地线的漏电与防护.doc

交流地线漏电隐患与防护刘叙义（国脉通信规划设计有限公司） 小改革解决大问题-电热水器漏电保护的改革仅将此文献给电热水器的工厂与使用电热水器的人们关键词：漏电 保护接地 部分接零-部分接地 电源转换 三线漏电保护器1内容简介：人们在使用电淋浴器洗浴时，人体与环境极度潮湿，如果遇到热水器漏电，极易发生人身触电事故。自1997年以来，中国年均发生热水器伤人事故1000起以上，引发的投诉约5900起。但事后检查伤人的热水器产品质量时，大部分却都是符合国家标准的合格产品。这说明在热水器自身漏电的故障之外，系统还存在危及人身安全的重大漏电隐患。本人经过全面认真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，这可能就是人在洗浴时发生触电伤亡的重大直接因素。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。交流电路为了保护供电用电设备的运行安全，保护接触设备人员的人身安全，普遍采用空气开关的过载和短路保护，采用漏电保护器的漏电保护，采用设备接地的零电位保护等综合保护措施，有的专业机房还采用了地面的绝缘保护以及建筑的避雷保护。但是，尽管采用了这么多的保护措施，还是时常发生使用电器时出现意外，发生触电造成人身伤亡的可怕事故。2009年7月1日杭州市萧山区第一人民医院就发生了患者洗澡触电身亡的不幸事件。新华网杭州7月3日电（记者章苒、裘立华）经公安、卫生、质检部门专家3日调查勘验认定， 1日在杭州市萧山区第一人民医院死亡的1名甲型H1N1流感患者为触电身亡。3日11时发布的调查结果称，这名患者系洗澡时因病房卫生间电路漏电意外触电死亡。 杭州市卫生局1日通报了这起意外死亡事件。又讯： 1日在杭州市萧山区第一人民医院卫生间洗澡触电死亡的甲型H1N1流感患者家属获95万元人民币的经济赔偿。空开保护、漏电保护、接地保护、绝缘保护、避雷保护，这么多的保护，为什么还保护不了一个洗澡患者的生命安全？中国消费者协会2005年发布的有关统计，自1997年以来，中国年均发生热水器伤人事故1000起以上，引发的投诉约5900起。但在事后的产品检测事故调查中却发现，大部分伤人的热水器产品质量是符合国家标准的，即为合格产品。现在的用电保护措施与方法一定还存在着某些不足，还有不为人们所认识或不被人们所重视的安全隐患存在。仔细分析现在通常采用的电源电路保护措施，发现还存在着许多惊人的漏电渠道，是现在通常采用的电源电路保护措施保护不了的，是电路安全保护的空白，这就是交流地线的漏电隐患。有必要深入地进行分析与探讨，并找出问题的解决办法。一、 交流电路保护的器件与功能1、空气开关空气开关是交流电路最基本的保护器件，基本功能有过载保护和短路保护。过载保护可以保障电源、线路、负载在额定电流状态下的安全运行，空气开关在启动性能选择合适的情况下，在额定电流值以下可以长期运行，在1.3倍额定电流状态下运行12小时过载保护断开电路。短路保护可以保障交流电路在短路故障时，立即断开电路，保障用电系统的安全。有的空气开关还有失压保护、过压保护等功能。2、漏电保护器由于设备绝缘不良造成设备少量漏电，空气开关是起不了保护作用的。当人触及漏电设备通过人体漏电流达到50mA时，就会有生命危险。人体安保的漏电保护器额定漏电流设定30mA启动，可以保护触电人员的人身安全。现在，漏电保护器往往和空气开关做在一起，组成漏电空气开关。3、保护接地使用交流电的用电设备都要接交流保护地，保证用电设备壳架的零电位（大地电位），电源发生接地短路能够立即断开空开，确保用电人员维护人员的人身安全。4、绝缘保护变电所、电力室、电气实验室的地面往往铺设绝缘胶皮，工作人员万一触电可以依靠绝缘胶皮的对地绝缘，保障工作人员的人身安全。5、避雷保护避雷器也叫浪涌保护器，是电源配电设备的重要配件，尤其是在通信设备、电子设备的配电系统中，更需要安装多级避雷器，避免高压雷电侵入电路。二、 交流地线的漏电隐患以上的综合保护措施，可以保证电源、线路、负载在一般情况下的安全运行，用电设备自身的漏电、接地、短路可以得到有效的保护。但是在特殊情况下，在安保系统本身出现故障，在保护地线出现故障出现电压的时候，以上的综合保护措施就不能保护交流电路的安全，不能保障触电人员的人身安全。下面以具体电路的故障状态来分析交流电路存在的六种地线漏电隐患。1、家用电器现在通用的标准保护电路图一为一个标准的家用淋浴器的电路接法，具有两级空开保护、两级漏电保护和接地保护，保护似乎已经很完善。但是，仔细分析地线（PE）不经过漏电保护器，如果地线本身出现意外电压出现漏电流，漏电保护器是不起保护作用的，是可以造成触电人员的人身安全危害的。 图一：现在通常家用淋浴器的标准保护电路接法2、TN-C-S系统电路的中性线断路通常变压器的低压电源是由三相四线制送到配电屏，即TN-C制，再改换三相五线制，即TN-S制向外供电，系统总的电路制式应是TN-C-S系统。图二：TN-C-S交流电源系统中线断路图二表示某小区单元楼内TN-C-S系统电路的中性线断路，由于各家负荷（相电流）不平均，造成零线的电压浮动，使零线出现比较大的对地浮动电压，这个电压同时会传到保护地线上，造成接地设备出现较大对地浮动电压，出现在淋浴器上的电压则是致命的危险电压。3、TN-C-S系统电路的中性线与相线交叉错接图三表示某小区单元楼内TN-C-S系统电路的中性线与相线检修后交叉错接，保护地线直接承受220V对地电压，由于保护地线直接接淋浴器外壳，所以淋浴器承受了致命的相线220V危险电压，而且没有任何保护措施。 图三：TN-C-S系统电路的中性线与相线交叉错接4、TN-S系统电路的地线断路图四表示某小区单元楼内TN-S系统电路的地线断路，没有及时被发现。如3号人家电饭锅接地短路，由于地线断路，所以电饭锅空开保护与漏电保护都不动作，仍可照常使用。但是1号人家的淋浴器保护地线则遭受了220V的危险电压，如果恰巧有人正在洗浴，则一定会发生触电的人身事故。图四：TN-S交流电源系统地线断路5、TN-S系统保护电路部分接零-部分接地图五表示某小区单元楼内TN-S系统保护电路部分接零-部分接地，其中有的用电设备壳架保护只接了直流地，如果此设备发生相线接地故障，则可造成整个交流电源系统的交流保护接零设备的全部带电。带电电压根据直流地与变压器交流地的接地电阻分压来决定大小，一般情况下，交流地电阻大于直流地电阻，所以交流系统保护地对地分压较大，即大于110V。 图五：TN -S交流电源系统部分接地、部分接零6、双电源三线转换系统的零线断路图六表示某高档小区单元楼内TN-C双电源系统，采用三相四线制，保护电路接零，采用三线转换开关，图中电路使用乙路电源，电源转换配电箱内乙路电源零线发生断路，此时淋浴器正在使用，电流经由电源相线用电设备甲电源零线甲电源地极乙电源地极回流乙电源变压器，零线电流经两个变压器地极分压加到零线上，由于电路零、地合一，零线电压经保护地传到设备壳架，将严重危及洗澡人的生命安全。 图六：双电源三线转换系统使用乙电源零线断路7、TN-C-S系统中线断路相线接零或接地图七TN-C-S系统中性线断路，出现这种情况，有时不能及时发现，因为三相电流平衡时，零线与地线对大地没有电压，用电设备基本可以正常使用。维修时不小心相线发生接零或接地，则可造成淋浴器的完全带电达到220V，这时将发生严重的洗澡触电事故。 图七：TN-C-S中线断路维修时相线接零或接地以上六种情况都不同程度存在漏电触电的严重隐患，列表总结如下：序号事故原因可能触电电压漏电保护器作用设备故障因素安装维护责任设计责任1中线断路三相电流不平衡12-220V无有有2中线、相线交叉错接220V无有有3保护地断路用电器漏电220V注有有4部分接零部分接地漏电110V无有有有5双电源三线转换零线断路110V无有有有6中线断路相线接零或接地220V无有注：这种情况下，淋浴器漏电保护没有作用，电饭锅的漏电保护有作用。这六种漏电现象都可以产生危及人身伤亡的事故，要认真预防全力避免。切记中线的干线不能断路，零线的干线不能断路，地线的干线不能断路。切记中性线、相线严格区分，不能错接，相线不能接地和短路。交流设备保护不许一部分设备接零一部分设备接地。三相双电源转换要采用四线转换开关，采用五线制，做到双电源完全隔离。三、 交流电路保护的由来和发展交流电路开始是由三相四线制组成，由熔丝保险来保护。熔丝要兼顾过载和短路两种故障保护功能，还要考虑电路的启动性能，考虑了电路的启动性能，过载保护性能就无法可靠保证。空气开关的出现代替了熔丝开关，使过载和短路两种故障保护性能有了根本的改善，两种保护各自独立完成，能够完全满足电路的过载和短路保护的不同需要。并具有不同的启动性能配合不同的电路负载。三相四线制电路零线地线合一，当中线断线时，保护接零的设备会带电，给保护接零系统带来了危险，正常的时候保护接零的零线也有一定的对地电压，不是真正的零电位。三相五线制代替三相四线制电路，完全具备三相四线制各项功能，零线与地线分开，解决了三相四线制电路零线断线时保护带电的问题。上世纪六七十年代漏电保护器的出现，解决了设备漏电给人身带来的触电危险问题，使交流电源的综合保护措施得到了进一步的完善。双电源三相四线转换开关的出现，解决了三相三线转换开关因零线断线引起的保护带电问题。四、 交流地线漏电隐患的改进方法科学技术不断地发展，新技术新设备新方法广泛地应用，使交流电路的保护功能有了很大的提高，但是还不断有电气火灾和人身触电伤亡事故的发生。这里肯定有不可预见难以避免的人为的意外的原因，也有许多可以预见、能够避免、可以改进的技术原因，只是还没有被人们认识或者还没有被人们重视。另外还要注意，新老规程、新老规范、不同制式的电源规定要进行区分，不可混乱运用产生矛盾产生新的问题。零线是交流电路中最为重要的组成部分，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许断路。三相五线制代替三相四线制电路以后，零线的规定应改为不许单独接保险单独接开关，可以与相线一起联动接开关接保险，这样可以利用双电源四线转换开关，实现电路的完全隔离，避免电源系统间的漏电现象发生。本文探讨的六种漏电隐患，都是由零线与地线的断线故障和地线错乱引起，有的再加上其它一个电源故障合成，一旦发生就是系统故障，一处发生故障可以祸及百家。对大多数人来说，在自己家受到触电的伤害，很难搞清是自家电源系统的原因或外部漏电侵入的原因。自家受到触电的伤害，原因根源却在电源系统，是因为别人家的电气故障引起的，这是一种应引起广泛注意的交流电源地线漏电的故障现象。当前许多缺乏电工知识的人都在做电气施工，错误与伪劣工程确实难以避免，加之电气故障电气隐患有时确实难以分析和难以正确判断，对于触电事故，普通居民家庭自己经常感到即触目惊心却又无能为力。用电安全十分重要，但往往是管得了自己，管不了别人。地线的干线有无断路？别人家电器出不出事故？什么时间出事故？都和漏电触电事故有关。除了对整个电源系统加强管理，尽力避免这些地线系统漏电隐患的发生，居民家庭有没有一种简单的办法，能够隔离故障电路，避免这些灾害祸及自家的人身安全呢？可以采用三线漏电保护器代替单相两线漏电保护器（图八），采用三相电磁式30mA漏电保护器变通1P+N+PE方式应用，代替1P+N漏电保护器加单独接保护地线的方式，将单相电源的相线、零线、地线都经过漏电保护器。当发生以上各种漏电故障，漏电电压侵入用电设备，漏电电流达到30mA时，漏电保护器可以断掉全部电路包括带电的地线电路，保障人员的基本人身安全，尤其是最危险的家庭淋浴器电路可以优先考虑进行这种改装。本人采用DZ47LE-32/3C16-0.03A三相漏电保护器（图八），更换改装淋浴器的漏电保护，经试验各项漏电保护性能均达到预期要求。三相漏电保护器做单相使用，左边与中间接线位置接相线与零线，右边接线位置接地线，其它不做任何改动。 图八：淋浴器漏电保护改装三线漏电保护器还有一种原始的方法，就是将淋浴器的水烧热以后，拔掉淋浴器的电源插头，淋浴器断电使用。注意只关闭淋浴器本身电源开关不起作用，或者是关淋浴器的空气开关也不起作用。许多人也不习惯这种用法，容易忘记并且洗澡水越洗越凉，烧一次热水不够洗一次澡。这种方法也只对淋浴器的安全有一定作用，对其它用电器则无法使用。现在常用的漏电保护方式，只对被保护设备本身的漏电起作用，只保护了一种故障，而对我们探讨的六种地线漏电故障都没有作用。这六种故障为什么能被我们长期忽视？是因为它们大多数属于组合故障，需要两个故障同时发生才能造成危害，发生的概率比较小，故障现象不够直观。但是故障一旦发生，后果将是严重的，并且不易被人及时发现，不易得到及时正确的处理和解决。在我们实际的工作和生活用电当中，这六种地线故障都比较容易发生，只是两种故障复合的概率较小，但有的错误如部分设备接零部分设备接地，双路电源的三线开关隔离，在我们实际的交流电路当中却非常多见。还有一个因素，就是电源系统的过载、短路、过压、欠压、缺相、接地、漏电可以造成事故，已经早有定论与共识，但是电源系统的断路可以造成事故还不太被人们认识，还没有引起大家的广泛重视。本文探讨的故障，多属于复合故障，断路加三相电流不平衡、断路加漏电、断路加接地、断路加系统隔离不完全，线路错误和接地错误。这些故障共同的后果，就是使接地系统带上了危险电压，危及用电设备的安全，尤其是危及淋浴器的安全，更是严重危及人的生命安全。三线漏电保护器可以保护六种外部电路故障引发的地线漏电事故，它是被动的工作方式，即已经发生的外部漏电电流引发保护器动作断电，对于热水器胆体内部的漏电不起作用。它可以与热水器本身自带的漏电保护器配合使用，即热水器本身自带的漏电保护器保护热水器本身的内外漏电，新改装的三线漏电保护器保护外部电路故障引发的地线漏电，从防范漏电的安全保护角度来看，漏电保护器的串联使用其保护功能互相叠加。五、给生产厂家提出的改革建议（图九）：改换两线漏电保护器为三线漏电保护器，实现全面的漏电保护功能，由一种漏电保护提高到七种漏电保护。 图九：建议生产厂家改装的三线漏电保护器自家本无事，系统互牵连。地线埋隐患，漏电引祸端。2009年7月23日后记：昨天，因为买冰箱到了正阳家电商场，看到史密斯热水器等几家产品已经采用了三线漏电保护器的新技术，心中顿生颇多感慨。2009年7月写出交流地线漏电隐患的防护这篇文章，曾将此文发到三家热水器厂家邮箱，未得到任何回音，曾经感叹这样简单有效又非常有必要的技术改革，竟然无人认识无人采用实在令人遗憾。当时曾在哈尔滨安乐街家乐福黑天鹅商场进行过考察，商场所有热水器没有采用三线漏电保护器的产品。曾与史密斯热水器的服务员进行过咨询，有无带地线漏电保护的热水器，服务员回答说没有，说地线是直接接到热水器上的，不能经过漏电保护器，地线不允许断线。我说，可能很快就会有带地线漏电保护的热水器了上市了。因为电子邮件发出的文章未见到回音，心中虽有遗憾也没有再对此过多关心。将自己家配电箱两线漏电保护器改换为三线漏电保护器，与部分同事交流了一下这篇文章放下了此事。昨天看到史密斯热水器等产品已经采用了三线漏电保护器的新技术，就是本人交流地线漏电隐患的防护文章革新思想的实际应用。询问商场史密斯热水器的服务员，以前电热水器采用的都是两线漏电保护器的技术，为什么改成三线？这种产品上市多长时间了？服务员说，因为有的厂家热水器电源地线出问题电着人了，所以改成了三线保护，我到商场一年多了，来的时候就有了这种产品。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规范的束缚，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员伤亡的悲剧，做为一个老电力工作的工程师，我明确知道这虽然是一个小小概率事件，但赶巧了却实实在在是可能发生的危险，对于每个遭遇此灾祸的个人与家庭来说，则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。交流地线漏电隐患的防护原本就是献给厂家和使用电热水器人们的文章，只是没有公开发表。这篇文章突破了旧的电源专业沿袭的规程规范，