(dòng)作跳閘后所造成的停電范圍達(dá)到最小。

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

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

(4)下兩級(jí)漏電保護(hù)器額定動(dòng)作時(shí)間的配合，實(shí)際上就是上級(jí)漏電保護(hù)器的極限不動(dòng)作時(shí)間(TG1)和下級(jí)漏電保護(hù)器的額定動(dòng)作時(shí)間(T2)之間的配合。即上級(jí)漏電保護(hù)器的極限不動(dòng)作時(shí)間(TG1)必須不小于下級(jí)漏電保護(hù)器的額定動(dòng)作時(shí)間(對(duì)于組合式漏電保護(hù)器，還要包括主開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間)。當(dāng)TG1＞T2時(shí)，上、下兩級(jí)漏電保護(hù)器在動(dòng)作時(shí)間上可滿足分級(jí)保護(hù)的要求，當(dāng)TG1＞T2、TG2＞T3時(shí)，三級(jí)漏電保護(hù)器在動(dòng)作時(shí)間上可滿足分級(jí)保護(hù)的要求。

7 漏電分級(jí)保護(hù)中各級(jí)保護(hù)器的選型

因依靠不同額定動(dòng)作電流的漏電保護(hù)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(shí)時(shí)間的延時(shí)型漏電保護(hù)器，來取得分級(jí)漏電保護(hù)器的可靠選擇性，以協(xié)調(diào)各級(jí)保護(hù)器的配合。我國(guó)規(guī)定，上、下兩級(jí)漏電保護(hù)器之間額定動(dòng)作時(shí)間的最小級(jí)差值為0.2s。這樣，各級(jí)漏電保護(hù)器額定動(dòng)作時(shí)間的協(xié)調(diào)配合如下:

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

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

8 需注意的幾個(gè)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(hù)器后，為保證漏電保護(hù)器能夠發(fā)揮可靠的保護(hù)作用，需要注意以下幾個(gè)問題。

(1)變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)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(fù)接地)，且應(yīng)保持與相線同等的絕緣水平。同時(shí)不允許保護(hù)接零(零線)，否則就會(huì)造成漏電保護(hù)器拒動(dòng)或誤動(dòng)。

(2)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，正常情況下，農(nóng)村每戶對(duì)地漏電流約為幾個(gè)mA，且對(duì)地泄漏電流與負(fù)荷電流呈正向關(guān)關(guān)系，可參照推薦的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估計(jì)，對(duì)于照明電路和生活用電的單相電路，對(duì)地漏電流約為負(fù)荷電流的兩千分之一，對(duì)于三相三線制和三線四線制的動(dòng)力線路及動(dòng)力和照明混合線路，對(duì)地漏電流約為負(fù)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(fù)荷大小均勻地分布到三相電網(wǎng)上，做到三相負(fù)荷平衡分配，可減小三相不平衡漏電流，從而提升漏電保護(hù)器的可靠性。

(3)要避免組合式漏電保護(hù)器的零序電流保護(hù)器幾種錯(cuò)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(fù)荷不平衡電流遠(yuǎn)超漏電保護(hù)器額定電流動(dòng)作值，足以使漏電保護(hù)器發(fā)生誤動(dòng)作而不能正常投運(yùn));②工作零線未穿過零序電流互感器(三相負(fù)荷不平衡電流足以使漏電保護(hù)器發(fā)生誤動(dòng)作而不能正常投運(yùn));③工作零線和中性點(diǎn)接地線同時(shí)穿過零序電流互感器(工作零線中流過的三相負(fù)荷不平衡電流和電網(wǎng)漏電流足以使漏電保護(hù)器發(fā)生誤動(dòng)作而不能正常投運(yùn));④零序電流互感器只穿過零線的重復(fù)接地線(漏電流因被中性點(diǎn)接地線分流而減弱，從而大大降低了保護(hù)可靠性);⑤三極四線式漏電保護(hù)器未接入電源零線(導(dǎo)致保護(hù)器內(nèi)部試驗(yàn)回路無法接通，試驗(yàn)按鈕不起作用);⑥漏電開關(guān)的進(jìn)出線接反(導(dǎo)致脫扣線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電燒毀)。

(4)被保護(hù)電網(wǎng)以下故障能造成漏電保護(hù)器誤動(dòng)作:①在漏電保護(hù)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(hù)器保護(hù)的兩回路之間跨接用電設(shè)備，設(shè)備的正常負(fù)荷電流會(huì)作為不平衡電流，足以使兩臺(tái)漏電保護(hù)器都動(dòng)作跳閘，將嚴(yán)重影響兩個(gè)回路正常用電;②在零序電流互感器的進(jìn)出線兩側(cè)跨接負(fù)荷(跨接的負(fù)荷電流一般遠(yuǎn)大于漏電動(dòng)作電流，因而造成漏電保護(hù)器誤動(dòng)作而使其無法投運(yùn));③在被保護(hù)電網(wǎng)內(nèi)使用自耦式負(fù)載(由于自耦式負(fù)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(dǎo)致漏電保護(hù)器誤動(dòng)作);④大電機(jī)負(fù)荷開關(guān)閉合不同步。等于線圈與機(jī)殼(大地)之間加上了相電壓，對(duì)于機(jī)殼對(duì)地電容1μF以上的大電機(jī)，此時(shí)電容電流可高達(dá)70mA以上，一般會(huì)超過漏電保護(hù)器動(dòng)作電流，會(huì)引起誤動(dòng)作。

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

［2］DL/T 736－2000剩余電流動(dòng)作保護(hù)器農(nóng)村安裝運(yùn)行規(guī)程［S］.中華人民共和國(guó)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)發(fā)布，2001－01－01.

［3］全國(guó)統(tǒng)一編寫進(jìn)網(wǎng)作業(yè)電工培訓(xùn)教材［M］.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1993，1.