对农村低压电网漏电(剩余电流)保护的几点认识

张文鉴

(临沂大学电气工程及其自动化专业，山东 临沂 276000)

1 农村低压电网采用TT系统的原因

由于受成本等因素制约，在平衡各种因素的绝缘配合中，农村电网中的配电变压器、电机、家电等设备的绝缘裕度相对偏低，耐受外部过电压水平不高，低压避雷装置受各种因素制约不可能大范围安装。因此，为了限制低压电网由于种种原因而引起对地电压升高，导致电气设备绝缘受损，农村低压电网一般采用TT系统，即配电变压器低压侧中性点直接接地，网路内所有受电设备的外露可导电部分用保护接地柱(PEE)接至电气上与电力系统接地点无直接关连的接地极上。由于变压器低压侧中性点直接可靠接地，中性点电位就被钳制为大地电位，大地电位通常为现实中的零电位，整个低压电网就与大地取得电气联系，成为一个系统整体，限制了低压电网对地电压的漂移和变化。如忽略负荷电流在线路上的压降，变压器低压侧引出的三相线(俗称火线)对地电压就是对变压器中性点的电压，就是变压器低压侧绕组首末端间的电压，即相电压，额定电压值一般为220V。所以说一台配电变压器一次侧一旦接入额定电压，其二次侧输出电压也就固定为二次侧额定电压，其中性点一旦直接接地，其二次侧引出的三相线(俗称火线)对地电压也就固定为二次侧额定电压，从而限制了电压电网三相导线(俗称火线)对地电压出现过电压，危及电气设备绝缘。由于TT系统很好地限制了过电压，降低设备制造成本。这是农村电网采用TT系统的主要原因。

2 农村低压电网采用TT系统存在比较突出的人身触电问题

配变中性点直接接地，三相导线对地电压被牢牢钳制为相电压220V，一旦人身触及三相导线中任何一处裸露点，加在人身上的对地电压都是220V，远超出国家规定的人身基本安全电压50V(交流有效值)。在220V电压作用下，流过人身上的电流因受人体电阻影响，个体间差别较大，成年人正常情况下人体电阻值一般为2000Ω，流过人体的电流Ib为110mA，是人体安全电流30mA(心室纤维颤动阀值)的近三倍，会引发剧烈心室颤动死亡，更是远远超出人体摆脱阀值(正常男子为9mA，正常女子为6mA)，如果触电电源不会自动消除、在无任何外来帮助的情况下，人体不能自主摆脱电源，触电后极易发生溺死、高空坠落等二次灾害，非常危险。因此，农村低压电网采用TT系统供电同时带来一个非常严重的人身触电问题。

3 采用TT系统的农村低压电网必须实施漏电保护

(1)尽管最大对地人身触电电流可达到440mA(人身可触及的最大对地电压为220V、最小人体电阻为500Ω)，但对于反应动辄几十安、上百安、甚至上千安的负荷电流、短路电流的自动开关和熔断器而言，440mA依然是那么渺小，甚至可以忽略不计，自动开关和熔断器当然不会及时动作，切断触电电源，达到保护触电者的作用。对于对地绝缘损坏碰壳接地的电气设备，其对地泄漏电流受对地绝缘电阻的限制，一般也不会很大，自动开关和熔断器仍然不能起到很好的保护作用。

(2)但对于只反应mA级的系统对地泄漏电流(也称剩余电流)的漏电电流动作保护器(剩余电流动作保护器)而言，其动作值可以整定的很小(最低达6mA)，在系统发生接地故障(如人身触电、设备绝缘损坏碰壳接地等)，则出现较大的泄漏电流，可达几十mA、甚至上百mA，足以使漏电电流动作保护器可靠地动作，切断电源。所以说，漏电电流动作保护器在反应触电和漏电方面所具有的高灵敏性和快速性，是自动开关和熔断器等其他保护器所不能比拟的。这些差别是由它们不同的工作原理所决定的。

(3)农村的自然环境、人为环境等情况千差万别，农村低压电网实际状况参差不齐，绝缘破损导体外漏、私拉乱接现象普遍，用电条件差，设备因陋就简，技术水平低，管理不善，抵抗大风雨雪、外力破坏等不利因素的能力相对较弱，导线脱落、断线时常发生;电气设备不合格，外壳多无保护接地;农村人口多、文化素质普遍相对偏低，人们安全用电的意识和知识不强，不安全行为较多。据统计全国70%以上的人身触电事故属于农村低压单相触电。

(4)为有效保障人们用电安全，减少触电事故发生，采用TT系统的农村低压电网必须全网实施剩余漏电流动作保护，农村低压电网如不实施全网剩余漏电流动作保护，就严禁采用TT系统。所以，采用TT系统的农村低压电网必须全网实施剩余漏电流动作保护，这是供电企业为当前社会提供合格电力商品内在品质的基本前提，是农村现实状况基本需要。

4 电网三相不平衡漏电电流是影响漏电总保护正常运行的关键

任何电网由于对地阻抗(包括对地绝缘电阻和对地容抗)不可能无穷大，总在有限数值以内，所以，低压电网的对地电压(一般为220V左右)与有限的对地阻抗的比值，就不会为零，也就是说，低压电网的对地漏电电流总会后大或小地存在，不会为零。习惯上，我们把未发生人身触电、接地短路等事故情况下的电网的对地漏电电流称为电网对地自然泄漏电流。由于受导线长度、导线截面积、对地距离、所带设备多少及对地绝缘阻值、天气等因素影响，在实际运行的低压电网中，三相导线对地阻抗(我们可以把三相四线制电网看成三个单相电网的组合)通常是不平衡的，因此，三相对地泄漏电流也随之不平衡，三相对地泄漏电流的矢量和(即电网三相不平衡漏电电流)通常也不为零，并随电网运行状况变化而变化，其数值可用钳形毫安表在低压电网不停电的情况下很方便地进行测试。当电网三相不平衡漏电电流足够大，达到保护器的动作电流值时，低压线路将送不上电，反而言之，电网三相不平衡漏电电流越小，触电保护的可靠性越高。当电网不平衡泄漏电流与人体触电电流之间相位角绝对值在90°～180°区间时，会使保护器动作的灵敏度下降，情况严重(两者相位差绝对值为180°或接近180°)时，保护器甚至会拒动，不能及时断开触电电源，导致人身触电死亡。在三相电网中发生单相接地触电，电网三相不平衡漏电电流靠近哪相(两者相位差绝对值在0°～90°区间)，哪相漏电保护的灵敏度就会增高，电网三相不平衡漏电电流背离哪相(两者相位差绝对值在90°～180°区间)，哪相漏电保护的灵敏度就降低。从以上分析可知，电网三相不平衡漏电电流的大小和相位是影响电流型漏电保护器工作稳定性的一个重要因素，对反应电网三相不平衡漏电电流的第一级漏电电流动作保护器(总保)而言，这是其自身无法克服的问题。但又必须妥善解决这个问题。

5 实施全网(两级或者三级)漏电保护的必要性

(1)在单级总网保护方式中，漏电保护器保护范围最大，为整个低压电网，在低压电网中任何一处发生触电或者漏电，其程度达到保护器动作跳闸后，将造成大面积停电，且因跳闸原因不能马上被查出，造成整个电网长时间停电，保证连续供电的可靠性差;受电网三相不平衡漏电电流和总对地绝缘电阻的限制，漏电保护器额定漏电动作电流应不小于电网正常不平衡泄漏电流最大值的4倍，故漏电保护基本灵敏性不可能很高;受电网三相不平衡漏电电流影响，总网漏电保护器会出现保护不灵敏相和过灵敏相，导致触电保护可靠性差和频繁跳闸甚至低压电网送不上电情况发生，给生产生活带来一定的损失和不便。随着漏电保护技术进一步发展，在情况允许和可能的条件下，应该同时满足漏电保护率和供电可靠性这两方面的要求。

(2)单极两线式的分支漏电保护(即漏电中级保护)和末级漏电保护，不受电网三相不平衡漏电电流影响，单相对地自然泄漏电流与人身触电或设备对地绝缘损坏对地漏电电流基本同相位，因此，中级漏电保护器、尤其是末级漏电保护器灵敏度高，上级保护对下级保护又可以起到一定的后备保护作用，因而大大提高了保护可靠性;因保护范围小，动作跳闸时停电范围大为缩小，而不会影响整个低压电网的其他所有用户或设备的正常用电，从而极大提高了供电可靠性。所以，电力行业标准《农村低压电力技术规程》规定:采用TT系统的低压电力网，应装设漏电总保护和漏电末级保护。对于供电范围较大或者有重要用户的低压电力网可酌情增设漏电中级保护。

6 漏电分级保护要做好级间配合问题

(1)实施两级或三级保护的低压电网中，要在额定动作电流和额定动作时间两方面做好协调配合，尤其是在额定动作时间方面，以保证漏电保护的选择性，确保上级漏电保护器不越级动作，使其动作跳闸后所造成的停电范围达到最小。

(2)级漏电保护器的额定动作电流值一般要求应不小于1.5倍的下级漏电保护器中额定动作电流值最大的一台漏电保护器的额定动作电流值，且不应小于正常情况下被保护电网的对地不平衡泄漏电流的4倍。但是，在实际运行中，往往会出现触电或漏电电流值超过使上级漏电保护器的额定动作电流值，发生上级漏电保护器越级动作。因此，在动作电流值的上下级间配合，不足以保证漏电保护器的选择性。

(3)电保护器的额定动作时间(T)包括漏电保护器本身控制部分的动作时间(称为第一动作时间区，用TG表示)，即从检测出漏电动作信号到发出动作跳闸指令的这段时间和执行(灵敏)继电器或主回路开关的动作时间(称为第二动作时间区，用TQ表示)，在组合式漏电保护器来说，当作为分级保护而考察其额定动作时间的配合时，第二动作时间区还必须包括由用户选配的主开关的跳闸时间，漏电保护器的整个第二动作时间(TQ)其数值基本上为一固定值，为执行(灵敏)继电器或主回路开关的固有动作时间。在实际运行中，漏电保护器由于受动作电流与动作时间之间的反时限特性影响，其实际动作时间在一定范围内并不一定等于额定动作时间，当漏电动作信号在第一动作时间区TG以内消失时，漏电保护器可以返回到原状态而不再发出动作跳闸的指令，我们把这个最大时间叫作极限可返回时间，也就是我们平时常说的漏电保护器的极限不动作时间。

(4)下两级漏电保护器额定动作时间的配合，实际上就是上级漏电保护器的极限不动作时间(TG1)和下级漏电保护器的额定动作时间(T2)之间的配合。即上级漏电保护器的极限不动作时间(TG1)必须不小于下级漏电保护器的额定动作时间(对于组合式漏电保护器，还要包括主开关的动作时间)。当TG1＞T2时，上、下两级漏电保护器在动作时间上可满足分级保护的要求，当TG1＞T2、TG2＞T3时，三级漏电保护器在动作时间上可满足分级保护的要求。

7 漏电分级保护中各级保护器的选型

因依靠不同额定动作电流的漏电保护器不能获得可靠的选择性，所以主要是通过选用具有不同延时时间的延时型漏电保护器，来取得分级漏电保护器的可靠选择性，以协调各级保护器的配合。我国规定，上、下两级漏电保护器之间额定动作时间的最小级差值为0.2s。这样，各级漏电保护器额定动作时间的协调配合如下:

(1)反时限选择:总网级，延时0.2s;分支级，利用反时限特性;末端级，快速型(T≤0.1s)。

(2)延时选择:总网级，延时0.4s;分支级，延时0.2s;末端级，快速型(T≤0.1s)。

8 需注意的几个问题

在220/380V三相四线制采用TT系统低压电网中，采用电流型漏电保护器后，为保证漏电保护器能够发挥可靠的保护作用，需要注意以下几个问题。

(1)变压器低压侧中性点直接接地，接地可靠，接地线不得开断，中性线(零线)不得再行接地(重复接地)，且应保持与相线同等的绝缘水平。同时不允许保护接零(零线)，否则就会造成漏电保护器拒动或误动。

(2)根据实测结果，正常情况下，农村每户对地漏电流约为几个mA，且对地泄漏电流与负荷电流呈正向关关系，可参照推荐的经验公式进行估计，对于照明电路和生活用电的单相电路，对地漏电流约为负荷电流的两千分之一，对于三相三线制和三线四线制的动力线路及动力和照明混合线路，对地漏电流约为负荷电流的千分之一。所以，在三相四线制采用TT系统低压电网中，把不同性质的负荷大小均匀地分布到三相电网上，做到三相负荷平衡分配，可减小三相不平衡漏电流，从而提升漏电保护器的可靠性。

(3)要避免组合式漏电保护器的零序电流保护器几种错误的装设方法:①零序电流互感器只穿过工作零线(工作零线中流过的三相负荷不平衡电流远超漏电保护器额定电流动作值，足以使漏电保护器发生误动作而不能正常投运);②工作零线未穿过零序电流互感器(三相负荷不平衡电流足以使漏电保护器发生误动作而不能正常投运);③工作零线和中性点接地线同时穿过零序电流互感器(工作零线中流过的三相负荷不平衡电流和电网漏电流足以使漏电保护器发生误动作而不能正常投运);④零序电流互感器只穿过零线的重复接地线(漏电流因被中性点接地线分流而减弱，从而大大降低了保护可靠性);⑤三极四线式漏电保护器未接入电源零线(导致保护器内部试验回路无法接通，试验按钮不起作用);⑥漏电开关的进出线接反(导致脱扣线圈长时间带电烧毁)。

(4)被保护电网以下故障能造成漏电保护器误动作:①在漏电保护的回路中相线、零线与其他回路公用。常见的如在甲、乙漏电保护器保护的两回路之间跨接用电设备，设备的正常负荷电流会作为不平衡电流，足以使两台漏电保护器都动作跳闸，将严重影响两个回路正常用电;②在零序电流互感器的进出线两侧跨接负荷(跨接的负荷电流一般远大于漏电动作电流，因而造成漏电保护器误动作而使其无法投运);③在被保护电网内使用自耦式负载(由于自耦式负荷工作电流的一部分通过自耦变压器底座上的接地线而构成分流线路，导致漏电保护器误动作);④大电机负荷开关闭合不同步。等于线圈与机壳(大地)之间加上了相电压，对于机壳对地电容1μF以上的大电机，此时电容电流可高达70mA以上，一般会超过漏电保护器动作电流，会引起误动作。

［1］DL/T 499－2001农村低压电力技术规程［S］.中国电力出版社，2002－02－01.

［2］DL/T 736－2000剩余电流动作保护器农村安装运行规程［S］.中华人民共和国经济贸易委员会发布，2001－01－01.

［3］全国统一编写进网作业电工培训教材［M］.辽宁科学技术出版社，1993，1.