居民小区漏电保护开关越级跳闸原因及对策分析

向珉江，范宪铭，张　辉（国网山东省电力公司济南供电公司，济南　250012）

居民小区漏电保护开关越级跳闸原因及对策分析

向珉江，范宪铭，张辉
（国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

漏电保护开关越级跳闸不仅影响居民正常用电，也给排查故障增加了难度。分析漏电保护的基本原理及采取多级漏保的优点，结合居民小区里三级漏保开关的运行现状，对越级跳闸的原因进行了分析，并提出了相应的改进方法。

漏电保护开关；越级跳闸；三级保护；低压配网

0　引言

漏电保护技术是一种检测低压配电系统发生漏电故障并及时切断电源的技术，其目的主要是防止人身触电死亡事故，预防电气漏电引起火灾。

漏电保护技术最早伴随着矿井电网出现于20世纪30年代的英国。40年代起，前苏联、西德、波兰、日本等国也先后开发出适合于本国矿井供电系统的漏电保护装置。我国于50年代初引进了前苏联的漏电保护技术。随着科学技术的发展和人们对居家用电安全的需要，1980—1999年我国在广大的农村和城市低压配电网中推广使用漏电保护器［1-3］。多年来的实践证明，漏电保护器对用电安全起到了显著的保护作用。

长期以来，对漏电保护技术的应用研究主要集中在矿井［4-5］和农电［6-7］系统，对城市配网的漏电保护技术缺乏关注。一方面是认为城市配漏电危害性远低于矿井，另一方面是认为城市配网的可靠性要远高于农网。目前，城市配网中漏电保护技术的主要问题是供电可靠性与用电安全性的矛盾。随着社会经济的发展，城市用户对供电可靠性和安全性的要求均在不断提高，这就要求漏电保护器能在最短的时间、最小的范围内准确地切断漏电处的电流。在实际运维过程中，常发生居民小区内漏电保护开关越级跳闸的事件，给居民用电带来了不便。与传统低压配电方式不同，居民小区的整个低压配电系统都隐藏在地下室、桥架、竖井内，漏电开关越级跳闸时，查找故障变得极为不便。

1　漏电保护基本原理

1.1动作原理

漏电保护的基本原理为基尔霍夫电流定律（KCL），即流入一个节点的电流必然等于流出电流。如果某处发生漏电的情况，那么该处上游的任一节点处就会检测出不平衡电流。

在我国居民用电体系中，采用TT、TN-C、TN-S 或TN-C-S低压系统，使用三相四线制或三相五线制方式供电。就居民用电体系而言，无论采用哪种低压系统或哪种线制方式供电，其基本原理都是一致的。图1是一个典型三相四线制用电系统，ABC三相流入的电流分别是ia、ib、ic，N线流回的电流为iN，电流方向如图1所示。正常情况下，ia+ib+ic+iN=0。

在开关处装有一个检测线圈，按照安培环路定律，正常情况下检测线圈的磁感应强度为0。假设A处有漏电现象，漏电电流为i′b。i′b将经过大地回流到变压器中性点处，而不再经过N线回流，于是检测线圈处ia+ib+ic+iN=i′b≠0，判定为发生漏电，触发开关动作切除电流。单相系统与此类似。

图1　漏电保护原理

考虑到检测线圈的传感误差、继电器误差以及导线存在正常的泄漏电流等情况，不可能完全等于0，设定了一个动作阀值i0，于是漏电保护动作的判定公式可以表示为：

1.2产生漏电的原因

居民小区用电中，常出现以下几种漏电原因［8］：1）用电设备本身绝缘损坏，设备中的N线与PE线短路；2）接线不正确，N线与PE线反接；3）低压电缆绝缘皮破损或因潮湿等原因致绝缘强度降低，使相线或N线与大地接触；4）人身意外触电。

漏电保护开关频繁跳闸一般可以排除人身触电的原因。长期的运行经验表明，漏电保护开关频繁跳闸多发生于房屋装修、改造等施工过程中，产生原因多是由于上述原因的1）、2）项，非施工期间多是由于1）、3）项所致。

1.3漏电保护的多级保护原理

电力系统中对发电、输电及变电等主设备的继电保护有“四性”要求，即：可靠性、选择性、速断性和灵敏性。漏电保护虽然应用于最低的电压等级上，且主要作用是防人身触电，但同样也需要满足“四性”要求。

因此，漏电保护也采用了与输电线路电流保护类似的多级保护原理，通常可以分为二级、三级或四级保护。如图2所示为一个典型的漏电三级保护示意图。顺着电流的流向安装有K1、K2、K3三个漏电保护开关，其动作电流、动作时间和保护区间如表1所示。

图2　漏电三级保护原理

表1　各级漏电保护的定值和保护区间

可以看到，与输电线路电流保护相同的是，上下级保护间的动作电流和动作时间均相互配合，形成级差。上一级保护除作为本段线路的主保护外，还作为后一级保护的后备保护；不同的是，电流保护采用阶段式的保护原理，通常每个保护安装处同时设有I段（电流速断）、II段（定时限电流速断）、III段（过流保护）三组定值，而漏电保护仅设一组动作电流和时间定值，不采用阶段式保护原理，这是由开关自身的结构特点决定的。最为特殊的是，该组动作电流值可以满足保护至线路末端的要求，体现了对人身触电的绝对保护，也体现了漏电保护的绝对“可靠性”，但会带来易发生越级跳闸的风险。

理想状态下，K1、K2、K3均应在主保护的区间内动作，即C后段的漏电由K3动作，其他不动作；B、C之间的漏电由K2动作，K1不动作。优点为：1）满足速断性的要求，因为越靠近漏电处的开关时间定值越小，动作时间更短；2）满足选择性的要求，方便对漏电故障的定位；3）满足灵敏性的要求，开关对其保护范围内的漏电故障，无论原因、类型、过渡电阻如何，均能敏锐感觉，正确动作。

漏电保护越级跳闸虽然从侧面反映了多级保护设置的可靠性，但却给实际运维工作带来巨大困难。同时经过上述分析可以发现，依靠漏电后备保护来切除故障已远远背离了设置多级漏保的初衷。

2　居民小区漏保开关配置现状

居民小区低压开关众多，可以详细分为8级，如图3所示。

图3　典型小区低压配电系统

图3中具有漏电保护功能的开关有3个：户内开关、表箱总开关、低压分支箱总开关，构成了漏电“三级保护”功能。

末端保护。户内开关，是单个居民户的用电总开关。额定电流一般为16～64 A，通常带漏保功能，动作电流为30mA，动作时间≤0.1 s。户内开关是最靠近用户的一级保护，依据保护配置的“选择性”特点，其动作特性应该最灵敏。动作电流之所以固定为30 mA，是由于实验证明，通过人体的50Hz交流电流不超过30mA时，人体不会因发生心室纤维性颤动而死亡，它与人体潮湿程度、接触电压高低无直接关系。所以，国际电工协会的所有防人身电击的标准和条文中，都规定动作电流不大于30mA。动作时间上则是毫无延迟的，为开关机构固有的动作时间，但不得慢于0.1 s。

中间保护。表箱总开关，供电范围通常为低层住宅的一个单元或中高层住宅中的1～3层楼。额定电流一般为100～150 A，大部分带漏保功能，少部分仅为三相开关，不带漏电保护功能。参数方面，部分开关参数固定，部分开关参数可调。可调参数的开关又分为仅可调电流值和电流、时间值均可调两种，如图4所示，其参数通常为：电流值100～500mA，时间值0.2～1 s。现场实践经验发现，表箱总开关的制造厂家多，产品型号不统一，即使同一个小区也常出现多个厂家生产的多个类型开关，产品质量参差不齐，可靠性也难以保证。

图4　表箱总开关

首端保护。低压分支箱总开关，如图5所示。供电范围通常为低层住宅的一栋楼、中高层住宅中的一个单元或几层楼。额定电流一般为315～630 A，均带漏电保护功能，保护参数均可调。漏电保护的参数一般为：电流定值100～500mA，动作时间0.4～2 s。制造厂家比较统一规范，产品质量口碑较好。

图5　低压分支箱总开关（电流、时间均可调）

3　越级跳闸原因分析

“三级保护”有着明确的分工，应实现选择性跳闸，在相关参数上也是有明确要求和明显区别的。实际运行中，却经常发生越级跳闸的现象，可以总结为“末端不跳、中间少跳、首端频跳”。

末端保护开关（即户内开关）质量严重不过关。GB 13955—2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》要求该开关动作电流为30 mA，动作时间≤0.1 s。该开关动作机构为电磁式，由于产品质量等方面的原因，大部分开关的实际动作时间远大于该值。同时，部分户内开关仅有过流速断的能力，不具备漏电保护功能，所以缺失了“三级保护”中最关键的一环。

存在部分人为破坏开关漏保功能的情况。因用电设备漏电或接线错误等原因，某一供电范围内开关频调，给小区物业管理和居民用电带来困难。因此，一些小区物业或居民私自破坏开关的漏保继电器，使该继电器不能正常动作。

上、下级开关参数设置不合理，保护级差不明显。开关参数的设置长期未引起足够的重视，如图6所示，相邻的两个表箱总开关所带用户数量一致，但一个动作电流为100mA，另一个却为500mA。它们上一级的分支箱总开关，可调动作电流最大为500mA，如图7所示。显然，上下级开关不能形成很好的动作电流保护级差，容易发生越级跳闸的情况。

图6　相邻两个表箱总开关电流定值不同

图7　分支箱总开关电流定值最大均为500m A

在动作时间上，上下级开关配合度也不高。GB 13955—2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》关于三级漏保时间的规定见表2，且规定相邻两级间的时间级差最少为0.2 s。

表2　GB 13955—2005中关于动作时间的规定　s

而实际情况是，二级开关的时间定值可能比三级的大，如图8所示，该分支箱总开关时间定值仅为0.4 s，表箱总开关基本无法配合。

图8　分支箱总开关时间定值仅为0.4 s

二、三两级开关的电流定值相互重叠，时间上无配合，易发生越级跳闸。

4　对策分析

漏电故障查找极为困难，尤其当发生越级跳闸导致停电范围扩大时更是难以查找，且易重复发生，有效的防范措施就是做好开关“三级保护”功能。在我国的居民用电体制中，末端保护（户内开关）属用户资产，中间和首端保护属供电公司资产，其中尤以中间保护（表箱总开关）更为重要。实践经验表明，停电范围越小，查找故障点的难度将会成倍减小。

排查“三级保护”开关不带漏保功能的情况，及时整改。有的小区可能存在表箱总开关不带漏保功能的情况，对该类情况应结合线路、台区停电及时更换。另外，采取措施坚决杜绝人为解除二级漏保功能的情况发生。

排查表箱总开关和分支箱总开关的定值情况，不合适的及时修改。考虑实际运维情况，应尽量拉开二、三级开关的保护级差，使二级开关的保护功能前移以弥补一级开关保护功能的缺失。结合前述国标的有关规定，表箱总开关的电流定值可设置在100mA左右、时间定值应≤0.3 s；分支箱总开关的电流定值应≥300mA，时间可≥1 s。

新户表建设和老旧户表改造工程验收时，应注意对开关质量及其产品说明书、试验报告的验收，要进行脱扣试验，并将相关定值要求写入验收标准中。对于户内安装接线不正确、户内无漏电保护、漏电保护质量不过关等情况，可加强对建筑供配电系统施工安装前图纸的审核及安装时质量方面的监管，必要时请第三方监理单位加入。

采取技术手段降低漏保开关越级跳闸的影响。例如使首端的分支箱总开关具备一次重合闸的能力。分支箱总开关跳闸的停电范围大，且不易缩小故障查找范围。在居民小区中，漏保跳闸的大部分原因是用电设备绝缘损坏或临时用电接线错误。使用该类设备或接线时瞬间便失电，会对用电居民起到警示作用，重合成功的概率较高。同时重合一次后，也增加了一次末端和中间保护正确跳闸的机会，达到缩小停电区间的目的。

加强对居民安全用电的培训。漏保开关不可避免地存在一定保护死区，在加强技术手段的同时也必须加大管理力度，向客户宣传安全用电有关规程，做好各项安全措施，提高用电过程中自我防范、自我保护的意识。

5　结语

漏电保护开关是低压配电系统的重要组成部分，是防止人身触电伤亡事故和火灾事故的重要技术措施，必须引起运维管理人员的高度重视。漏电保护越级跳闸，不仅扩大了停电范围，提高了排故难度，而且给居民正常用电带来麻烦。必须采取有效的管理措施和技术措施，减少越级跳闸率，提高运行管理水平，提高居民用电的供电可靠性。

［1］宋建成，翟生勤，范世民，等．矿井低压电网漏电保护技术的发展［J］.电网技术，2001，25（10）：58-62．

［2］邢冬冬．矿井低压电网漏电保护技术发展分析［J］．能源与节能，2014（11）：61-63．

［3］朱正武．剩余电流保护器的运行现状及存在问题［J］．农村电气化，2008（11）：54－56.

［4］王清亮，刘军良．基于高频暂态分量相关性的选择性漏电保护［J］．电力系统自动化设备，2007，27（9）：59-62．

［5］宋建成，谢恒坤，杨同敏，等．基于零序电流方向的选择性漏电保护系统的研究［J］．电网技术，1998，22（9）：53-56．

［6］谷晓津．安装漏电保护装置后安全用电与供电可靠性的矛盾分析［J］．科学之友，2007（6）：17-19．

［7］郭文波．关于配电系统接地与漏电的保护分析［J］．中国集体经济，2007（6）：143．

［8］刘飞年．浅谈减少配电箱漏电开关跳闸率的措施［J］．城市建设理论研究，2012（21）：1-6．

Causes and Countermeasures of Override Tripping of Leakage Protection Sw itch in the Resident Sub-district

XIANG Minjiang，FAN Xianming，ZHANG Hui
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

The override tripping operation of leakage protection switches not only affects the residential electricity consumption，but also increases difficulties of troubleshooting.The basic principle and advantages of themulti-stage leakage protection are introduced，reasons of the override trip are analyzed combining status of three-stage leakage protection in the resident subdistrict，and then corresponding improvementmethods are proposed.

leakage protection switch；override trip；three-stage protection；low voltage distribution network

TM774

B

1007－9904（2016）04－0051－05

2015-11-31

向珉江（1986），男，工程师，从事配电线路和设备运维工作；

范宪铭（1979），男，工程师，从事配电运维和管理工作。