低压配电的触电保护技术及其发展

低压配电的触电保护技术及其发展

彭昌朋

广东电网梅州丰顺供电局有限责任公司 广东梅州 514300

摘要：长期以来，低压配电网人身触电事故时有发生，触电已成为社会公共安全的一大风险。触电保护是一项系统工程，涉及剩余电流保护技术与低压接地型式两大方面内容以及两方面技术的协调配合问题。首先介绍剩余电流保护技术和触电故障识别方法的研究和应用现状，阐述低压配电网、用电设备的接地型式以及触电保护的合理配置，分析实际运行中在配电网侧与用户侧接地和保护的协调配合中存在的问题及安全风险，最后对当前低压配电触电保护技术需进一步研究和完善的问题进行了总结与展望。

关键词：低压配电；剩余电流保护；触电故障识别；

1、基本原理

目前虽然各式各样的RCD动作判据不同，但其工作原理基本相似。如图1所示的三相四线制低压交流配电系统，三相线路自然对地剩余电流之和Iz，人体接触C相线路后流过人体的电流Ih，两者矢量和就是剩余电流。可见，剩余电流是自然对地剩余电流与单相接地电流之和。如果人体仅跨接在三相线路之间或线路与中性线之间并不会有剩余电流产生，只有人体跨接在线路与大地之间时才产生剩余电流，因此，RCD仅能在人体接触线路与大地之间触电时发挥保护作用。在实际低压配电系统中，三相电路对地电导与电容参数并不完全一致，且会存在因对地绝缘下降引起的剩余电流，也就是在正常运行过程的线路也存在剩余电流，因此采用幅值比较法RCD的整定值要躲过系统正常运行过程中最大剩余电流。这样对于位于线路首端RCD，正常运行时检测到自然剩余电流为后端所有自然剩余电流的叠加，一般在几十毫安到几百毫安以上，这样，安装在配电变压器侧以及线路分支上的RCD的电流整定值也要在数十毫安到数百毫安以上，才能保证RCD不会在正常运行时误动。

2、触电保护方法

2.1电流脉冲式

在系统正常运行时，RCD检测到的系统的自然泄漏电流为稳定不变或变化比较缓慢的正弦波。当发生生物体触电时，系统中剩余电流将发生突变，脉冲型RCD就是检测这个突变量的大小，当突变量超过整定值时动作。生物触电电流Is使得系统中原来的剩余电流从I0变为触电后的剩余电流IL，剩余电流突变量Δi=|IL|-|I0|还取决于Is与I0之间的夹角θ，自然泄漏电流取决于线路的不平衡状况和线路所处的周围环境，而生物触电可能发生在三相中的任意一相，θ的取值范围为0°~360°，当θ=0°或者θ=180°时剩余电流的突变量Δi最大，等于触电电流|Is|，当θ≠0°或者θ≠180°，突变量Δi都小于触电电流Is，所以，脉冲电流法RCD不能完全反应触电电流，仍然存在动作死区。在实际运行过程中，拒动与误动现象都比较多，并没有获得大面积的推广应用。

2.2鉴相鉴幅式

鉴幅鉴相式RCD是在电流脉冲剩余电流保护装置的基础上引入参考相位（一般为A相），以消除动作死区。因触电产生的剩余电流的相角差Δθ与因触电产生的剩余电流的突变量Δi经过加法器，综合鉴幅器和鉴相器的判断，决定RCD是否动作。鉴幅鉴相式RCD相比以上电流脉冲式、幅值比较式RCD动作死区减少很多，但此类的结构和整定方法都比较繁琐，且在因触电产生的剩余电流的相角差Δθ较小时，仍然存在拒动现象，因此实际运行效果还不是很理想，应用面有限。

2.3电流分离式

在生命体触电很短的时间内（大约2～3个周期），生命体阻抗为一时变网络［20］，由于这一特性，使得生命体触电电流在刚初始为一递增的周期性函数，之后非暂态特性迅速衰弱，触电电流等幅振荡。触电电流是剩余电流中的一部分，若能把触电电流从剩余电流中分离出来，以触电电流的幅值超过RCD整定值而动作，这样可以完全消除动作死区。电流分离式RCD就是基于上面所分析的原理而研制的。涉及的方法有：利用小波分析与BP神经网络相结合提取触电电流分量的方法，将预处理后的信号输入神经网络中进行学习和训练，实现了从剩余电流中分离触电电流波形；小波包变换和混沌理论相结合提取触电电流分量的方法，通过混沌系统临界状态，实现了从剩余电流中分离触电电流分量。

3、保护装置

3.1保护配置

根据GB/T13955—2017《剩余电流动作保护装置安装和运行》，低压配电系统中为了避免发生人身触电事故和缩小接地故障切断电源引起的停电范围，剩余电流应采用分级保护。分级保护方式是根据用电负荷和线路具体情况、被保护设备和场所的需要配置，一般分为由总保护（配电变压器低压侧）、中级保护（分支或集中表箱处）、末端保护（用户侧）组成两级或三级保护。除末端保护外，各级保护选用低灵敏度延迟型的保护装置，上下级有动作时间级差，实现具有动作选择性的分级保护。分级保护是否能正常投运与接地型式有直接关系，根据不同的接地方式，合理选择分级保护配置方案。

TT系统。TT系统的变压器低压侧中性点直接接地，用户侧设备外壳单独接地。现场一般选用剩余电流保护总保护、中级保护及末级保护。在TT系统实际运行中，因用户侧线路线路绝缘老化，导致末级保护出现频繁误动作，影响用户的正常用电，因此常出现用户私自拆除末级RCD，严重影响用户的用电安全，还可能造成保护越级跳闸现象。在潮湿、雷雨天气，自然剩余电流上升，常出现保护频繁跳闸，总保护、中级保护无法投运问题。

2）TN-C、TN-C-S系统。对于TN-C系统，中性线与保护线共用，并在配电线路上设置重复接地。因此，正常电流通过重复接地分流导致总保护无法正常投运。而TN-C-S系统，总保仍然无法投运，但在N线与PE线分开部分可装设中级保护及末级保护，在TN-C、TN-C-S系统实际运行中还存在另一问题，在配电网发生单相高阻性接地故障时，短路电流不足以使空开跳闸，导致中性线综合接地电阻上产生电压降，保护接零的设备外壳带有电压，电压甚至可能超过人体安全电压（36V），存在触电安全隐患。总之，对于TN-C、TN-C-S接地型式的配电系统，总保护是无法正常投运的，TN-C-S系统可在单独接地线（PE）引出的配电箱与用户侧装设两级RCD保护。而对于TT、TN-S接地系统的可配置三级RCD保护。

4、结语

在低压配电系统中，RCD在降低人身触电伤害方面发挥了重要作用。现有的三级保护中，仅有用户侧的末端保护能够保证人身安全，总保护与中级保护因为电流动作定值超过30mA，实际上是难以保证触电者的人身安全的。此外，目前普遍采用的基于剩余电流幅值保护原理RCD存在动作死区，触电电流的分离和触电故障类型有效识别的共同作用将彻底解决RCD的误动和拒动问题，有效提升触电保护效果，但这还需要进一步的技术研究。在TN-C和TN-C-S的配电系统中，中性线与保护线共用并在配电线路上重复接地，无法在配电变压器处装设总保。如何解决TN-C和TN-C-S系统的配电干线上的触电保护问题，也是触电保护技术研究的另一重要内容。触电保护是一项系统工程，除了合理配置RCD外，规范低压配电网和用户设备的接地型式也是防人身触电必不可少的内容。同一台区的用户设备保护接地型式混用同样存在人身触电风险，这既有技术问题，也有管理问题。

参考文献

［1］李天友，徐丙垠，薛永端，等．配电网触电保护技术［R］．北京：中国电机工程学会专题报告，2018．

［2］杜松怀．电力系统接地技术［M］．北京：中国电力出版社，2011：30-37．

［3］要焕年．电力系统谐振接地［M］．北京：中国电力出版社，2009：144-149．

［4］关海鸥，郭元建，杜松怀，等．农村低压电网触电电流数字特征描述与分析［J］．中国农业大学学报，2014，19（3）：202-207．