摘要：该文结合多年来剩余电流保护装置在电网改造中安装运行的经验教训，提出直接接触电击全网总保护、触电和漏电的区分、剩余电流装置动作的死区及自动重合闸功能等问题，做出了较全面的分析和论证，以利正确使用剩余电流保护装置。

关键词：剩余电流保护装置；电击；漏电；电网改造

中图分类号：TM564.8　　文献标志码：A　　　　文章编号:1003-0867(2006)02-0028-05

据不完全统计，2004年各种型号规格的电子式和电磁式剩余电流动作保护装置（以下简称保护装置），经过国家认证后投入市场的，超过3000万台，随着我国产品标准和对应的国际通用标准（IEC标准）的接规，有100多万台出口东南亚以及南非、东欧和西欧等地。

在我国保护装置的生产和应用，主要是环绕人身电击保护这一主题来进行的，到近几年才开始重视同时应用于预防火灾及排除接地故障。在近几年农网和城网改造时，根据《低压配电设计规范》GB 50054-95、《住宅设计规范》GB 50096-1999等的规定，在住宅进户线、低压电网的干线或总出线都要根据不同情况安装保护装置，并且修订和发布了《剩余电流动作保护装置安装和运行》（GB 13955-2005）国家标准，对保护装置的应用要求作了详细的规范。但是历年来，在如何更有效地应用保护装置来发挥其应有的人身电击保护作用方面，也存在一些争议，在认识上确实有一些误区，从而导致某些场合使用不当，频繁动作，以致有些地方装而复撤，形同虚设，既构成了浪费，还遭受到这些地方群众和电工的厌烦，这种情况，在农村比较严重，必将成为贯彻国家标准和进一步推广应用保护装置的障碍和阻力。笔者认为有必要对实施电击防护对保护装置的作用，在观念上有一个确切的定位。

1 不应再推广的直接接触电击全网总保护

在20世纪70年代，由于农村低压电击死亡事故十分突出，最多的一年电击死亡人数达7000多人，因此要通过推广应用保护装置，在发生人身电击事故时，在还没有导致人身死亡之前，保护装置迅速切断电源，也就是保护装置应用于人体直接触及相线时的电击保护，现在我国和国际上通用的名称取得了一致，把这样的保护称做直接接触保护。当时也已经明确了低压电击死亡的病理生理原因，主要是因为电流通过人体时，引起了心室颤动的结果。并且引进了日本当时为防止心室颤动而对保护装置提出的30 mAs安全电流时间积，所以我国普遍选用保护装置的额定动作电流I_△n为30 mA，而且也已认识到在380/220 V低压电网中，发生人身电击时，电击的电流，不会受到这个保护装置额定动作电流I_△n的限制，在保护装置动作并切断电源之前的一个时间间隔里，在某些恶劣的状况下，甚至可能超过300 mA，所以根据当时的制造技术水平，把保护装置的动作时间，选定为小于0.1 s。以后根据国际电工委员会（IEC）公布的大量试验研究成果，在我国产品标准和相应的运行规程中，这两个关键技术指标，已和IEC相关标准的规定取得了一致，见表1

具备上述直接接触保护功能的保护装置，即使在应用历史较长的一些工业发达国家，也都主要安装在单相电路中，或者带一二个移动用电设备的三相电路末端，要根据条件，才能慎重地安装在负荷不多、容量不大、供电距离不长的小分支回路，而我国在20世纪七八十年代时，受到农村经济条件的限止，同时国内保护装置还处于发展初期，制造成本较高，产品的品种、产量都有限，因此要像这些工业发达国家一样，普遍推广在电路末端和小分支回路，安装直接接触的保护装置，显然是不现实的。这样自然地形成了试图首先发展具备直接接触保护功能的低压电网总保护的共识。

直接接触保护的全网总保护，其本身包含着一对不可调和的矛盾：一方面保护装置必须具有高灵敏度的性能，额定动作电流不能大于30 mA，同时还要有快速动作的性能，在0.25 A时分断时间不大于0.04 s，或者早先采用的在30 mA时不大于0.1 s；另一方面，任何一个低压电网，无论供电线路本身，或是连在电路中的各种用电器具，或多或少对地都有一些微量的正常泄漏电流，电网供电距离越长，负荷越多，叠加起来漏电电流也越大，一般在我国南方沿海潮湿地区，或者北方阴雨季节，这种正常的漏电电流，在变压器总出线端，甚至几条主干线上，都要超过30 mA。1981年，周文成在广东新会县和河北获鹿县等地，对农村低压电网历时数月的实测结果，漏电电流在30 mA以下的，分别只占30%和78%，当时农村的用电水平是非常低的。又根据杭州小水电研究所郭行干工程师在2002年时，对浙江、福建、四川、贵州、辽宁等地的数百台农村变压器低压电网，进行6000余次漏电电流的测量结果，正常漏电电流都在60 mA以上，其中有50%都超过100 mA，见图1。

应该要补充说明的是，周文成老师使用了机械等描录波形，郭行干工程师使用了高灵敏度钳形表直读电流的数值，其中相当一部分呈高频脉冲的暂态性漏电电流，都没有得到反映，如果用光线示波器来记录，实际的漏电电流，会比上述结果更高。

以上所述的这一矛盾，就是直接接触全网总保护装置频繁动作的根本原因。

在20世纪七八十年代，为了使这些直接接触全网总保护装置投入运行，农民要在持续正常供电方面做出牺牲，像广东佛山地区，有的县甚至曾经规定农户家中晚上不能使用电灯照明，只有大队办公室可以开1～2个电灯。而且许多农电工，也要超水平地维护低压电网的对地绝缘，因此就有“装上保护器，两脚不离地”的无奈。尽管历年来有人在保护装置的性能上作了很多尝试，产品换了一代又一代，农村低压电网反反复复的整改，达标以后又再整改，终究治标不治本。

随着我国农村电气化的发展，不仅农村工农业生产用电大幅提升，农民家中家用电器也迅速普及，农村电网的正常持续不间断地可靠供电的要求，必须要得到满足，如果仍旧要违反客观规律，勉强推广直接接触全网总保护，在这一对本质上矛盾的缝隙中走钢丝，必然会导致许多地方明装暗撤，本来提倡直接接触总保护的初衷，是要少花钱取得最大可能的覆盖面，结果却流于形式，构成保护空白区，而适得其反。所以应该放弃而不是再推广直接接触保护的全网总保护方式。

目前已有许多地方，在农户和电路末端或小分支回路，设置直接接触保护装置，而在低压电网的主干线或总出线，安装以间接接触保护或接地短路保护为目标的带延时分断性能的保护装置，成功地排除了大量电击隐患，这样的总保护装置，额定动作电流可以设定为120 ma、200 ma、300 mA甚至500 ma，动作时间延长到0.15 s或数秒钟，实践证明既保证了正常供电，又起到了有效的电击防护作用，这里就不再作详细的介绍了。

2 区分理不清的触电电流和漏电电流

“触电能动作，漏电不会误动作”的理想保护装置，确实受人欢迎，也使直接接触保护的全网总保护，在频繁动作的绝处，提供了起死回生的希望，但是却经不起实践的检验。

2.1 突变和缓变不能区分触电电流和漏电电流

有人认为电网的正常漏电，只是网路和电器设备因绝缘老化或温度升高引起的，绝缘老化和温度改变，是一种缓慢变化的过程，所以正常漏电电流的变化，也必然是缓慢进行的，而人们在分析发生直接接触的电击事故时，所产生的电击电流，是一个突发性的突变电流，如果不进行仔细的研究推敲，往往会认为这种想法很合理，所以设计和生产了一种保护装置，分别有两个检测功能，对缓慢变化的漏电电流，设定在120 mA或更高时才能动作，以便排除有明显漏电点的故障，漏电电流小于120 mA时，不会误动作，另一套检测回路，只反应突然产生的突变电流，当这个突变电流达到30 mA时，保护器立即动作，起到直接接触的保护作用。这样一举两得的保护装置，曾经被认为是电击保护事业中的重大突破，但多年运行以后，作出了否定的结论。

首先，电击电流是否都是突然上升的呢？南京农机研究所赵树楷工程师，在20世纪60年代初，就进行了人体电击试验，用示波器记录到人身电击时，因为皮肤有一个逐步击穿的过程，电击电流也是显现出随时间延长而逐步升高的。因此当由于鞋子电阻和泥土电阻参与进人体电击回路时，在某些情况下，刚发生电击的一瞬间，初始电击电流可能小于30 mA，随着皮肤的击穿，回路阻抗下降，就会逐步上升到30 mA以上，也可能长时间不超过120 mA，这时保护装置就无法识别，也就不会动作，所以不能用突变性质来区分出电击电流。

漏电电流通常都不是缓慢变化的，姑且不讨论由于全网总保护所控制的某一条干线、分支线及用电设备的投入和切除，随之使得这一部分电路的漏电电流也会呈现突变性质，更多的情况是接在电网中的变压器、接触器等感性负载，在接通和分断的瞬间，会产生操作过电压，其大小及连续的次数，和接通、断开电路时电流的相位角，开关触头的跳动次数有关，峰值可以达到额定电压的10倍，而且对1～2 A的小电流电路，负载电感很大时，操作过电压也更容易产生。因为低压电网和所接入的负载，对地都有静电电容，操作过电压的频率很高，在50 Hz电压时影响很小的电容C，在高倍数峰值的高频冲击电压下，电容的阻抗X_C = (1/2)πfC变得很小，充电电流就很大，于是就产生一个突变性的漏电电流。

另外，带有自耦式镇流器的莹光灯，因为灯管电压是高频波，也会使对地电容阻抗减小和充电电流增大，当一个开关控制数量较多的莹光灯群时，也会产生不可忽略的高频脉冲漏电流，在电路的接通和断开瞬间影响更严重。单相回路用电设备，很多采用单断点开关，在不工作时，设备和线路仍旧连在一起，所以在N线上，形成多个并联的对地电容，而正常工作时，因为N线的对地电压很小，所以对电路的漏电电流影响也小，但是当有较大功率的单相电动机起动时，起动电流是额定工作电流的6倍，在第一个和第二个半波，随着合闸相位的不同，最高幅值可达12倍，甚至可达14倍，这样就使N线的对地电压升高，这时对这些并联电容充电所引起的漏电电流，也变成一个不可忽视的突变电流。这些漏电电流的脉冲群，在低压电网里，会不断地产生，其中有相当数量足以使具有高灵敏度能快速动作的突变电流检测系统，误判为发生人身电击事故而跳闸。

所以尽管区分了缓变和突变电流，这种保护装置仍不断误动作。

在试验室里，可以制造出清纯的50 Hz正弦波缓慢变化的漏电电流，也可以不考虑千变万化的鞋子电阻和接地电阻，并用动物电击的现象，制造出某种状态下突变的电击电流，但不能反证所有情况下电击电流都只有突变成分，特别是更不能抹去现实电网中漏电电流的突变现象。这种区分只是主观设想，不能作为电击保护的依据。

2.2 电流的波形和频率也不能区分电击电流和漏电电流

曾有人宣称发生人身电击时，所出现的电击电流的波形和频率，有其特殊性，因此通过识别电击电流的波形和频率，就做出了电击能动作，漏电不动作的保护装置，至于这个波形是具有怎样的特征，频率如何分布和组成，这是专利技术秘密，属保密范围，不能公开，这就打了闷包，无法验证，因为人体阻抗，包括电阻和电容，是由电流通路、接触电压、通电时间、频率、皮肤湿度、接触面积、施加压力、呼吸和温度等各种因素决定。实际发生电击时，对同一个人，在不同情况下，也是会有差异的。为此作者曾对具备这一特异功能的典型产品，进行实验，证明它的主要功能，也就是上述用电流突变和缓变的方法来区分电击电流和漏电电流，同时它对高频信号更灵敏，在3次谐波或其他高频波时，动作电流比50 Hz正弦波时更小，进一步以工频交流220 V对动物作电击试验，电路预设一个电阻（相当于人身电击时在某一条件下的鞋子电阻和接地电阻），串联在动物身体的回路中，用示波器记录电击时的电流波形，呈现出主要成分是50 Hz基波，也有少量以3次谐波为主的各种高频波。由于动物和人一样，有一个皮肤击穿的过程，其阻抗呈非线性不规则地逐步减小，电击电流从相当于有效值16 mA开始，逐步上升，经过约3 s达到76 mA后不再上升，直到动物死亡为止，该保护装置始终没有动作。这种保护装置不仅识别不了电击电流和漏电电流，因为对高频波电流更敏感，如上所述，更容易受到干扰而频繁动作。

用突变和缓变的方法或用识别波形和频率的方法来区别电击电流和漏电电流，犹如“张三的爸爸是大胡子，因此大胡子也一定是张三的爸爸”一样，陷入了思维逻辑的误区。

区分电击和漏电的保护装置，例如浙江宁波电业局北仑农电站，自1996年6月开始，共投入运行112台，到1999年9月，因为频繁动作，共撤出了94台，只有18台还在坚持运行。整个宁波地区上万台保护器，目前坚持运行的已不多了，这种情况，在贵州、江西、山西、四川等省，曾经轰轰烈烈大力推广过的一些地方同样存在。有些地方的电工反映，开始安装时，把保护装置当作个香饽饽，几个月运行下来，用也不好,撤也不好，简直成了烫手山芋。

2.3 自动重合闸，治标不治本

设想能区分触电和漏电的全网总保护装置，和愿望相反，无法摆脱频繁动作的烦恼，一旦动作，按规定电工要判别和查找有无触电和漏电接地故障，停电时间长，范围广，更恼火的是经常会碰到一些工作中操作引起的暂态过程所促发的跳闸，每次都要像“狼来了”一样被虚惊一场，白忙活一阵，迫使他们无视这些虚惊信号，不作处理马上送电，于是有些产品又设置了自动重合闸功能，有一次重合闸，二次或三次重合闸的，但是全网带满负荷重合闸，本身就可能制造操作过电压等引发再跳闸，于是为了避开这个暂态过程，采取在保护装置合闸以后，延时1或2 s，然后才让检测系统进入工作状态，也有一些产品再把突变电流的额定动作电流I_Δn，提高到60 mA甚至更大。一方面情有独钟区分触电和漏电的所谓先进性和优越性，另一方面又不得不采取种种对策，来缓解因为误判引发的频繁动作所造成的后果。其实上面这些措施，本身就已经是否定直接接触全网总保护。

3 划分死区和活区

在我国低压配电系统中，普遍采用的380/220 V TN-C接地系统中，正常的漏电电流每一相都会发生，而保护装置能够检测到的漏电电流I_ΣZ是经过平衡的各相及中性线漏电电流I_za、I_zb、I_zc、I_z0的矢量和，即I_ΣZ=I_za+I_zb+I_zc+I_z0，见图2。

发生电击事故时，电击电流I_R，往往和所接触的一相同一相位，由于已有漏电电流I_ΣZ存在，I_ΣZ和I_R通常有一个相位差角q，保护装置能检测到的是I_ΣZ和I_R的矢量和，当这个相位差角q的绝对值|±q |小于120°时，保护装置测得的信号，比实际电击电流的值要大，而大于120°时，保护装置测得的信号，比实际电击电流IR要小，见图3，所以当保护装置的额定动作电流I_△n=30 mA，|±q |大于120°时，电击电流可能超过30 mA还不动作，极端情况下q角为180°，则保护装置要超过60 mA时才能动作。

因此有人把一般保护装置使用在三相电路中时，从30 mA到60 mA这个可能不动作的范围，划为死区。而对具有缓变和突变功能的保护装置，因为二个检测回路分别检测，利用电子元件的组合，因突变电流动作时，可以做到基本上和原有漏电电流无关，因此认为消灭了死区。

对缺乏深入了解的人来说，谁也不愿意安装一个保护装置而还要在死区里转游，都会力求生活和工作在活区里，但是这样划分的死区和活区，是不确切也靠不住的。

3.1 活区不活

国际电工标准委员会IEC，组织各国专家，通过40多年对电流通过人体影响的研究，得到了人体所以会因电击而导致死亡，主要是由于电流通过人体引起心室颤动的结果，并且经过4次修改，在1994年提供了图4在50、60 Hz交流电作用下，通电电流和时间对人体影响的区域划分。目前已成为世界各国的共识（我国也是IEC的会员国）。

图4中：AC-1区域，通常人体无反应。

AC-2区域，通常人体无病理性反应。

AC-3区域，通常不会产生器质性损伤，通电2 s时呼吸困难，随电流和通电时间增加，使心脏传导有可以恢复的紊乱、心房纤维颤动和心脏暂时停搏，但不发生心室颤动。

AC-4-1区域，可能引起心室颤动的危险，发生概率不超过5%。AC-4-2区域，有心室颤动的危险，发生概率不超过50%。AC-4-3区域，心室颤动危险的概率超过50%。在AC-4区域，除了发生心室颤动导致心脏跳动外，还会引起呼吸停止，发生灼伤等现象。

还必须了解的是，所提供的人体长期通过30 mA不会引起心室颤动的结论，是在对50 kg的男性，电击途径为左手或双手到脚的条件下得出的，当电击途径有时导致电流横向流过心脏时，危险性会增加，因此这个电流阈值要乘一个系数，例如从右手到脚为0.8，从右手到左手为0.4，从左手到后背为0.7，从右手到后背为0.3。若电击者体重较轻，例如儿童，危险性也会增加。这也是国家标准和IEC标准中，对直接接触保护用保护装置的额定动作电流IDn，还有10 mA和6 mA规定的原因之一。

其次，电击电流对人体危害，是和通过电流的大小及时间长短有关，我们都明白发生电击时，通过人体的电流，不受保护装置额定动作电流IDn的限止，由接触电压、人体电阻和当时环境下接地电阻等因素决定，较恶劣的情况下，可能超过300 mA，如果电击途径是从手到后背，那么电击电流更可能超过500 mA，这时保护装置的快速动作就非常关键，这就是国家标准和国际通用标准对直接接触保护用保护装置，规定在250 mA时，动作时间应小于0.04 s的原因，而保护装置即使能保证在IDn = 30 mA时动作，但在250 mA甚至达到或超过500 mA时，不能满足动作时间小于0.04 s，也是危险的。目前很多所谓能消灭死区的保护装置，是由独立继电器和独立开关电器组合而成，从发生电击→保护装置经检测促发电磁机构动作→继电器触点断开→接触器控制线圈断开电源或开关电器的分励脱扣器线圈接通→开关电器机械机构脱扣→接触器或开关触头断开→带负荷的主开关触头上电弧熄灭。这一个过程往往超过了0.2 s，这样由图4可见，还是会超出AC-3区域，所以没有时间概念的活区，在另一种工作状态下会落入危险区。

国内外的产品标准和运行规程，都特别强调保护装置用于直接接触保护时，只是作为基本防护措施的补充保护，或称为后备保护。而活区（或宣称消灭了死区）的概念，使人过分依赖于保护装置，会引起对其他基本保护措施的忽视，所以是不确切也不科学的。

3.2 死区不死

其实根据历年来对人身电击死亡事故的统计分析，差不多总有50%左右的事故，在发生之前出现了用电设备和供电线路故障性漏电或对地短路的故障，只要切断电源和排除这些故障，之后也就不会发生人身电击事故了，而这些故障所产生的电流，往往相当大，所以动作电流I_△n＞30 mA，甚至数百毫安，都能切断电源，因为目的在于排除电击隐患，尚未发生人身电击时，动作时间慢一些，甚至延时几秒再动作，尽管从图4来看，这些保护装置都运行在危险区，或者被上面所划分的所谓死区，但对实际的电击保护却是十分有效和必要的。因此在这种情况下，死区就不死。

对间接接触保护来说，保护装置通常必须强调和被保护电路内用电设备的保护接地匹配使用，以便限止发生间接接触事故的电击电流不超过安全范围，例如在干燥的环境时，人体电阻一般为2000 W，对保护装置I_△n为120 mA的回路的设备，可采用自然接地，接地电阻为500 W；对I_△n为300 mA的回路中的设备，可使接地电阻不大于200 W，当有不超过120mA的故障漏电流时，保护装置不动作，但接触电压限止在60 V以下，人体发生间接接触时，电击电流不会超过30 mA，对I_△n为300 mA的回路，使接地电阻分别为不大于120 W和50 W，当故障性漏电电流不超过300 mA时，保护装置不动作，但接触电压更低，只有15 V，在潮湿状态下，人体电阻为500 W，电击电流也不会超过30 mA，不是都运行到了安全区了吗？

根据近年来的电击事故统计，目前发生的电击死亡事故，主要是发生在没有安装保护装置，或者安装后退出运行的空白保护区，真正发生在因保护装置动作电流I_△n大于30 mA而造成的电击死亡事故极少，所以将装在电网总出线和干线上的保护装置，动作电流I_△n提高到电网正常漏电电流的范围以上，动作时间也适当延长，转移到间接接触保护或接地短路保护的范畴，看起来把安全性能退后了一步，但是由于排除频繁动作而有利于消灭保护空白区，综合效果进了一步。

死区的概念和提法，一方面把自身的视野束缚在直接接触全网总保护的框框里，另一方面也吓唬别人，堵塞保护装置在三相电路中，发挥重要和必要的间接接触消除漏电隐患的功能。不利于使全网总保护装置，和电网客观存在的正常漏电电流合理接轨。还有人将保护装置的动作电流IDn，设定为60 mA或120 mA，动作时间也设定为大于0.2 s，或者为了分级保护而设定一个数秒的延时时间，但却还要强调具备消灭死区的所谓优越性，因为这样的保护

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