小时候的住房没有地线。爸爸是物理老师,他给洗衣机引了一根接地线,一直用到搬进单元楼房。那是在84年,我最早听说了“地线”。
目前,依然存在不带地线(PE线)的农宅,下图是北京大兴区实拍的一处农宅的开关接线。
图1北京大兴区一处农宅的开关接线
农宅电击防护1.1故障保护
根据《农村低压电力技术规程》第.4.1条,农宅的供电宜采用TT系统。
按照GB.21-/IEC-4-41:《低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护》
“.5TT系统
.5.1由同一个保护电器保护的所有外露可导电部分,都应通过保护导体连接至共用的接地极上。
.5.2在TT系统中通常应采用RCD作故障保护。
.5.采用剩余电流保护器作为故障保护时,应满足下列条件:
a)切断电源的时间符合..2.2或..2.4的要求(笔者注:TT系统不超过2A的终端回路,最长切断时间不大于0.2s);和
b)RA×I△n≤50V
式中:
RA——外露可导电部分的接地极和保护导体的电阻之和,单位为欧(Ω);
I△n——RCD的额定剩余动作电流,单位为安(A)。”
很多农村老房子没有PE线,故障回路的阻抗Zs会非常大,即使设置了RCD,也不太可能满足b)公式。也就是说,缺少PE线的TT系统实际上缺乏故障保护。
同理,少数农宅如果采用两线的TN系统供电,也缺少故障保护。
1.2附加保护
一旦设备漏电,故障保护不起作用,外壳的故障电压接近V。如果人体接触带电的金属外壳,相当于直接接触了带电导体。TT系统设置的RCD(户内大多选0mA),能否保证人身安全呢?
根据GB.21-/IEC-4-41:《低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护》
“.1附加保护:剩余电流保护器(RCD)
.1.1在交流系统内装设额定剩余电流不大于0mA的RCD,用作基本保护失效和(或)故障保护失效,或用电不慎时的附加保护措施。
即,0mARCD可以做为基本保护和(或)故障保护的附加保护。
然而,根据.1.2,“不能将RCD的装用作为唯一的保护措施,也不能为它的装用而取消按照-规定的其中一种保护措施。”
可见,附加保护不能替代故障保护。两者的主要区别在于:
a故障保护是利用装置本身做为故障回路,因此,只有小部分故障电流通过人体。接触电压需要根据两个接地极电阻情况而定。
b附加保护是将人体做为故障回路的一部分,因此,全部故障电流通过人体。接触电压接近V。
当选用I△n=0mARCD,按b)公式,得到:
RA≤50/0.0=Ω
即,仅当故障回路电阻(主要是人体电阻)不大于欧姆时,RCD动作保护。
当故障回路电阻大于欧姆时(人体电阻一般在~Ω之间),RCD可能不动作,故障将长期保持。此时,不大于0mA的故障电流通过人体,是否安全呢?
其实,危险并未解除,原因是:
1)GB/T.1-/IEC/TS-1:《电流对人和家畜的效应第1部分:通用部分》中0mA的安全阈值是考虑左手到双脚路径的交流电流对人体的效应,对于其他电击途径则未必安全。对低压系统来说,心室纤维性颤动是致死的最主要因素,最终,要看流过心脏的电流大小。
2)即使不大于0mA电流通过从左手到双脚的人体路径,不会造成心室纤维性颤动,却可能导致呼吸困难、心脏功能障碍、活动抑制和器官破坏等生理效应。
一份来自美国的资料(表1)显示,人体内通过10mA以上的泄漏电流将不易摆脱,造成持续电击。
表1电击防护电流等级评估“摆脱”限值百分比
电击电流水平(有效值)
6mA
10mA
20mA
0mA
男人
%
98.5%
7.5%
0%
女人
99.5%
60%
0%
0%
儿童
92.5%
7.5%
0%
0%
小结:
a人体接触缺乏故障保护的漏电的设备金属外壳,一定会发生电击事故。
b缺乏故障保护的前提下,0mARCD的附加保护能提供一定程度的保护,但不能确保安全。
美国的经验2.1GFCI的应用
美国NEC标准也要求,插座的接地端应有效地连接到分支回路的PE线上。同样,美国也遇到过老旧的住宅内两线式非接地型插座,这些插座没有接地端。他们怎么做的?
根据ECM杂志的专栏文章,美国专家允许采用以下做法:
(1)用一个GFCI断路器保护的接地型插座替换。因为插座的接地端没有接地,所以,必须在插座上用文字标明“GFCI保护”和“设备不接地”。
图2GFCI断路器
图GFCI插座
(2)用GFCI型插座替换原插座,并在插座上用文字标明“设备不接地”。
GFCI(groundfaultcircuitintrruptr)即接地故障断路器,它属于美标UL的产品,是和RCD类似的剩余电流保护装置。
正常的GFCI保护不需要设备接地线(PE线),见下图。
图4正常的GFCI保护不需要设备接地线
因为,当故障电流为5mA(±1mA)时,GFCI装置立即动作,而此电流远小于使人遭受严重电击或电击死亡所需的电流。如果是我们通常使用的0mARCD则可能产生危险的电击。
在美国专家看来,有GFCI保护,但没有接地线的接地型插座比没有GFCI保护,但有接地线的接地型插座更安全。
2.2借鉴美国的经验
当年,比格尔迈耶博士为了探索电流对人体的效应,利用自己的身体做通电试验,就采用了GFCI保护电器。可见,这位生物医学工程师对GFCI产品的信赖。
GFCI的输入交流电压为V/60Hz,不适用于我国的家用电器。我们可以在终端分支回路使用泄漏电流较小的10mARCD产品,这比0mARCD产品要安全得多。
然而,农宅的安装条件导致线路泄漏电流差别较大,可能造成10mARCD误动作。实际上,可以选择其他终端类GFCI产品。
我国也有不少厂商在生产这种GFCI类产品(下文把泄漏电流在5~6mA,断开时间为25ms的高灵敏度RCD称为GFCI类产品),如:
交流V,泄漏电流6mA的便携式插头系列产品可以用在浴室热水器回路,见下图。
图5使用中的电热水器GFCI插头
还有,GFCI系列插座类产品,下图为带过载、速断及漏电保护功能的插座。可以灵活地替换普通墙壁插座。
图6带过载、速断及漏电保护功能的插座
结语农村老房子的用电安全需要引起