农村住宅供电多采取TN-C-S接地保护方式,由于输电线路长,PEN线断线、部分用户违规安装电器使保护线带危险电压、电击致人伤亡的恶性事故时有发生。众所周知,按常规方式安装的剩余电流动作保护装置(保护器),对保护线带电造成的电击事故毫无保护作用。
本文介绍一种能有效防止保护线带电而引发电击事故的方法,接线方式如图1所示。即采用多只带过流保护的剩余电流动作保护器(RCBO)进行保护,它们的剩余动作电流I△n=30 mA,分别作直接接触电击保护和间接接触电击保护,住宅人户处作一简易的重复接地装置,住宅内部为TN-C-S保护方式。
为避免小区(村)重复接地的散流电流对PEN线电压检测的影响,小区接地点与住宅接地点的距离不应小于15 m。下面对其主要保护功能和原理进行分析。
1 PEN线对地电压超过安全最低电压值的保护过程
RCBO,保护器接通时,小区PEN线对地电压酥;产生的流经负载RL的电流在RCBO1的电流互感器线圈产生的磁通完全抵消,不产生剩余电流。
UP1在接地电流限流电阻R中产生对地电流漏电流IP1(显然,IP1与流经保护器的剩余电流I△等值):
式中Rid1,Rjd2----为小区重复接地电阻及住宅重复接地电阻,小区重复接地电阻按规定必须小于10Ω,因而可忽略;
r ----up1等效电源的内阻,由戴维南定理,PEN无断开故障时;一般小于1Ω,PEN断开时通常;不大于10Ω,而R有数百欧姆,故(1)式中的等效电阻;一般可忽略不计。
RCBO1的额定剩余动作电流值I△n为30 mA,若R+Rjd1+Rjd2二的总和为400Ω,即小区PEN干线电压超过12V时,RCBO1就自动跳闸,电阻总和为800Ω,跳闸电压为24 V。动作电压设定非常方便。因为R远大于Rjd1+Rjd2,故接地电阻的变化对动作电压的影响较小。住宅接地回路总电阻(R+Rjd2+Rjd1)不宜小于400Ω,否则RCBO,会频繁跳闸,不能正常供电。
IP1从PEN经RCBO1→R→住宅重复接地极,形成剩余电流△,若小区PEN线的对地电压UP1足够大,使IP1达到保护器动作电流值I△n,则RCBO1跳闸,切断住宅内部线路与带危险高电压的小区PEN干线的连接。
2 对设备外壳漏电的故障保护
若RCB02保护的设备内部的相线与其外壳间的绝缘破坏,产生接地故障电流(漏电流),故障电流经设备导电外壳→PE线→RCB02→PEN线,形成剩余电流,该电流远超过RCBO2的I△n,使RCBO2跳闸,切断设备外壳与相线(电压)的连接。
如上述,RCBO1作PEN线的过电压保护,RCBO2作相线对设备外壳漏电的故障保护。
3 住宅重复接地体的接地电阻
需要特别指出,即使RCBO,的剩余电流保护系统出现故障,这个供电系统的安全保护水平仍然与TN-C-S相同。
图1仅仅适用未按规范作等电位连接的住宅的补救措施。一有良好接地的设备,如经金属水管良好接地的热水器、洗碗机只能采用TT接线方式,否则RCBO1可能无法合闸。若住宅进户处无法重复接地,限流电阻可省丢。
此保护方式中住宅的重复接地总电阻达数百欧姆,远大于规定的10Ω,并不违反规定。当电气设备装有剩余电流动作保护器时,设备接地装置的接地电阻最大值可放宽到50/I△n (Ω)。制作一个上百欧姆接地电阻的接地体,其难度和成本将很低。