黃 潔， 錢舟浩， 吳義純

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司培訓(xùn)中心， 安徽 合肥 230022)

0 引言

低壓配電網(wǎng)作為配電網(wǎng)最后一公里，連接著千家萬戶，在電力系統(tǒng)中分布非常廣泛，其線路敷設(shè)復(fù)雜、設(shè)備連接多樣，這些都極大增加了觸電風(fēng)險(xiǎn)。因此，加強(qiáng)低壓配電網(wǎng)的電擊防護(hù)水平非常重要，但是，目前低壓配電網(wǎng)中電擊防護(hù)水平不足、觸電死亡事故仍時(shí)有發(fā)生[1-4]。

剩余電流保護(hù)器(RCD)是在正常運(yùn)行條件下能接通、承載和分?jǐn)嚯娏?，以及在?guī)定條件下當(dāng)剩余電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)能使觸頭斷開的機(jī)械開關(guān)電器或組合電器[5]。安裝RCD是間接防護(hù)的有效手段之一，并且，低壓供電系統(tǒng)中，為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時(shí)引起的停電范圍，RCD應(yīng)采用分級(jí)保護(hù)，分級(jí)保護(hù)能否成功投運(yùn)，和低壓配電網(wǎng)接地方式密切相關(guān)。本文主要分析RCD在不同接地方式的低壓配電網(wǎng)中的分級(jí)保護(hù)配置情況[6-8]。

1 分級(jí)保護(hù)

分級(jí)保護(hù)是由總保護(hù)、中級(jí)保護(hù)、末端保護(hù)組成的兩級(jí)或三級(jí)保護(hù)。其中總保護(hù)是指安裝在配電臺(tái)區(qū)低壓出線側(cè)的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，亦稱總保；中級(jí)保護(hù)是指安裝在總保和戶保之間的低壓干線(分支線)的分支箱或電表箱位置的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，亦稱中保；末端保護(hù)是指安裝在用戶配電箱處(電表箱出線段)的漏電保護(hù)器，亦稱家保。如圖1所示。分級(jí)保護(hù)是以末端保護(hù)為基礎(chǔ)，然后根據(jù)負(fù)荷分布的具體情況確定采用兩級(jí)保護(hù)還是三級(jí)保護(hù)[9]。目前，我省實(shí)際執(zhí)行的一種典型配置如下表1所示。

圖1 三級(jí)保護(hù)安裝位置

表1 剩余電流保護(hù)裝置三級(jí)保護(hù)典型配置

2 RCD在TT系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

TT系統(tǒng)電源端有一點(diǎn)直接接地，裝置外露可導(dǎo)電部分直接接地，如圖2所示。

圖2 TT系統(tǒng)

當(dāng)人體觸及發(fā)生單相碰殼故障的設(shè)備外殼，電流通路及簡化電路圖如圖3所示，其中，R1為人體電阻，取1 000～1 700 Ω，R2為保護(hù)接地電阻，取4 Ω，R3為系統(tǒng)接地電阻，取4 Ω，故障電流I如下式(1)，人體接觸電壓U1如下式(2)，通過人體的電流I1如下式(3)，通過計(jì)算，TT系統(tǒng)發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，過電流保護(hù)裝置一般不動(dòng)作，若不增加保護(hù)，設(shè)備外殼將長期帶有高電壓，并且人體接觸電壓也大于安全電壓50 V，通過人體的電流大于30 mA，嚴(yán)重威脅生命安全，所以TT系統(tǒng)需裝設(shè)RCD切斷故障。

圖3 TT系統(tǒng)人體觸及發(fā)生單相碰殼故障設(shè)備時(shí)的電流通路

TT系統(tǒng)中，末端保護(hù)必裝，然后根據(jù)負(fù)荷分布的具體情況安裝總保和中保，總保和中保應(yīng)選用三級(jí)四線或四極四線式剩余電流保護(hù)器。

(1)

(2)

(3)

3 RCD在TN系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

TN系統(tǒng)電源端有一點(diǎn)直接接地，電氣裝置外露可導(dǎo)電部分和電源端接地有直接電氣連接，根據(jù)中性導(dǎo)體與保護(hù)導(dǎo)體的配置情況，TN系統(tǒng)又細(xì)分為TN-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)[10]，其中，TN-C系統(tǒng)中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體合一，如圖4所示，TN-S系統(tǒng)中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體分開，如圖5所示，TN-C-S系統(tǒng)中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體先合后分，如圖6所示。

圖4 TN-C系統(tǒng)

圖5 TN-S系統(tǒng)

圖6 TN-C-S系統(tǒng)

圖7 TN-C系統(tǒng)人體觸及發(fā)生單相碰殼故障設(shè)備時(shí)的電流通路

對(duì)于TN-C系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，PEN線上有電流通過，從而使PEN長期存在電壓，因此，設(shè)備外殼也帶有電壓，有時(shí)可能大于50 V，當(dāng)人體碰到設(shè)備外殼時(shí)，可能遭受電擊。而當(dāng)PEN斷線，斷線處后面的單相設(shè)備外殼上的對(duì)地電壓將接近相電壓，存在極大安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)于TN-C系統(tǒng)，PEN線應(yīng)重復(fù)接地，保障設(shè)備外殼電壓始終接近零電壓。但是，此時(shí)，因?yàn)橹貜?fù)接地極的分流作用，會(huì)存在剩余電流保護(hù)器誤動(dòng)或拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

在TN-S系統(tǒng)中，當(dāng)人體觸及發(fā)生單相碰殼故障的設(shè)備外殼，電流通路簡化電路圖如圖8所示，可以看到，剩余電流近似等于故障電流，當(dāng)線路電阻較小，此時(shí)故障電流很大，可以通過過流保護(hù)切除故障，當(dāng)線路電阻較大則采用剩余電流保護(hù)器切除故障。

圖8 TN-S系統(tǒng)人體觸及發(fā)生單相碰殼故障設(shè)備時(shí)的電流通路

在TN-C-S系統(tǒng)中，綜合了TN-C系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，目前安徽低壓系統(tǒng)接地形式大部分為TN-C-S，室外N線和PE線相連，室內(nèi)N線和PE線分開，PEN線上總保退出運(yùn)行，N線和PE線分開后能使用RCD。

4 RCD在IT系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

IT系統(tǒng)電源端不接地或經(jīng)高阻接地，裝置外露可導(dǎo)電部分應(yīng)單獨(dú)、成組或集中接地。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生第一次單相碰殼故障時(shí)，故障電流只能通過另外兩個(gè)非故障相導(dǎo)體對(duì)地的電容返回電源，此時(shí)，故障電流為該電容電流的向量和，數(shù)值為mA級(jí)，所以裝置外露可導(dǎo)電部分的電壓也為mV級(jí)。此時(shí)，末端RCD剩余電流為故障電流，是正常運(yùn)行情況下的對(duì)地泄露電流，一般不會(huì)大于末端RCD的動(dòng)作電流，所以，末端RCD不動(dòng)作。因此，在IT系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次單相碰殼故障時(shí)，不需要切斷電源，裝置外露可導(dǎo)電部分的電壓遠(yuǎn)小于安全電壓。

圖9 IT系統(tǒng)外露可導(dǎo)電部分單獨(dú)接地二次故障時(shí)的電流通路

如果發(fā)生第二次接地故障，并且IT系統(tǒng)的外露可導(dǎo)電部分共同接地時(shí)，此時(shí)，故障回路電阻僅為電源、相導(dǎo)體電阻，相對(duì)較小，所以此時(shí)故障電流較大，可以利用過電流保護(hù)器切斷故障。然而，電源端剩余電流近似為0，總保退出運(yùn)行，末端剩余電流為故障電流，可以切斷故障。

綜上所述，TT應(yīng)裝設(shè)總保、中保和戶保;TN-C不裝設(shè)總保，末端形成的局部的TT系統(tǒng)可裝設(shè)中級(jí)保護(hù)，應(yīng)裝設(shè)戶保；TN-S系統(tǒng)一般采用電纜供電，一般不裝設(shè)總保和中級(jí)保護(hù)，應(yīng)裝設(shè)戶保；TN-C-S不裝設(shè)總保，中級(jí)保護(hù)在線路易發(fā)生漏電且允許停電的情況下裝設(shè)，應(yīng)裝設(shè)戶保；IT系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)戶保[12]。

5 案例分析

案例一：

事故經(jīng)過：特種作業(yè)操作證已過期的鐘某到某公司送還前幾天修理的吊鑼機(jī)，期間該公司廠長周某讓鐘某去三樓車間檢查裝在車間墻壁上的工業(yè)排氣扇是否存在故障。隨后，鐘某穿著半袖衫、短褲及拖鞋獨(dú)自到三樓，登上噴漆房排風(fēng)扇所在平臺(tái)檢查處理排風(fēng)扇故障。當(dāng)周某到三樓車間找到鐘某時(shí)，已發(fā)現(xiàn)其趟在排氣扇旁一動(dòng)不動(dòng)，維修工具散落在地，經(jīng)搶救無效宣布死亡。

事故直接原因：涉事排風(fēng)扇電機(jī)外殼帶電。

事故分析：死者在檢修時(shí)，觸碰到排風(fēng)扇電機(jī)外殼，從而發(fā)生了觸電事故。此外，電氣設(shè)備沒有采取保護(hù)接零和保護(hù)接地及相鄰電氣設(shè)備等電位連接措施。鐘某為臨時(shí)接到工作任務(wù)，未按要求正確穿戴工作服、佩戴絕緣手套、穿絕緣鞋，就獨(dú)自一人開展檢修工作，也未履行停電、驗(yàn)電、接地手續(xù)，工作過程嚴(yán)重缺乏安全意識(shí)。最重要的是，設(shè)備未采取保護(hù)接地措施，也未安裝剩余電流保護(hù)裝置，否則對(duì)于涉事排風(fēng)扇電機(jī)外殼帶電時(shí)，漏電保護(hù)裝置就能立即跳閘隔離故障，避免人身傷亡事故的發(fā)生。這起事故也證實(shí)了低壓系統(tǒng)中為保障人身安全，安裝剩余電流保護(hù)裝置的重要性。

案例二：

事故經(jīng)過：2019年7月1日，位于東莞市橋頭鎮(zhèn)橋新工業(yè)園的舒爾曼塑料有限公司成品出料倉內(nèi)冷凍倉庫施工現(xiàn)場發(fā)生一起觸電事故(兩級(jí)均為漏電保護(hù))，事故造成1名操作工死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約為106.6萬元人民幣，當(dāng)?shù)貞?yīng)急管理局公布了該起事故調(diào)查報(bào)告。

事故分析：首先，操作工人無特種作業(yè)電工證，將套管三芯電纜的黃綠色線與研磨機(jī)的外殼PE線連接，同時(shí)將套管三芯電纜另一端(黃綠色此時(shí)為相線)接到距離研磨機(jī)約為7米處的380 V三相電源開關(guān)，并接通電源，導(dǎo)致研磨機(jī)外殼帶電。其次，事發(fā)時(shí)操作工人赤腳站在地面潮濕的施工現(xiàn)場，左手(左手有電傷痕跡)碰觸到機(jī)器外殼(此時(shí)研磨機(jī)外殼帶電)。并且，設(shè)備連接的臨時(shí)電源控制開關(guān)無漏電保護(hù)功能，車間取電的末級(jí)電源開關(guān)也無漏電保護(hù)功能，電流經(jīng)人體形成回路，導(dǎo)致操作工人觸電死亡。若設(shè)備能有效接地或接零，且安裝剩余電流保護(hù)裝置，在研磨機(jī)外殼帶電時(shí)剩余電流保護(hù)裝置就能立馬跳閘隔離故障，避免此次人身傷亡事故，這起事故依然證實(shí)了小小的剩余電流保護(hù)裝置關(guān)鍵時(shí)刻是救命神器的事實(shí)。

6 結(jié)語

在低壓配電系統(tǒng)中，RCD對(duì)于防止人身觸電傷亡事故的發(fā)生發(fā)揮著重要作用。但是實(shí)際情況是，由于低壓配電系統(tǒng)接線復(fù)雜，RCD頻跳時(shí)有發(fā)生，故障查找難度相對(duì)較大，停電投訴壓力隨之增加。因此，RCD的安裝投運(yùn)情況不容樂觀，此時(shí)若意外突發(fā)，人身安全將受到極大的威脅。為此，今后仍需不斷研究RCD在不同低壓配電系統(tǒng)中的三級(jí)保護(hù)配置策略，有效避免低壓觸電傷亡事故的發(fā)生。