1、1低压供电系统中漏电的危害及预防措施分析摘要：本文首先对低压供电系统中漏电的危害及特点进行了介绍，重点分析了低压供电系统中漏电的预防措施。 关键词：低压；漏电；危害；措施 中图分类号：TM934.31 文献标识码：A 文章编号： 1 低压供电系统漏电的危害 1.1 当设备或线路出现漏电情况时，线路与大地之间会产生电位差，对触电人员的生命构成威胁，情况严重者，会当场死亡。 1.2 漏电会造成电力的损耗，致使大量电量流失，造成国家的经济损失。 1.3 容易造成电气火灾。由于漏电现象发生时，会有漏电电流热效应伴随发生，这是加快线路老化的原因，进而会造成线路短路，最后酿成火灾。 2 低压供电系统漏电事
2、故的规律和特点 电击所造成的危害称为漏电事故，它是最严重的电气事故之一，因为它可直接导致人员死亡、伤残或引发坠落等二次事故致人伤亡。漏电事故发生率，是衡量一个国家和地区安全用电水平的重要标志。如何降低漏电事故发生率，是全世界关心的一个问题，世界各国在这个问题上也做了大量工作。据有关资料显示，我国漏电事故的发生率比发达国家高出十倍以上。通过对漏电事故的统计与分析表明，漏电事故具有以下2规律和特点:农村的漏电事故大大多于城市，农村所占比例为 85%以上;漏电事故有明显的地区性、气候性和季节性，从实际情况来看，我国的漏电事故发生率从东到西是由低到高的梯度分布，南方地区比北方地区的漏电事故发生率高，夏
3、天比冬天的漏电事故发生率高:单相漏电事故大大多于两相间的漏电事故，这是由于我国的电压电网绝大多数是中性点直接接地，而且漏电事故的后果十分严重。因此，防止漏电事故的技术措施应重点放在单相漏电事故危险上。我国从改革开放以来，随着安全用电技术水平的提高，漏电事故发生率大大下降，但不同的区域还存在很大差异，与发达国家相比，差距仍然很大。因此，我们有必要对漏电加以保护。 3 低压供电系统漏电保护的方法 要降低漏电事故发生率，提高我国安全用电水平，根据漏电事故的规律和特点，就必须采用适当的方法进行保护。全世界通行的保护方法有保护接地法、保护接零法、隔离变压器法、超低电压法、双重绝缘法、位置绝缘法以及依靠漏
4、电保护器来切断漏电事故的漏电分断法等。下面主要分析接地/接零保护法、双重绝缘法、隔离变压器法和漏电分断法等四种保护法。 3.1 低压供电系统接地形式 为了便于分析，我们先了解低压供电系统按接地形式的特点。依照国际电工委员会(简称 IEC)规定，当前我国的低压供电系统按接地形式可分为 IT、TT 和 TN 三种类型，具体特点如下: 3.1.1IT 系统 3IT 系统的特点是变压器二次侧中性点不接地或经高阻抗接地，将电气设备的金属外壳接地。如图 1 所示 图 1 IT 系统 3.1.2TT 系统 TT 系统的特点是变压器二次侧中性点和电气设备的金属外壳端均接地，并在变压器二次侧中性点处引出一条中性
5、线，即工作零线或称 N 线。如图 2 所示。 图 2 TT 系统 3.1.3TN 系统 TN 系统的特点是变压器二次侧中性点直接接地，并由中性点引出中性线(N 线)，电气设备外壳经公共保护线(PE 线或 PEN 线)接地。这种系统，在我国城乡的低压配电网中是应用最多的。TN 系统通常有三种形式，即:TNc 系统，中性线和保护线不分开;TNs 系统，中性线和保护线分开;TNcs 系统，电网的一部分中性线和保护线不分开，而另一部分分开。如图 3 所示。 图 3 43.2 接地/接零保护法 这种方法是将电气设备的导电(不带电)部分保护接地或保护接零的保护方法，目的在于控制电气设备的故障电压值低于安全
6、电压之下，以防止漏电事故发生。 3.2.1 保护接零 在 TN 系统中，为了保证人身和设备安全，把电气设备正常时不带电的外壳与系统的中性线(PEN 线或 PE 线)做可靠的金属连接，这就是保护接零。其作用是:一旦电气设备的绝缘损坏，金属外壳带电，形成金属性单相短路。短路电流可使线路上的短路保护器动作，切除故障所在电网的电源，有可能避免漏电事故造成的危害。在切除电源之前，漏电造成的对地电压(接触电压)Ug 可按下式近似计算，如图 4，即: Ug=KmU/(1+m) 式中，m 是保护零线电阻与相线电阻之比，即 m=RPE/RP;K 是计算系数，取值 0.61.0 之间。 图 4 实际上，TN 电网
7、若没有其他保护，仅依靠回路阻抗分压，将漏电设备的对地电压降低到安全范围的可能性不大。例如，当 U=220V、m=1 时，Ug=66110V;当 U=220V、m=2 时，Ug=88147V。可见，这些电压值都大大超过了安全电压值。在这种情况下要实现漏电保护，首先应当想到快速切断故障电网部分的电源;其次才是降低漏电设备的对地电压到安全范5围。但是，快速切断故障电网部分的电源仅依靠短路保护装置是不太可能保护所有的漏电故障的，如带电体串接限流电阻搭壳等。如果需要可靠保护漏电故障，还应当加装漏电保护电器，才能在任何漏电故障发生时，迅速切断故障电网的电源。同时，在 TN 电网系统中，还应当注意重复接地问
8、题，以保证在 N、PE、PEN 线中途断线时，远处的电网N、PE、PEN 线可靠接地，否则，电网变成类似 IT 电网系统，使得原来按TN 电网系统配置的保护装置失效，断线以外的电网就得不到保护。 3.2.2 保护接地 在 TT(或 IT)系统中，把电气设备正常时不带电的外壳通过各自的保护线(PE 线)直接接到各自的接地体上，这就是保护接地。其作用是:当设备绝缘损坏时，金属外壳带电，此时人体触及带电设备外壳，倘若没有保护接地，通过人体的电流(图 5)按近似计算约为: Id=220/（Rr+Ro）=220/（1000+4）=0.219A=219mA 式中，Rr 为人体电阻，取值 1000;Ro=4
9、0 的安全电流。 图 5 图 6 电器外壳有接地保护时 电器外壳有接地保护时但是，当设备采用了保护接地(图 6)，假设保护接地电阻为 Rd=4，则单相接地电流约为: Id=220/(Rr+Ro)=220(4+4)=27.5A 这个电流对于小容量的电气设备来说，其保护电器可以很快动作切断电源，但对于容量较大的电气设备，就难以保证保护电器可靠动作。为此，应以安全接触电压值(50V)来保证6人身安全，即满足: 220/(Rr+Ro)Rd50 或 Ro/Rd(22050)/50=3.4 一般 Ro=4，则 Rd1.18。这么小的接地电阻值是很不容易实现的，即使实现也是不经济的。因此，在多数情况下，设备
10、接地虽然能够有效降低接触电压，但要降低到安全电压以下还是有困难的。由此，综合考虑并结合 TT 系统的特点，在采用保护接地的同时，必须配合使用专用的漏电保护器，才能确保漏电保护有效。 3.3 双重绝缘保护法 双重绝缘保护，就是为了防止漏电事故，在带电体原有绝缘层的基础上，是电气设备和输电电缆的某些必要的部位增加另一层(或几层)绝缘层，是一些相对绝缘层容易失效的场合，在某层绝缘层失效以后，还有另一层绝缘层可提供保护。双重绝缘可以分为两类:一类是电缆的双重绝缘;另一类是电气设备双重绝缘。对于电缆类的双重绝缘，就是将电缆做成工作绝缘层和保护绝缘层，对一些特别需要加强防止机械性损伤的双重绝缘电缆，还要在
11、绝缘层外加金属铠装:对于需要穿过高温、腐蚀、潮湿环境的电缆，需要外加隔热、防腐、防水层。对于电气设备，主要是针对薄弱部位、易损部位、人体易触及部位增加绝缘强度，所有这些可统称为电气设备的双重绝缘。需要说明的是，针对上述三个部位的双重绝缘保护，增加的防护层并不总在上述三个部位处，只要在漏电回路中的某个或某些环节增加一道以上绝缘层，或在几道关键处增设绝缘层，都可叫电气设备的双重绝缘。 3.4 隔离变压器保护法 7隔离变压器，是一种主要用来分隔两个回路的变压器。这种变压器一次侧和二次侧线圈有经过耐压试验的绝缘隔板，绝缘隔板即一次侧和二次侧绝缘层以外的双重绝缘。利用隔离变压器保护法来作为漏电保护，保护
12、原理是:一是隔离变压器二次侧回路以不接地形式出现，使二次侧回路难以形成接地电流;二是使二次侧回路的端电压在安全电压范围内，从而达到漏电保护的目的。 3.5 漏电分断保护法 漏电分断保护法是随着自动化技术和电气技术的发展而发展起来的。通过漏电故障的自动检测，将检测到的故障信号放大，去使保护电器迅速跳闸，从而实现漏电保护的目的。根据动作方式的不同，漏电分断保护法可分为电压动作式漏电分断保护法和电流式漏电分断保护法。在电压动作式漏电分断保护法中，保护电器通过检测线圈检测到设备漏电故障电压，并达到一定值时，该电压信号促使保护电器动作跳闸，切断故障电源，达到漏电保护的目的。这种保护方法一是动作电压的整定
13、，要满足人体安全电压要求十分困难;二是不能作为直接电击保护。另外在工程中还存在其他一些实施上的困难。因此，现在各国规范(包括 IEC 规范)均不推荐采用电压动作式漏电分断保护法。 图 7 图 7 是三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理示意图。TA 为零序电流互感器，A 为放大器，QF 为主开关，TR 为主开关的分励脱扣器线8圈。在被保护电路工作正常，没有发生漏电或触电的情况下，由基尔霍夫定律可知，通过 TA 一次侧的电流相量和等于零，即: IL1+IL2+IL3+IN=0 这样 TA 的二次侧不产生感应电动势，漏电保护器不动作，系统保持正常供电。当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流
14、的存在，通过 TA 一次侧各相电流的相量和不再等于零，产生了漏电电流 I。 IL1+IL2+IL3+(IN)=I0 在铁心中出现了交变磁通。在交变磁通作用下，TA 二次侧线圈就有感应电动势产生，此漏电信号经中间环节进行处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈 TR 通电，驱动主开关 QF 自动跳闸，切断故障电路，从而实现保护。用于单相回路及三相三线制的漏电保护器的工作原理与此相同。 从上面可以看出，漏电信号由零序电流互感器检测出来，只要漏电电流达到预定值，就会使保护开关电器“跳闸” ，切断电源，防止漏电事故的发生。所以不管是直接接触，还是间接接触产生的漏电事故，它都能提供有效的保护。
15、这种保护就是国际电工组织(IEC)及我国强制国家标准中所称的:“剩余电流动作断路器(RCCB)” 。 4 结论 从以上的分析可以看出，要防止漏电事故的发生，我们采取的措施概括为:疏，即接地、接零保护法;堵，即双重绝缘保护法;分隔，即隔离变压器保护法;自动检测/自动电器分断，即剩余电流分断保护法。对于接地、接零保护法，我国低压供电系统中，目前使用最多的是9TNCS 电网系统，但随着社会的进步，越来越多使用 TT 电网系统。在这些常用的电网接地保护系统中，由于依靠单相短路使短路保护的断路器动作来完成漏电保护，是非常不可靠的。因此，这类系统必须引入漏电分断保护电器。对于双重绝缘保护法，它是在单重绝缘
16、容易失效的情况下，增加了安全屏障，并针对绝缘失效的原因，对绝缘层采取了理化方面的保护措施。它只强化绝缘，是被动地避免漏电事故的发生。如果漏电事故不可避免地发生了，双重绝缘这时就无能为力了。因此，双重绝缘对于漏电保护是不能单独完成的，也需要配合使用漏电分断保护电器，才能完整地实现漏电保护。对于隔离变压器保护法，它对漏电保护是十分有效的，但它一般为小容量变压器，也不单独使用。通常只用于系统的局部供电以及需要降压的小容量场合。因为这种保护法使用隔离变压器，增加系统的成本，所以，它也是很少单独使用的保护方法。对于漏电分断保护法，它是唯一通过直接检测漏电信号，由该信号操作保护电器动作，信号操作保护电器的动作值可以根据触电对人体的作用来确定。从漏电事故造成的危害来看，造成的危害不仅与漏电电流的大小有关，还与漏电电流作用的时间有关。漏电分断保护法是四种漏电保护法中，唯一可以控制事故发生到保护动作时间的保护法。因此，电流动作式漏电分断保护法才是针对漏电保护的专业保护法。 参考文献： 1 杨有启，钮英建.电气安全工程M.北京：首都经济贸易大学出版社，2009. 2 李娅. 低压配电系统接地故障保护J.电气时代，2005. 10
