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浅析家用漏电保护器的作用

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/18 1:55:48   

摘要:本文简单分析了家用漏电保护器的作用,说明在低压供电系统安装漏电保护器可以大幅度地提高供电系统运行的安全性,对保证人身和用电设备的安全具有极为重要的意义,应在低压供电系统中大力推广使用漏电保护器。

要害词:漏电保护器触电安全

随着家用电器的普及,人们与电接触的机会越来越多,用电设备发生故障导致人员触电伤亡也时有发生。为了人身安全与设备安全,漏电保护器作为一项有效的电气安全技术装置已经被广泛使用,并起到了举足轻重的作用,老百姓通俗地称它为"保安器"、"保命器"。但是有些人认为现在线路改造了,安全程度已经提高了,没有必要安装漏电保护器了。本文仅就家用单相漏电保护器的作用阐述一些浅见。

首先从我国低压供电系统谈起。过去,我国民用住宅低压供电多采用TN-C系统,即工作零线(N线)与保护地线(PE线)合一的接零系统。这种TN-C系统存在一些不安全因素,如零线因不平衡电流的存在,正常工作时也带电压;零线断线时,设备外壳带相电压;电源线路的相线碰地时设备外壳电位升高;零线的危险电位"蔓延"等等。因此,近年来在许多地方进行了线路改造,采用在进线配电箱后将载流的零线(N线)和用于设备接地的地线(PE线)分开的接零系统,即TN-C-S系统。如图1所示,其中RA、RB为变压器和配电箱的接地电阻,Z为单相负载。采用了TN-C-S系统后可消除TN-C系统的某些缺点,如把地线和零线分离后载流的零线(N线)断线时,设备外壳不会带相电压,降低了不平衡电流产生的零线电压。但在TN-C-S系统中,是否可不安装漏电保护器,我们从以下三种情况进行分析:

1111

情况一:设备发生碰壳故障。

如图2为设备发生碰壳故障时的等效电路,其中R1为线路阻抗,R2为PEN线阻抗,R3为PE线阻抗。

2222

根据要求RA应小于4Ω,RB应小于10Ω。假设取RA=4Ω,RB=10Ω,R1、R2、R3均为1Ω,则

Ik=U0/R1 R2 R3//(RA RB)=220/1 1 [1×(4 10)]/(1 4 10)=75(A)

PE线上的电压降UPE=Ik×R3=75×1=75(V)

PEN线上的电压降UPEN=Ik×R2∥(RA RB)=75×[1×(4 10)]/(1 4 10)=70(V)

则U2=UPEN×RB/(RA RB)=70×10/(4 10)=50(V)

设备外壳的接触电压Uk=UPE U2=75 50=125(V)

按IEC标准,在普通级别干燥或湿润条件下,安全电压和答应通电时间的关系如表1所示。

表1IEC推荐的普通级别干燥或湿润条件下

安全电压和最大答应通电时间的关系

 

预期安全接触电压(V)<50507590110125150220280
最大答应通电时间(s) 510.50.20.150.10.050.03
3333

从表1中可知Uz=125V时,必须在0.15s内切断电源,才能保证人身安全。但由于受设备负荷电流和起动电流的限制,一般的熔丝额定电流不能选得过小,这样就不能满足在0.15s内切断电源的要求。

假如在线路中安装漏电保护器,情况将得到改善,如图3所示。为了保证人身安全,漏电保护器应满足Za×IΔn≤UL(式中:Za—故障回路阻抗;IΔn—漏电保护器的漏电动作电流;UL—安全接触电压,正常环境下为50V)。一般家用漏电保护器的漏电动作电流IΔn=30mA,UL=50V,则Za≤1.667kΩ。在任一配电系统的回路阻抗都只有几欧,因此Za≤1.667kΩ是很轻易实现的。而在发生故障的情况下,接地短路电流Ik大大超过30mA,这就保证了漏电保护器的可靠动作,从而提高了单相接地短路保护灵敏度。

情况二:私拉乱接的电线绝缘破损。

当家中私拉乱接的电线绝缘破损时,破损的电线会造成相线短路故障。设相线对地短路处接触电阻Rz=8Ω,忽略线路阻抗,则相线对地的短路电流为

IK=U0/[[RA×RB/(RA RB)] RK]=220/[[(4×10)/(4 10)] 8]=20.3(A)

此时配电箱接地线上的电压为

U=Ik×[RA×RB/(RA RB)]

=20.3×[(4×10)/(4 10)]=58(V)

该电压已超过安全许可值,它将沿PE线传到各用电设备的金属外壳上,对人身安全造成威胁。

如安装了漏电保护器,线路的短路电流Ik完全能使漏电保护器动作,从而保障了人身安全。

情况三:人体直接触及相线电压。

上面两种情况是设备或线路绝缘损坏时产生人身间接触电的情况。当人们在修理设备或检修线路时,不慎会直接触及相线,产生直接触电。如图4所示。

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假设人体电阻RT为1kΩ,忽略RA、RB,则流过人体的电流为

IT=U0/RT=220/1000=0.22(A)

此电流远远超过了安全电流,但不能使线路首端保护装置动作,而漏电保护器却能迅速切断电路,起到安全保护的作用。

此外,还有一些情况下也能体现漏电保护器的作用:

(1)在非凡潮湿的地方(如游泳池、淋浴房、厨房、卫生间等),因人体表皮电阻降低,触电死亡的危险大大增加,安装漏电保护器后便能有效地减少触电伤亡事故。

(2)当一些电子设备绝缘损坏时,其外露的金属附件(如电视机、收录机的拉杆天线等)可能带危险电压,这种危险电压是不能用接地的方法消除的,只有靠安装漏电保护器才能保证在人身触电的瞬间迅速切断电路,保证人身安全。

综上所述,漏电保护器在低压供电系统的应用,可以大幅度地提高供电系统运行的安全性,对进一步保证人身和用电设备的安全具有极为重要的作用。因此,漏电保护器应作为一种良好的安全保护措施,在低压供电系统中大力推广使用。

夏晔南京电力高等专科学校(210013)

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