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对当前农网漏电总保护开关设置的看法 |
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| 对当前农网漏电总保护开关设置的看法 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 8:56:47  |
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随着“两改一同价”工作的不断深入，如何保证农村低压电网的安全运行，保证农村居民安全用电，已经成为供电部门的重要工作。因此，如何使已经花费大量资金安装于农网的漏电保护开关真正成为保证农村用电安全的可靠装置，再一次成为农电人急需解决的问题。
一、 当前农网漏电保护开关的基本情况
我国农网按照“创一流县供电企业”的要求，在农村低压电网的安全措施上基本采用了分级保护配置方式。各省农电部门因地制宜地为本省农网配置了大大小小的漏电保护开关，少则两级保护，多则三级甚至四级保护。但是这些花去大量农网改造资金的设备是否真正起到保证农村安全用电的作用，各地的答案却并不一样。最近，本人利用工作之便，对部分地区在农村电网改造后的漏电保护开关安装运行情况作了一些调查，发现很多地区新安装的漏电保护开关仍然采用的老旧型号，安装后频繁掉闸，农电工为保证及时合闸每天疲于奔命；实在应对不了了索性用木块顶住开关，甚至拆除其内部接线，使漏电保护成为摆设，低压电网失去保护；而一些农户则认为“公家”那里已经装了总保护开关，家里有没有保护无所谓，于是拒绝安装甚至拆除现有的末级家用保护，使他们失去了家庭安全用电的最后保障。电力体制改革后，原来具有政府职能的县电力局变成了真正的供电企业，再也无权强制要求农户安装任何设备，为保障农村安全用电，只能在我们自己的产权范围内单方面采取加强技术手段来弥补这一缺陷。
这一工作遇到巨大困难。我们知道，当人体触电电流大于30mA时就会有生命危险；我们又知道，总保护的动作电流肯定要大于30mA才有可能稳定运行；因此从一般意义上说，总保护根本无法对人身触电做出反应。怎么办？如果我们要让总保护对人身触电具有很高的灵敏度，就必须设置一种新型漏电开关，它既对人身触电具有非常高的灵敏度、又不会因居民正常用电产生的漏电流而频繁跳闸；广大农电职工和生产厂家为此付出了艰巨的劳动，经过二十年的努力，却一直没有取得理想的成果。真正区分触电、漏电几乎被认为是不可能的。面对每年电力系统为农村人身触电伤亡事故的巨额赔款，我们不得不修改有关安全规程和低压电力规程，把总保护开关从既能保触电又能保漏电的神位上拉了下来。
二、面对如此严峻的形势我们怎么办
难道真的做不出一种既对人身触电具有非常高的灵敏度、又不会因居民正常用电产生的漏电流而频繁跳闸的漏电总保护开关么？这要从目前使用的漏电保护开关的基本原理说起。
漏电保护电开关是60年代发展起来的一类低压电器，当时只用于低压配电网末端的居民家中，被称为“触电保安器”，也被老百姓戏称为“保命器”。那时，这个“保命器”也确实对防止人身触电起到很大作用。随着农村经济的发展，农村用电量急剧上升，农网迅速扩大，低压电网仅仅安装家用保护开关已不能满足对整个农村电网安全运行的要求，于是逐渐研制出各种用于主干线上的漏电保护开关。因此，农村低压电网中安装的漏电保护开关按其保护功能和结构特征大体可分为以下几种：
1、普通家用漏电保护开关 它是由零序电流互感器、漏电脱扣器和主开关组合的，在漏电电流达到30mA时，即可在0.1秒内有效动作于跳闸。它还可根据需要加装对过负荷、过电压和短路进行保护的功能，主要用于居民住宅。
2、漏电继电器 实际就是零序电流继电器。它能够检测出线路上的漏电流，当达到其整定值时触点接通，启动接触器（断路器）切断电路，或按事先规定发出相应信号。主要用于配合接触器、断路器组成漏电保护开关，用于负荷较大的场合。
3、漏电断路器 是漏电继电器与接触器或断路器组合的保护装置，还可以根据运行需要加装过负荷保护、过电压保护和短路保护功能。一般用于负荷较大的场合作为总保护开关。
由于中国农村的特殊情况，农户家中的低压线路不能按期报废更新，导线多为超期服役，绝缘老化，泄露严重，雨季漏电甚至达到人体碰触墙壁会产生麻电的感觉。因此农户家中的末端保护很难投入运行，有的农户误认为变压器处已经安装了保护，家里干吗还要装一个开关？于是纷纷将家用保护退出运行甚至拆除，使这些农户家中超过30mA的漏电电流汇入总电路，总漏电电流值很快达到并稳定在开关整定值附近，一遇阴天下雨，总开关便纷纷跳闸，村电工整天提心吊胆。在这种情况下，总保护根本不能保护人身触电，而一旦发生人身触电事故，电力部门却要承担责任，至少是无过错责任。
我们通常使用的总保护开关的动作整定值是一个矢量合成值，它是由ABC三相漏电流经矢量合成后的幅值。原来的这种开关从动作原理上就存在着不灵敏相位（即动作死区）的缺陷。这是因为，当开关“感觉”到的经矢量合成后的三相总漏电电流快要达到其动作整定值时，再有漏电流出现开关是否动作存在着两种可能，我们从极端的情况分析：
1、最有利的情况：如新出现的漏电流的矢量方向恰好与原合成漏电流的矢量方向相同，那么新的合成电流立即达到漏电开关整定值而瞬时跳闸，此时漏电总开关的灵敏度最高；
2、最不利的情况：如新出现的漏电流的矢量方向恰好与原合成漏电流的矢量方向相反，那么新出现的漏电流矢量就会与原有的漏电流矢量互相抵消，使漏电总开关“觉得”漏电流是在减少或消失而不会动作，这个新出现的漏电流矢量所代表的方向（或相位），就是漏电总开关的动作不灵敏相位（即动作死区）；除非这个新出现的漏电流矢量的幅值达到甚至超过漏电总开关原来已经“感觉”到的ABC三相漏电流合成矢量幅值的两倍，这时才能合成出一个新的与原合成漏电流矢量相反的、且大于总保护开关动作整定值的新合成漏电流（矢量）。但是这么大的漏电流幅值如果是因为人身触电发生的，触电者早已死亡了，漏电总开关此时再跳闸已经毫无意义。因此，前几年曾风靡一时的突变缓变、鉴相鉴幅等类型总保护，由于采样电流都是与原漏电电流相同的工频正弦波形，新发生的漏电电流都要参与这个矢量合成的过程，所以也都存在着动作不灵敏相位（即动作死区）的问题。对于幅值较大的漏电电流尚且不灵敏，对于幅值很小的人身触电电流更是可想而知了。
三、如何消除动作不灵敏相位（即动作死区）
如何使漏电保护开关从不断采集到的各种漏电流的矢量和中区分出哪个是正常运行时的稳态漏电流？哪个是因某个电器的投入而突然增加的漏电流？
新型漏电保护总开关的工作原理是这样的：从零序电流互感器采集得到的正弦波形的漏电合成矢量中，取出一个半波幅值A1，时值10ms，将其储存起来作为基准幅值，我们称为第一基准幅值；然后继续采集新的半波幅值A2，使之与第一基准幅值A1进行比较，如果它在10ms内的幅度变化值小于一个定值，例如150mA，则将新的漏电电流幅值A2作为新的基准幅值，称为第二基准幅值，而将原来的第一基准幅值A1舍弃；再将这个第二基准幅值A2与随后采集到的半波幅值A3进行比较，产生第三基准幅值；依此类推，只要幅度变化值小于定值150mA，则不管其相位如何，不断比较，不断弃旧存新。一旦在某个10ms内出现了变化幅度大于整定值150mA的波形，即相临两个采样漏电电流波形的幅值│An+1│－│An│≥150mA时，不管相位如何，装置即输出跳闸信号切断电源或发出信号。这就使漏电总开关不会“觉得”漏电电流是在减少或消失而不去动作，消除了动作不灵敏相位（即动作死区）。
四、如何解决总保护开关范围内的人身触电问题
这个问题长期困扰着农电系统，人们曾以区分漏电电流幅值的突变、缓变试图分别对普通漏电和人体触电作出不同反应，但终以存在动作不灵敏相位（即动作死区）而告失败。
如上节所述，我们已经成功地使漏电总开关能够准确地辨别并捕捉到即使相位相反、但绝对值已经达到动作整定值的新的漏电电流，这就有效消除了动作不灵敏相位（即动作死区），走出解决问题的第一步。下一步就是解决如何在实时捕捉到的大量漏电流波形中区分出哪些是人身触电产生的畸变电流波形，哪些是普通漏电电流波形了。
人体触电到底有什么特点？IEC64报告中曾对人体触电后的变化作过如下描述：“……由于人体的阻抗是随着所接触电压变化的，所以电流和电压的关系也是非线形的……。”这段话的意思是说，人体触电时所承受的电压是电源电压的一部分，它是人体自身阻抗与人身附加阻抗分压的结果。所谓人体自身阻抗，就是人体皮肤（包括表皮、真皮）、肌肉、骨骼等组织器官的综合阻抗；所谓人身附加阻抗，就是人体穿着的鞋、袜、衣服、手套等身外之物的阻抗和与地面接触电阻的综合阻抗。人身触电时承受的电压，基本上就是这两部分阻抗分压的结果。
1、如果附加阻抗大大高于自身阻抗，例如穿着绝缘良好的胶鞋、戴着绝缘良好的手套或地表干燥绝缘良好，就会使人体分得的电压接近于零，皮肤、肌肉安然无恙；
2、相反，如果附加阻抗几乎为零，例如人在浴室淋浴，这时全部电源电压都要加于人体，人体皮肤的表皮、角质层立即被击穿，触电电流很快通过全身肌肉组织后入地，人体在经过一段极短时间的抽搐后，即因较大的电流流过心脏而死亡。
以上是两种极端的情况。介乎中间的情况也有两种：
1、人体经绝缘一般的普通皮鞋接通电源时会有小电流流过，例如只有5mA，这时人体会产生“麻电”的感觉，但此时人的大脑神经还可以控制自己的身体，通过反射动作摆脱电源；
2、但是当人体分压得到的电压达到或超过50伏时，人体就要经历皮肤被击穿、身体被电击的过程，虽然这个过程比淋浴时被电击要慢一些，但人体却要经受一段稍长时间的抽搐，在触电电流不断变大的过程中，在较短时间内被电击死亡。
正是注意到人体被电击时会有表皮角质膜阻抗下降、击穿和肌肉痉挛的过程，我们发现这个过程会使人体触电电流的波形不再保持正弦波特征而发生畸变，产生了非正弦、非线性、非对称的、人体触电特有的电流波形，而触电电流的幅值也是逐渐增大的。我们又发现，与人类“血缘关系”比较接近的哺乳类动物在被电击时也会产生与人类相似的身体抽搐、肌肉痉挛的过程；我们还发现，动物触电后产生的电流波形也是非正弦、非线性、非对称波形，而且不同活体由于身体健康状况不同、表皮粗糙程度不同、身体发育情况不同等原因，触电波形并不完全一样；甚至同一活体的不同部位的触电电流也不完全相同。正是基于人体或动物触电后的这个变化过程，我们才研制出新型漏电保护开关并通过大量动物实验的。
新型漏电保护总开关根据人体触电时的电流波形特征，将其复制成动作基准电流波形并贮存起来，再将捕捉到的包含触电电流在内的
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