居民小區(qū)漏電保護開關越級跳閘原因及對策分析

向珉江，范憲銘，張　輝（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南　250012）

居民小區(qū)漏電保護開關越級跳閘原因及對策分析

向珉江，范憲銘，張輝
（國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

漏電保護開關越級跳閘不僅影響居民正常用電，也給排查故障增加了難度。分析漏電保護的基本原理及采取多級漏保的優(yōu)點，結合居民小區(qū)里三級漏保開關的運行現(xiàn)狀，對越級跳閘的原因進行了分析，并提出了相應的改進方法。

漏電保護開關；越級跳閘；三級保護；低壓配網

0　引言

漏電保護技術是一種檢測低壓配電系統(tǒng)發(fā)生漏電故障并及時切斷電源的技術，其目的主要是防止人身觸電死亡事故，預防電氣漏電引起火災。

漏電保護技術最早伴隨著礦井電網出現(xiàn)于20世紀30年代的英國。40年代起，前蘇聯(lián)、西德、波蘭、日本等國也先后開發(fā)出適合于本國礦井供電系統(tǒng)的漏電保護裝置。我國于50年代初引進了前蘇聯(lián)的漏電保護技術。隨著科學技術的發(fā)展和人們對居家用電安全的需要，1980—1999年我國在廣大的農村和城市低壓配電網中推廣使用漏電保護器［1-3］。多年來的實踐證明，漏電保護器對用電安全起到了顯著的保護作用。

長期以來，對漏電保護技術的應用研究主要集中在礦井［4-5］和農電［6-7］系統(tǒng)，對城市配網的漏電保護技術缺乏關注。一方面是認為城市配漏電危害性遠低于礦井，另一方面是認為城市配網的可靠性要遠高于農網。目前，城市配網中漏電保護技術的主要問題是供電可靠性與用電安全性的矛盾。隨著社會經濟的發(fā)展，城市用戶對供電可靠性和安全性的要求均在不斷提高，這就要求漏電保護器能在最短的時間、最小的范圍內準確地切斷漏電處的電流。在實際運維過程中，常發(fā)生居民小區(qū)內漏電保護開關越級跳閘的事件，給居民用電帶來了不便。與傳統(tǒng)低壓配電方式不同，居民小區(qū)的整個低壓配電系統(tǒng)都隱藏在地下室、橋架、豎井內，漏電開關越級跳閘時，查找故障變得極為不便。

1　漏電保護基本原理

1.1動作原理

漏電保護的基本原理為基爾霍夫電流定律（KCL），即流入一個節(jié)點的電流必然等于流出電流。如果某處發(fā)生漏電的情況，那么該處上游的任一節(jié)點處就會檢測出不平衡電流。

在我國居民用電體系中，采用TT、TN-C、TN-S 或TN-C-S低壓系統(tǒng)，使用三相四線制或三相五線制方式供電。就居民用電體系而言，無論采用哪種低壓系統(tǒng)或哪種線制方式供電，其基本原理都是一致的。圖1是一個典型三相四線制用電系統(tǒng)，ABC三相流入的電流分別是ia、ib、ic，N線流回的電流為iN，電流方向如圖1所示。正常情況下，ia+ib+ic+iN=0。

在開關處裝有一個檢測線圈，按照安培環(huán)路定律，正常情況下檢測線圈的磁感應強度為0。假設A處有漏電現(xiàn)象，漏電電流為i′b。i′b將經過大地回流到變壓器中性點處，而不再經過N線回流，于是檢測線圈處ia+ib+ic+iN=i′b≠0，判定為發(fā)生漏電，觸發(fā)開關動作切除電流。單相系統(tǒng)與此類似。

圖1　漏電保護原理

考慮到檢測線圈的傳感誤差、繼電器誤差以及導線存在正常的泄漏電流等情況，不可能完全等于0，設定了一個動作閥值i0，于是漏電保護動作的判定公式可以表示為：

1.2產生漏電的原因

居民小區(qū)用電中，常出現(xiàn)以下幾種漏電原因［8］：1）用電設備本身絕緣損壞，設備中的N線與PE線短路；2）接線不正確，N線與PE線反接；3）低壓電纜絕緣皮破損或因潮濕等原因致絕緣強度降低，使相線或N線與大地接觸；4）人身意外觸電。

漏電保護開關頻繁跳閘一般可以排除人身觸電的原因。長期的運行經驗表明，漏電保護開關頻繁跳閘多發(fā)生于房屋裝修、改造等施工過程中，產生原因多是由于上述原因的1）、2）項，非施工期間多是由于1）、3）項所致。

1.3漏電保護的多級保護原理

電力系統(tǒng)中對發(fā)電、輸電及變電等主設備的繼電保護有“四性”要求，即：可靠性、選擇性、速斷性和靈敏性。漏電保護雖然應用于最低的電壓等級上，且主要作用是防人身觸電，但同樣也需要滿足“四性”要求。

因此，漏電保護也采用了與輸電線路電流保護類似的多級保護原理，通常可以分為二級、三級或四級保護。如圖2所示為一個典型的漏電三級保護示意圖。順著電流的流向安裝有K1、K2、K3三個漏電保護開關，其動作電流、動作時間和保護區(qū)間如表1所示。

圖2　漏電三級保護原理

表1　各級漏電保護的定值和保護區(qū)間

可以看到，與輸電線路電流保護相同的是，上下級保護間的動作電流和動作時間均相互配合，形成級差。上一級保護除作為本段線路的主保護外，還作為后一級保護的后備保護；不同的是，電流保護采用階段式的保護原理，通常每個保護安裝處同時設有I段（電流速斷）、II段（定時限電流速斷）、III段（過流保護）三組定值，而漏電保護僅設一組動作電流和時間定值，不采用階段式保護原理，這是由開關自身的結構特點決定的。最為特殊的是，該組動作電流值可以滿足保護至線路末端的要求，體現(xiàn)了對人身觸電的絕對保護，也體現(xiàn)了漏電保護的絕對“可靠性”，但會帶來易發(fā)生越級跳閘的風險。

理想狀態(tài)下，K1、K2、K3均應在主保護的區(qū)間內動作，即C后段的漏電由K3動作，其他不動作；B、C之間的漏電由K2動作，K1不動作。優(yōu)點為：1）滿足速斷性的要求，因為越靠近漏電處的開關時間定值越小，動作時間更短；2）滿足選擇性的要求，方便對漏電故障的定位；3）滿足靈敏性的要求，開關對其保護范圍內的漏電故障，無論原因、類型、過渡電阻如何，均能敏銳感覺，正確動作。

漏電保護越級跳閘雖然從側面反映了多級保護設置的可靠性，但卻給實際運維工作帶來巨大困難。同時經過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，依靠漏電后備保護來切除故障已遠遠背離了設置多級漏保的初衷。

2　居民小區(qū)漏保開關配置現(xiàn)狀

居民小區(qū)低壓開關眾多，可以詳細分為8級，如圖3所示。

圖3　典型小區(qū)低壓配電系統(tǒng)

圖3中具有漏電保護功能的開關有3個：戶內開關、表箱總開關、低壓分支箱總開關，構成了漏電“三級保護”功能。

末端保護。戶內開關，是單個居民戶的用電總開關。額定電流一般為16～64 A，通常帶漏保功能，動作電流為30mA，動作時間≤0.1 s。戶內開關是最靠近用戶的一級保護，依據保護配置的“選擇性”特點，其動作特性應該最靈敏。動作電流之所以固定為30 mA，是由于實驗證明，通過人體的50Hz交流電流不超過30mA時，人體不會因發(fā)生心室纖維性顫動而死亡，它與人體潮濕程度、接觸電壓高低無直接關系。所以，國際電工協(xié)會的所有防人身電擊的標準和條文中，都規(guī)定動作電流不大于30mA。動作時間上則是毫無延遲的，為開關機構固有的動作時間，但不得慢于0.1 s。

中間保護。表箱總開關，供電范圍通常為低層住宅的一個單元或中高層住宅中的1～3層樓。額定電流一般為100～150 A，大部分帶漏保功能，少部分僅為三相開關，不帶漏電保護功能。參數方面，部分開關參數固定，部分開關參數可調?？烧{參數的開關又分為僅可調電流值和電流、時間值均可調兩種，如圖4所示，其參數通常為：電流值100～500mA，時間值0.2～1 s?，F(xiàn)場實踐經驗發(fā)現(xiàn)，表箱總開關的制造廠家多，產品型號不統(tǒng)一，即使同一個小區(qū)也常出現(xiàn)多個廠家生產的多個類型開關，產品質量參差不齊，可靠性也難以保證。

圖4　表箱總開關

首端保護。低壓分支箱總開關，如圖5所示。供電范圍通常為低層住宅的一棟樓、中高層住宅中的一個單元或幾層樓。額定電流一般為315～630 A，均帶漏電保護功能，保護參數均可調。漏電保護的參數一般為：電流定值100～500mA，動作時間0.4～2 s。制造廠家比較統(tǒng)一規(guī)范，產品質量口碑較好。

圖5　低壓分支箱總開關（電流、時間均可調）

3　越級跳閘原因分析

“三級保護”有著明確的分工，應實現(xiàn)選擇性跳閘，在相關參數上也是有明確要求和明顯區(qū)別的。實際運行中，卻經常發(fā)生越級跳閘的現(xiàn)象，可以總結為“末端不跳、中間少跳、首端頻跳”。

末端保護開關（即戶內開關）質量嚴重不過關。GB 13955—2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》要求該開關動作電流為30 mA，動作時間≤0.1 s。該開關動作機構為電磁式，由于產品質量等方面的原因，大部分開關的實際動作時間遠大于該值。同時，部分戶內開關僅有過流速斷的能力，不具備漏電保護功能，所以缺失了“三級保護”中最關鍵的一環(huán)。

存在部分人為破壞開關漏保功能的情況。因用電設備漏電或接線錯誤等原因，某一供電范圍內開關頻調，給小區(qū)物業(yè)管理和居民用電帶來困難。因此，一些小區(qū)物業(yè)或居民私自破壞開關的漏保繼電器，使該繼電器不能正常動作。

上、下級開關參數設置不合理，保護級差不明顯。開關參數的設置長期未引起足夠的重視，如圖6所示，相鄰的兩個表箱總開關所帶用戶數量一致，但一個動作電流為100mA，另一個卻為500mA。它們上一級的分支箱總開關，可調動作電流最大為500mA，如圖7所示。顯然，上下級開關不能形成很好的動作電流保護級差，容易發(fā)生越級跳閘的情況。

圖6　相鄰兩個表箱總開關電流定值不同

圖7　分支箱總開關電流定值最大均為500m A

在動作時間上，上下級開關配合度也不高。GB 13955—2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》關于三級漏保時間的規(guī)定見表2，且規(guī)定相鄰兩級間的時間級差最少為0.2 s。

表2　GB 13955—2005中關于動作時間的規(guī)定　s

而實際情況是，二級開關的時間定值可能比三級的大，如圖8所示，該分支箱總開關時間定值僅為0.4 s，表箱總開關基本無法配合。

圖8　分支箱總開關時間定值僅為0.4 s

二、三兩級開關的電流定值相互重疊，時間上無配合，易發(fā)生越級跳閘。

4　對策分析

漏電故障查找極為困難，尤其當發(fā)生越級跳閘導致停電范圍擴大時更是難以查找，且易重復發(fā)生，有效的防范措施就是做好開關“三級保護”功能。在我國的居民用電體制中，末端保護（戶內開關）屬用戶資產，中間和首端保護屬供電公司資產，其中尤以中間保護（表箱總開關）更為重要。實踐經驗表明，停電范圍越小，查找故障點的難度將會成倍減小。

排查“三級保護”開關不帶漏保功能的情況，及時整改。有的小區(qū)可能存在表箱總開關不帶漏保功能的情況，對該類情況應結合線路、臺區(qū)停電及時更換。另外，采取措施堅決杜絕人為解除二級漏保功能的情況發(fā)生。

排查表箱總開關和分支箱總開關的定值情況，不合適的及時修改?？紤]實際運維情況，應盡量拉開二、三級開關的保護級差，使二級開關的保護功能前移以彌補一級開關保護功能的缺失。結合前述國標的有關規(guī)定，表箱總開關的電流定值可設置在100mA左右、時間定值應≤0.3 s；分支箱總開關的電流定值應≥300mA，時間可≥1 s。

新戶表建設和老舊戶表改造工程驗收時，應注意對開關質量及其產品說明書、試驗報告的驗收，要進行脫扣試驗，并將相關定值要求寫入驗收標準中。對于戶內安裝接線不正確、戶內無漏電保護、漏電保護質量不過關等情況，可加強對建筑供配電系統(tǒng)施工安裝前圖紙的審核及安裝時質量方面的監(jiān)管，必要時請第三方監(jiān)理單位加入。

采取技術手段降低漏保開關越級跳閘的影響。例如使首端的分支箱總開關具備一次重合閘的能力。分支箱總開關跳閘的停電范圍大，且不易縮小故障查找范圍。在居民小區(qū)中，漏保跳閘的大部分原因是用電設備絕緣損壞或臨時用電接線錯誤。使用該類設備或接線時瞬間便失電，會對用電居民起到警示作用，重合成功的概率較高。同時重合一次后，也增加了一次末端和中間保護正確跳閘的機會，達到縮小停電區(qū)間的目的。

加強對居民安全用電的培訓。漏保開關不可避免地存在一定保護死區(qū)，在加強技術手段的同時也必須加大管理力度，向客戶宣傳安全用電有關規(guī)程，做好各項安全措施，提高用電過程中自我防范、自我保護的意識。

5　結語

漏電保護開關是低壓配電系統(tǒng)的重要組成部分，是防止人身觸電傷亡事故和火災事故的重要技術措施，必須引起運維管理人員的高度重視。漏電保護越級跳閘，不僅擴大了停電范圍，提高了排故難度，而且給居民正常用電帶來麻煩。必須采取有效的管理措施和技術措施，減少越級跳閘率，提高運行管理水平，提高居民用電的供電可靠性。

［1］宋建成，翟生勤，范世民，等．礦井低壓電網漏電保護技術的發(fā)展［J］.電網技術，2001，25（10）：58-62．

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［6］谷曉津．安裝漏電保護裝置后安全用電與供電可靠性的矛盾分析［J］．科學之友，2007（6）：17-19．

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Causes and Countermeasures of Override Tripping of Leakage Protection Sw itch in the Resident Sub-district

XIANG Minjiang，F(xiàn)AN Xianming，ZHANG Hui
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

The override tripping operation of leakage protection switches not only affects the residential electricity consumption，but also increases difficulties of troubleshooting.The basic principle and advantages of themulti-stage leakage protection are introduced，reasons of the override trip are analyzed combining status of three-stage leakage protection in the resident subdistrict，and then corresponding improvementmethods are proposed.

leakage protection switch；override trip；three-stage protection；low voltage distribution network

TM774

B

1007－9904（2016）04－0051－05

2015-11-31

向珉江（1986），男，工程師，從事配電線路和設備運維工作；

范憲銘（1979），男，工程師，從事配電運維和管理工作。