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介绍一种防止人身触电和电气火灾的断线保护装置 |
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| 介绍一种防止人身触电和电气火灾的断线保护装置 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 8:56:44  |
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中国电力科学研究院 黄廼元
【本文曾在《农村电气化》2003年第2期上摘要刊载。为尽快使该产品在防止城镇居民电气火灾中发挥作用，现将原文修改后将全文在此发表。】
【摘 要】 防止人身触电和电气火灾，一直是供电部门和建筑部门积极探索的问题。家用剩余电流动作保护器（旧称“触电保安器”）虽然能对家庭发生的人身触电起到一定保护作用，但在触电死亡中占有较大比重的低压架空线路断线引起的人身触电，现在农网中安装的大量“漏电总保护开关”却无法给予保护。本文介绍的保护装置能在低压配电线路中任一导线（含中性线）断线时迅速切断电源，从根本上解决碰触带电导线引发的人身触电事故。基于这一原理，该装置还可预防中性线断线引发的配电电压升高烧毁家用电器的事故；防止低压断线后因“打火”引发的电气火灾；亦可对线路被盗发出声光报警信号。
【关键词】 低压配电网；任意线断线保护；防止人身触电；防止电气火灾；防止线路被盗
建国以来，我国农网建设一直处于没有资金投入的状况，网络非常薄弱，设备简陋陈旧，各种生产事故和触电事故不断，五、六十年代曾有全国农村一年触电死亡数千人的沉痛记录。其后虽经几次改造，但因资金匮乏，规模甚小，不能彻底改变落后面貌。
1998年开始的大规模农网改造，国家为农村电网建设与改造投入（贷款）资金约3000亿，使农网在网架结构上，装备水平上，以至在运行管理上，都有了长足的进步。农村低压配电网一改过去的破旧简陋、迂回供电等不合理状况，高质量、高可靠性地为农民提供使用安全、价格合理的电能。尤其是近年来在低压配电网建立的分级保护制度，更是保障农村安全用电的有力措施。目前，这一制度仍然作为一流县电力企业应该达到的标准之一。
但是，根据现行规程规定，在分级保护中，除末级（家用）漏电保护装置外，其他保护都是作为保护配电变压器及其所带线路的安全运行而设置的，动作整定值较大，不可能作为防止人身触电的安全保护。
如何才能有效防止断线引发的触电事故呢？
本人曾多年荣任原国家电力公司农电系统安全专责，为解决上述问题曾作出不懈努力。虽然每年统计的触电死亡人数已经由多年前的近千人下降到现在的一百多人，但是仍然无法杜绝触电死亡事故。根据本人多年对农村居民触电事故的统计、调查和分析，发现电力线路断线后的带电导体是造成人身触电伤亡的最主要原因，而低压架空线路造成的事故又远比高压线路为多。农网低压配电架空线路（裸线注）断线后，带电导线经常被没有防护意识的农民碰触，引发人身触电事故。而高压线路一般运行水平较高，有的还具有断线保护或接地保护，因此高压线路断线引发的人身触电事故较少。
以上分析可见，解决低压架空线路断线引发人身触电事故的途径，就是要在低压配电线路断线后立即切断供电电源。
2000年4月，本人在“全国农网漏电保护开关专家组会议”上首次提出这一解决低压断线引发触电事故的设想，并开始积极探索实现如何实现这一保护方式的办法。在有关专家和生产厂家的积极配合和热情支持下，经过无数次的实验，经过一年多的努力，低压配电线路断线保护装置终于在上海问世了！
低压配电线路一般为三相四线制，负载性质有阻性的、容性的、感性的或是几种性质的混合，断线后的电压分布情况十分复杂。最初的设计思想非常简单，只是想模仿高压线路断线保护装置的原理。但是低压线路的负荷一般都不是集中负荷，而是零零散散地分布在整条配电线路上，导线任意位置的断线一般不会造成线路首端电流为零的状态，因此无法实现高压线路的那种断线保护。而检测线路末端电压为零的想法也遇到困难，因为三相负荷的不平衡使三相电压不对称带来很大干扰，特别是一些较发达地区，线路上经常带有三相电动机负载，当线路某一相线发生断线时，电动机产生的反电动势会使各相电压并不产生较大幅度的变化，因而保护装置无法测出故障的发生，情况就更难处理。因此，用简单的测量电压幅度变化的办法很难准确判断配电线路是否发生断线事故。
因此，要准确判断运行中可能出现的各种断线情况，并及时准确地切断电源同时发出声光报警信号遇到了很多困难。
我们根据农网的实际情况对保护装置大致提出了如下的一些要求：
1、 要适应带有各种不同性质负载的配电线路；
2、 要适应农网中各种不平衡负载的运行状态；
3、 要在中性线断线时也能准确动作（这一点对城网有特殊意义）；
4、 要能经受因中性线断线引起的相电压升高（可能超过260伏）；
5、 要在线路断线后无论导线是否接地都能准确动作；
6、 要能及时通知不在现场值班的农村电工及时处理故障；
7、 不会因线路开关的正确跳闸而向农村电工发故障信号；
8、 要在导线被盗割、变压器被断电时立即通知农村电工；
9、 要在本装置被人为破坏（如切断电源）时仍能发出报警信号。
等等。
因此，新型保护装置只有满足了以上所有条件，才能确保农村低压配电网安全、可靠地运行，才能被广大农村电工接受，从而大大提高漏电开关的安装率和投运率，才能在农网真正实行分级漏电保护，才能有效防止农村居民因低压架空导线断线引发的人身触电事故；才能防止因中性线断线引发的家用电器被烧毁；防止低压断线后因“打火”引发的电气火灾；甚至防止供电线路的导线及配电变压器被盗。
目前试制成功的供电线路保护装置基本满足了以上要求。下面简单介绍一下它的构成。
低压架空线路断线保护装置是由检测发射器、固定接收器和移动接收器三部分组成的。其中检测发射器安装在供电线路末端的电杆上或最后一个用户的电表箱内；固定接收器则安装在供电线路始端的配电柜内（如在配电房内安装可采用台式装置）；移动接收器由电工随身携带。
它的动作原理是这样的：当线路发生上述各种故障或偷盗行为时，检测发射器立即判断线路上发生了断线，向空中发射带有密码的无线电报警信号；固定接收器接到报警信号后，立即启动低压总开关切断电源，还可根据事先设定的运行方式发出或关闭声光报警信号；与此同时，佩带于村电工身上的移动接收器也接收到发生故障的信号并发出对应于该支路的声光信号，村电工可根据运行情况和运行经验判断是故障断线还是人为破坏，做出组织抢修或通知公安部门处理的决定，有效的防止人身触电或扼制人为偷盗行为。
保护装置在发出故障声光报警后会将点亮的指示灯自保持，必须经村电工确认后手动复位。保护装置具有自我保护功能。当偷盗者先剪断检测发射器的电源线、天线或摘除发射器时，发射器仍然能发射讯号至两个接收器。
该断线保护装置的安装使用比较简单，只要将供电线路（三相三线或三相四线）的电源线接到检测发射器上，并固定在电线杆（支路末端）或最后一个用户的家用电表箱中即可。
检测发射器的工作电源为交流380V或220V线路（三相三线或三相四线）。电源兼作采样、分析、判断线路故障情况等电路的信号源。
固定接收器电源使用交流220V，其输出触点接到跳闸回路上，也可与漏电开关联动。
移动接收器使用7.5V直流电源，将充电电池充足电后即可随身携带。备有充电器。
线路末端检测发射器的发射距离：
a. 检测发射器装有橡皮短天线，其有效发射半径为3～4.5公里。
b. 检测发射器也可使用长天线，这时发射有效半径可增加到6～8公里。
固定接收器的接收灵敏度与检测发射器的发射距离相对应，其接收半径不小于3公里。
移动接收器的接受半径也大于3公里。
每个检测发射器可发射4～8种不同性质的讯号，并可扩充。每个固定接收器可同时接收并辨别4个支路对应检测发射器发来的讯号，也可扩充到8～16个支路或更多。
发射器与接收器都具有3万个以上的同频率密码，因此抗干扰性能很强，误动作概率极低。
考虑到农电体制改革后村电工的活动范围扩大，该装置可采用接收器与专用电话配套使用，再与手机联网的通信方式。
装置的使用方法非常简单，无须特殊培训。一旦线路发生断线故障，安装于线路末端的检测发生器立即发射讯号，对应的固定接收器和移动接收器同时接受这一讯号，固定接收器发出跳闸指令，迫使故障线路断电；移动接收器发出声光报警信号，通知村电工及时处理。每个支路均设有“投入”、“退出”开关，平时将其设置在“投入”位置。若某支路因线路维修或检测发生器发生故障，可将该支路设置在“退出”状态，此时该支路的保护装置不起保护控制作用。
固定接收器和移动接收器声光报警后，可以人工“复位”。
该装置已通过原国家电力公司的鉴定；在河北、江苏、安徽等省的部分地区挂网试运行，效果良好。
[注：绝缘导线在因金属疲劳发生断线或所受拉力超过弹性极限时，其金属导体部分会因塑性变形而伸长至绝缘护层断口以外，同样会引发人身触电。]
联系人： 黄廼元
Email： hny@zgnd.com.cn
地 址： 1、中国电力科学院农电所（100085 北京清河小营东路15号）
2、国家电网公司农电部（100031 北京西长安街86号）
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