2023年用电安全保护方式的由来与发展.doc

用电安全保护方式的由来与开展 刘叙义 〔国脉通信规划设计〕 用电安全包括用电设备的安全、配电线路的安全与人身生命的安全，在电气设计、施工、维护工作中保证系统运行安全与人身生命安全是第一重要的。 三相供电变压器低压侧一般有三角形结线与星形结线，有接地系统与不接地系统，本文主要探讨常用的三相四线制中性点接地的380/220V供用电系统。变压器引出A、B、C三条相线与中性点零线，中性点零线直接接地，防止变压器绝缘损坏高压侵入低压侧危及设备与人身安全。 用电设备电源的安全保护，包括电源电压的变化控制在±5%x380/220V范围之内，负载电流不超过设备额定电流值，特殊重要的设备运行时不允许断电,要求安装UPS电源即不间断电源。 用电设备线路的安全保护，要求线路的额定电流大于空气开关保护的额定电流，即线路额定电流≥空开额定电流≥负载额定电流。 人身生命安全的保护，要求人身能够接触到的设备壳体绝对零电位，极端情况下人身触电时通过人体的电流值不能超过50mA时间不能超过0.1秒。 1、最简单的配电线路〔图1〕 将单相用电设备直接接到单相供电线路上，系统只包含电源与用电设备不含任何安全保护器件，用电设备开关翻开设备就开始工作，用电设备开关关闭设备就停止工作。电路系统结构简单但是存在一个严重的问题，用电设备过载或线路短路会使设备过载烧毁和使线路过热引起火灾。 2、加装保险刀闸的配电线路〔图2〕 早些年比拟实用的线路是在线路上增加了保险刀闸，安装铅锡合金的保险丝，解决了短路事故的保护问题。由于保险要兼顾设备的运行电流与启动电流，一般设备按额定电流的1.5～2倍选配保险丝，电动机要按设备额定电流的2～3倍选配保险丝。兼顾了设备的启动电流就无法保护设备的过载故障，设备过载时还会烧毁设备和线路。此电路系统设备发生漏电危及人身安全的时候没有保护措施，人身接触漏电设备时生命安全受到威胁。 3、用电设备加装保护零线〔图3〕 为了解决设备发生漏电危及人身安全将设备壳体接保护零线，设备漏电接触到设备外壳，漏电严重时电流过大会熔断相线保险丝切断电路，漏电轻微时漏电电流会经外壳保护零线回流到变压器，使设备外壳不带对地电压，一般情况下可以解决设备漏电直接危及人身安全的问题。 4、供电系统增加重复接地〔图4〕 供电系统的接地线可能发生断线，系统的零线也可能发生断线，当系统断线用电负载又不平衡时，接零保护设备将全部带上电压危及人身安全。为了保障零线的绝对零电位，在供电线路50米或线路进户的地方将零线重复进行接地，降低零线的接地电阻确保零线的对地零电位。 5、增加地线变三相四线制为三相五线制电源系统〔图5〕 当系统零线在重复接地线的后面断线用电负载又不平衡时，接零保护设备也将全部带上电压危及人身安全。如果单独设置保护地线代替保护零线，实行三相五线制，防止了零线电流不平衡时造成的零线电压引到设备外壳，那么可从根本上解决这个问题，即使地线断线没有设备同时漏电的复合故障，也不会造成接地系统设备的全部带电。 6、空气开关代替保险刀闸〔图6〕 空气开关的出现代替了保险刀闸，供电线路的过载与短路保护问题完美地得到了解决。一个开关具有两套保护系统，热保护对应过载磁保护对应短路，可以分别选择与调试空开适应不同额定电流和不同启动电流的设备。供电与用电安全保护的方式实现了革命性的飞跃，保险开关无法有效保护的设备电流过载的问题得到了圆满地解决。 空气开关的选择要遵循线路额定电流≥空开额定电流≥负载额定电流，要根据负载启动电流比额定电流的倍数大小选择对应的空开型号，如一般保护选C型〔短路保护5倍或10倍额定电流〕，电机保护选D型〔短路保护8倍或12倍额定电流〕。根据负载额定电流大小选择对应的空开容量，如10A、16A、32A，这是一个保障设备安全与线路安全极其重要的关系，许多电气火灾都是随意加大了空气开关，使线路额定电流小于了空气开关的额定电流,设备发生了过负载或者短路事故空气开关不动作造成的。常用电缆额定负载电流附表于文后供查阅。 7、漏电保护器的使用〔图7〕 设备的保护地线如果发生断线设备同时又发生漏电，还是会危及人身生命安全，漏电保护开关的出现很好地解决了这个问题，通过人身的电流到达50mA就会危及人身生命安全，漏电保护开关可在通过人身5～30mA电流时在0.1秒之内切断电路，保障人身的生命安全。有的漏电保护器还可以兼具过电压保护，防止雷电和供电系统其它原因的过电压对设备的损坏。 8、全线路漏电保护器〔图8〕 供电系统地线的干线发生断路，系统内同时有用电的设备发生故障漏电，设备端接保护地线反而引来了灾祸，会使所有接地保护的设备都带了电。如果系统内有正在使用淋浴器洗澡的人那么会发生致命的触电事故，因为此时漏电电压由地线直接传到淋浴器壳体，没有经过漏电保护器。1997年以来我国平均每年发生的不明淋浴器漏电死亡事故一千多起，漏电伤人投诉事故五千九百多起。但事后检查伤人的热水器产品质量时，大局部却都是符合国家标准的合格产品。这些淋浴器死亡伤人事故根本可以确定为保护地线意外带电所致，如何解决这个问题，本人经过全面系统地进行了家电漏电的各种可能隐患的分析，发现总结了六种保护地线漏电的重大隐患，这就是人在洗浴时发生触电伤亡事故的重大直接原因，内容详见百度地线的漏电与防护一文。 在电热水器原来的保护系统里，稍作一点改革，将两线漏电保护器改为三线漏电保护器，即可以全面为电热水器提供安全漏电的保护，由一种漏电保护变成七种漏电保护，彻底解决了使用电淋浴器洗浴时对生命安全的担忧和危险。 零线是交流电路中最为重要的组成局部，在早期三相四线制电路用保险保护的时候，规定零线不许接开关不许接保险，因为当时零线同时又是保护地线，地线的干线在任何情况下都不允许断路。 漏电保护器已经诞生40多年了，源于保护地线不能接保险不能接开关的传统电工理论传统专业标准的束缚，家庭用电保护一直沿用两线漏电保护器，检测保护相线和零线的漏电。电源系统地线故障漏电一直困扰着家庭的用电安全，尤其发生了许多电热水器电源地线故障漏电造成人身伤亡的悲剧，做为一个电力工作的工程师，我虽然知道这是一个小概率事件，但发生的每起个案却实实在在都是天大的人身伤亡事故，对于每个遭遇此灾祸的个人与家庭来说，那么是家破人亡的生死大灾祸，所以每次洗浴都战战兢兢，直到将自己家配电箱两线漏电保护器改换为三线漏电保护器之后，洗浴才放下心来。现在三线漏电保护器在电热水器行业产品保护中已经正式应用，应该说一个用电安全保护的新时代开始了。 建筑行业的电气设计部门，配电箱应该采用三线漏电保护器代替两线漏电保护器，全面保护单相用电器的各种漏电，使我们所有的家庭用电都能确保安全。 漏电保护器的生产厂家，应该生产更换简单方便的带三线电热水器漏电保护器的插头，让人们将早期生产的电热水器插头进行更换，真正让电热水器成为安全、无后顾之忧、无安全隐患的放心家电设备。 电工理论与规程标准中关于交流电源地线不允许接保险不允许接开关的规定，需要做适当修正，应该是：交流电源地线的干线不允许接保险不允许接开关，接漏电保护器的支线电路要将相线、零线、地线全部接入漏电保护器，进行全部线路的漏电检测和保护。 漏电保护器要将两线升级为三线，将四线升级为五线，将相线、零线、地线全部接入漏电保护器进行保护。 用电安全的保护方式由用电系统加装保险开关→设备壳体接保护零线→零线重复接地→增加专用保护接地线→空气开关代替保险开关→安装漏电保护器→安装全线路漏电保护器一步一步地开展起来，使各种用电设备的单一故障、复合故障、外来故障隐患一一地得到了安全防护。 表：RVVZ-0.6/1KV聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套阻燃软电缆(70℃)眀敷载流量〔环境25℃〕 截面〔mm2〕 2.5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 200 240 250 单芯(A) 24 32 44 72 97 132 162 204 253 272 356 410 465 509 552 598 双芯(A) 22 30 41 61 83 116 139 175 214 239 312 356 393 三芯(A) 21 29 39 53 76 105 125 159 195 216 284 318 356 389 422 457 四芯(A) 20 28 37 48 68 96 114 144 179 204 256 289 320 350 380 412 五芯(A) 19 27 35 44 62 87 104 131 163 186 230 260 288 316 342 371 重要的行业企业，如通信、冶金、化工、军政、交通、医院等对电源的供电连续性安全性有更高的要求，要求配电盘安装浪涌保护器，要求安装UPS即交流不间断电源，要求安装自备发电机做备用电源保障设备的连续安全供电。随着社会的开展科学的进步，微电子技术已经融入到电力电源专业，用电安全保护方式也一定会不断地取得进步获得新的开展。 6