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                剩余電流動作斷路器專家組主題報告之農村電網的漏電保護方式及其裝置的選擇
                發表時間: 2012/7/25│ 瀏覽次數:7089

                  1 網改前農村低壓電網漏電保護方式及漏電保護器的使用狀況

                  1.1 保護方式

                  在80年代初期,全國農村每年觸電死亡人數均在4000人左右,當時為了降低農村觸電死亡人數,曾大力推廣使用漏電保護器。由于當時國民經濟狀況及農村用電量較少,一般均采用一臺配電變壓器裝一只漏電保護器的總保護和每條分路出線裝一只漏電保護器的分路保護。這種農村低壓電網的漏電保護方式,持續使用了近20年,為降低農村觸電死亡事故起到了十分重要的作用。

                  1.2 使用狀況

                  1998年據我國14個省的不完全統計,已經安裝各種型號的漏電保護器3600余萬臺,這14個省在1994~1998年的5年里漏電保護器動作次數為319萬次。其中由于人及動物直接接觸而觸電動作的為28.6萬次,占總動作次數的8.97%;由線路及用電設備發生漏電保護器動作的為269.4萬次,占總動作次數的84.45%;不明原因動作的為21萬次,占總動作次數的6.58%。

                  從全國農村實施漏電保護的效果上看,也是十分明顯的,觸電死亡人數從1980年的4000人下降到1998年的167人,盡管用電量大幅度增加,但觸電死亡人數卻下降了近24倍,這充分證明:我國廣大農村安裝使用了漏電保護器為農村安全用電減少觸電死亡起到了顯著的作用。

                  1.3 保護方式存在的問題

                  從上述統計的數字不難看出,保護器動作的319萬次中,真正用于觸電保護的動作次數只有28.6萬次,占8.97%,而非觸電保護的動作次數共有290.4萬次,占91.03%,這種頻繁的動作,停電范圍廣影響面大,給農村低壓電網的供電可靠性帶來了嚴重影響。造成這樣動作頻繁就是這種漏電保護方式的最大缺陷,即缺乏漏電保護動作的選擇性。

                  2 農村電網建設(改造)工程中所出現的問題

                  2.1 原來漏電保護方式造成動作次數多的原因

                  在網改工程實施前,盡管全國各地通過農村用電標準化、電氣化建設與驗收,以及扶貧通電光明工程等一系列重大舉措,改變了農村用電的現狀,但是由于電網結構并沒有徹底改變,10、0.38kV的低壓電網送電距離嚴重失調,即10kV∶0.38kV=1∶5(該數字以千米為單位),嚴重的地方則為10kV∶0.38kV=1∶7,0.38kV線路供電半徑大,有的達到3km左右。由于這樣的農網結構及漏電保護方式,每條分路出線將有200~300農戶用電,農戶家中漏電及私拉亂接又難以管理,因此農戶家中用電就使得漏電保護器動作頻繁。一些經濟發達地方供電可靠性和連續性的矛盾尤為突出,那些地方為了連續供電而放棄了漏電保護,將線路的首端漏電保護退出運行,這樣就增加了觸電傷亡事故。這種漏電保護退出運行與農電安全管理不嚴及漏電保護組合裝置具備自身可以退出運行的條件有關。

                  2.2 網改工程中漏電保護所出現的問題

                  在這次網改工程中對原有農網的結構作了大調整,采用“小容量多布點”的供電方式,農網結構一般為10kV∶0.38kV=1∶2左右,經濟較好的地區0.38kV線路的供電半徑在500m左右,這種配電線路將大幅度降低了線損,并提高了電壓質量。但網改送電后為何又引起了供電可靠性較以前差呢?其主要原因有以下幾種:

                  2.2.1 網改的保護方式未作論證帶來的越級跳閘

                  在農網改造中各省要求對低壓電網安裝分路的首端和末端保護,但對如何實施首末端保護的相互配合、選用何種型號的漏電保護器等未作論證,仍按80年代的方式實施保護,所以就引起了漏電保護的越級跳閘、停電面積大的嚴重弊病。農民花了錢參與網改又要受停電之苦,因而意見較多。因此漏電保護選擇性的動作是十分必要的。

                  2.2.2 網改后低壓線路短了但農戶家中的漏電問題依然存在

                  經過多年來的實踐證明:低壓線路漏電大的主要原因是各農戶家中的線路和各種家用電器。盡管電網改造采用了“小容量多布點”的配電方式,但各農戶家中的用電狀況仍維持原狀,真正的漏電根子并未根治,因此原來保護器動作多的,網改后仍然要動作,僅僅是原來動作多的可以將其退出運行,而現在則無法退出運行,從而就造成了供電可靠性差。

                  2.2.3 低壓配電箱給用電可靠性帶來了影響

                  網改中的低壓配電箱工作于露天,在夏天高溫時箱體內的溫度可達到60℃以上。但箱體中所選用的各種低壓電器均是按GB1497《低壓電器基本標準》設計的,現在它們在超標準環境溫度下使用運行,由此引起的誤動也是正常的,甚至原來很少跳閘的線路也會增加動作次數,這就給供電可靠性同樣帶來了影響。

                  2.2.4 漏電保護退出運行的自身條件不復存在

                  這次農網改造中所選的漏電保護器必須是經過1995年漏電保護器國標安全認證的產品,這種保護器無法退出運行;加上與其配套的交流接觸器選用了CJ20型,這種產品的結構設計作了徹底改進,合閘線圈鐵芯封閉在內,所以無法將漏電保護退出運行。這樣一來正在運行的低壓電網一有故障,保護器就動作切斷電源,從而影響供電的可靠性。

                  2.2.5 網改后發生觸電死亡事故的嚴重性

                  隨著網改結束,低壓電網資產權變更,這對漏電保護的安全性就顯得十分重要。一旦保護失靈,發生觸電死亡事故,用戶要求索賠是個非常嚴重的問題(目前死者家屬提出索賠金額為60~200萬元不等,并狀告供電局),與此同時供電部門的各級領導還要花費很大精力和很長時間來處理這種事故,也沒有任何人敢將保護器退出運行。

                  因此,在農網改造時對漏電保護的選擇性、觸電保護的安全性和農村供電的可靠性必須認真研究妥善解決。

                  3 農村電網建設和改造工程中漏電保護方式的確定

                  自推廣使用漏電保護器以來,已經有20年的歷史,全國各地鄉村的農用電量也在原來的基礎上增加了幾十倍至幾百倍,農民對電的依賴性和迫切性很高,因此在確保農電安全的前提下,農村供電的可靠性就顯得非常重要。要解決觸電保護的安全性和農村供電的可靠性的矛盾,農村低壓電網的漏電保護方式應脫離原有模式,選用漏電保護具有選擇性動作的分級保護。

                  3.1 使用分級保護對供電可靠性的分析

                  從各地農網改造的規劃看,所選用的配電變壓器容量差異較大,貧困地區每戶用電量按0.5kVA左右考慮,其配電變壓器容量為30~80kVA;而經濟發達地區則按1.5kVA左右考慮,為此配電變壓器容量選用160kVA左右,這些配電變壓器的分路出線大多是2路或3路。每路出線的農戶在50~100戶左右。

                  農村低壓電網如何實施分級保護,應根據配變容量和分路出線的負荷大小來確定。當配電變壓器容量為100kVA以上,有2路或3路低壓線路時,其中負荷較大的分路出線可以采用三級保護,其余線路采用二級保護;

                當配電變壓器容量為80kVA及以下時,其2路或3路低壓線路則采用二級保護。

                  分級保護的示意圖見圖1。

                  圖1中由于Ⅰ分路用電負荷較多,所以設置三級保護,以縮小事故跳閘的停電范圍。

                  圖1中Ⅱ分路,由于負荷較少,所以設置二級保護。

                  圖1中的Ⅰ3、Ⅱ2為末端家用保護器(單機保護),用作直接接觸的觸電保護。

                  圖1中的Ⅰ2為Ⅰ分路中支線總保護,用于間接接觸的觸電保護、漏電保護及支線斷線落地保護,它必須安裝在自然村的總進線上。

                  圖1中Ⅰ1、Ⅱ1為各自分路的總保護,用于間接接觸的觸電保護及各自分路漏電保護和斷線落地保護。

                  當實施分級保護后,某一處發生漏電故障,供電的可靠性G可按下列公式計算

                  G= ×100%

                  式中N——為某一級漏電保護安裝的漏電保護器數。

                  3.1.1 不采用分級保護的供電可靠性分析

                  圖1中配電變壓器有Ⅰ、Ⅱ兩路出線,每路出線裝1只漏電保護器,N=2,當Ⅰ或Ⅱ有任一處發生漏電故障,可用下式計算:

                  G= ×100%=50%

                  這時,該臺配電變壓器供電的可靠性為50%。

                  對于某一路出線只裝一只漏電保護器,N=1,當該條線路有一處發生漏電故障,其供電可靠性為:

                  G= ×100%=0

                  由此可見,當一路出線裝1只保護器時,它的供電可靠性很差。

                  3.1.2 采用分級保護對供電可靠性的分析

                  若圖1中Ⅰ3各裝30只末端家用漏電保護器,Ⅱ2裝40只末端家用保護器,N=100,當農戶有一處發生漏電故障,對這臺配電變壓器而言,它的供電可靠性為:

                  G= ×100%=99%

                  另例Ⅰ線路,N=60,當農戶有一處發生漏電故障,該條線路的供電可靠性為

                  G= ×100%=98.33%

                  又如Ⅱ線路,N=40,當農戶有一處發生漏電故障時,該條線路的供電可靠性為

                  G= ×100%=97.5%

                  從上述計算結果表明,采用分級保護方式確保末端家用端漏電保護器的長期投運,是農村供電可靠性的保障,而用于分級保護的延時型漏電保護器就是大幅度降低室外觸電傷亡事故的強有力措施。因為從全國統計的數字看,發生在室外的臨時用電、斷相落地、私拉亂接所引起的觸電傷亡事故占整個觸電傷亡事故的70%以上。

                  3.2 分級保護的相互配合

                  分級保護的配合原則:必須有動作時間級差和動作電流級差同時具備,才能確保保護準確動作的選擇性。

                  圖1中Ⅰ3、Ⅱ2為家用保護器,額定漏電動作電流IΔn≤30mA,保護動作時的分斷時間Tn≤0.1s

                  圖1中Ⅰ2、Ⅱ1為延時型漏電保護器,額定漏電動作電流IΔn=60~100mA,漏電保護組合器在保護動作時的分斷時間Tn≤0.3s(含交流接觸器釋放跳閘時間,二者動作時間級差為0.2s)

                  圖1中Ⅰ1為延時型漏電保護器,額定漏電動作電流,IΔn=200~300mA;漏電保護組合器在保護動作時的分斷時間Tn≤0.5s。

                  漏電保護組合器:用檢測互感器、漏電繼電器、斷路器或交流接觸器等獨立元件分別安裝,通過電氣連接組合成的漏電保護器,稱為漏電保護組合器。

                  在這里必須強調指出:在農網改造中,為了各級保護動作的靈敏性,確保觸電保護的安全性,施工中,照明負荷應盡量均衡地安裝在A、B、C各相上,以確保各相之間對地絕緣的對稱性,減少漏電,使漏電保護器能長期可靠地運行。

                  與此同時,一旦決定采用分級保護方式后,各省對于首端保護的最大漏電動作電流,應根據20年來保護器的實際運行狀況,確定一個最大值,其具體原則是:不論在何種陰雨雪天,只要漏電保護器能長期正常投運,所選用漏電保護器的額定漏電動作電流寧小勿大,以增加農村用電的安全性。

                  4 分級保護的延時型漏電保護器的選擇

                  4.1 網改中分級保護方案的確定

                  網改中分級保護的方案可以是二級保護、三級保護甚至是多級保護。若選用二級保護,它的首端保護必須選用延時型漏電保護器,延時動作時間為末端保護的動作時間再增加一個動作時間級差,即0.2s;它的額定動作電流為末端保護器額定漏電動作電流的2~3倍。網改中選用的三級保護方式即可按二級保護的相互配合原則,以此類推。

                  4.2 分級保護中使用的延時型漏電保護器的選擇

                  網改中選用延時型漏電保護器,可以是延時型漏電繼電器與交流接觸器組合而成,也可以選用帶短路、過載保護的延時型漏電斷路器。但不管哪種型號均應是經過電工產品安全認證的合格產品,堅決杜絕假冒偽劣產品流入農網改造市場。

                  4.3 用于分級保護的漏電保護器的最終選擇方案

                  分級保護是農村低壓電網的最佳漏電保護方式,各省農村的低壓電網應盡量早日采用這種保護方式,以確保觸電保護的安全性、農村供電的可靠性和連續性。

                  隨著國民經濟的發展,在不久的將來農村低壓電網分級保護所采用的漏電保護器必須是:

                  (1) 末端保護具有短路、過載、過壓保護的家用漏電斷路器。

                  (2) 分級保護具有短路、過載以及多等級延時的延時型漏電斷路器。

                  到那時農村中家用電器十分普及、用電量很大但用電卻十分安全,供電的可靠性和連續性也很好。

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