隨著“兩改一同價(jià)”工作的不斷深入，如何保證農(nóng)村低壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行，保證農(nóng)村居民安全用電，已經(jīng)成為供電部門的重要工作。因此，如何使已經(jīng)花費(fèi)大量資金安裝于農(nóng)網(wǎng)的漏電保護(hù)開關(guān)真正成為保證農(nóng)村用電安全的可靠裝置，再一次成為農(nóng)電人急需解決的問題。
一、當(dāng)前農(nóng)網(wǎng)漏電保護(hù)開關(guān)的基本情況
我國農(nóng)網(wǎng)按照“創(chuàng)一流縣供電企業(yè)”的要求，在農(nóng)村低壓電網(wǎng)的安全措施上基本采用了分級(jí)保護(hù)配置方式。各省農(nóng)電部門因地制宜地為本省農(nóng)網(wǎng)配置了大大小小的漏電保護(hù)開關(guān)，少則兩級(jí)保護(hù)，多則三級(jí)甚至四級(jí)保護(hù)。但是這些花去大量農(nóng)網(wǎng)改造資金的設(shè)備是否真正起到保證農(nóng)村安全用電的作用，各地的答案卻并不一樣。最近，本人利用工作之便，對(duì)部分地區(qū)在農(nóng)村電網(wǎng)改造后的漏電保護(hù)開關(guān)安裝運(yùn)行情況作了一些調(diào)查，發(fā)現(xiàn)很多地區(qū)新安裝的漏電保護(hù)開關(guān)仍然采用的老舊型號(hào)，安裝后頻繁掉閘，農(nóng)電工為保證及時(shí)合閘天天疲于奔命；實(shí)在應(yīng)對(duì)不了了索性用木塊頂住開關(guān)，甚至拆除其內(nèi)部接線，使漏電保護(hù)成為擺設(shè)，低壓電網(wǎng)失去保護(hù)；而一些農(nóng)戶則認(rèn)為“公家”那里已經(jīng)裝了總保護(hù)開關(guān)，家里有沒有保護(hù)無所謂，于是拒絕安裝甚至拆除現(xiàn)有的末級(jí)家用保護(hù)，使他們失去了家庭安全用電的最后保障。電力體制改革后，原來具有政府職能的縣電力局變成了真正的供電企業(yè)，再也無權(quán)強(qiáng)制要求農(nóng)戶安裝任何設(shè)備，為保障農(nóng)村安全用電，只能在我們自己的產(chǎn)權(quán)范圍內(nèi)單方面采取加強(qiáng)技術(shù)手段來彌補(bǔ)這一缺陷。
這一工作碰到巨大困難。我們知道，當(dāng)人體觸電電流大于30mA時(shí)就會(huì)有生命危險(xiǎn)；我們又知道，總保護(hù)的動(dòng)作電流肯定要大于30mA才有可能穩(wěn)定運(yùn)行；因此從一般意義上說，總保護(hù)根本無法對(duì)人身觸電做出反應(yīng)。怎么辦？假如我們要讓總保護(hù)對(duì)人身觸電具有很高的靈敏度，就必須設(shè)置一種新型漏電開關(guān)，它既對(duì)人身觸電具有非常高的靈敏度、又不會(huì)因居民正常用電產(chǎn)生的漏電流而頻繁跳閘；廣大農(nóng)電職工和生產(chǎn)廠家為此付出了艱巨的勞動(dòng)，經(jīng)過二十年的努力，卻一直沒有取得理想的成果。真正區(qū)分觸電、漏電幾乎被認(rèn)為是不可能的。面對(duì)每年電力系統(tǒng)為農(nóng)村人身觸電傷亡事故的巨額賠款，我們不得不修改有關(guān)安全規(guī)程和低壓電力規(guī)程，把總保護(hù)開關(guān)從既能保觸電又能保漏電的神位上拉了下來。
二、面對(duì)如此嚴(yán)重的形勢我們?cè)趺崔k
難道真的做不出一種既對(duì)人身觸電具有非常高的靈敏度、又不會(huì)因居民正常用電產(chǎn)生的漏電流而頻繁跳閘的漏電總保護(hù)開關(guān)么？這要從目前使用的漏電保護(hù)開關(guān)的基本原理說起。
漏電保護(hù)電開關(guān)是60年代發(fā)展起來的一類低壓電器，當(dāng)時(shí)只用于低壓配電網(wǎng)末端的居民家中，被稱為“觸電保安器”，也被老百姓戲稱為“保命器”。那時(shí)，這個(gè)“保命器”也確實(shí)對(duì)防止人身觸電起到很大作用。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村用電量急劇上升，農(nóng)網(wǎng)迅速擴(kuò)大，低壓電網(wǎng)僅僅安裝家用保護(hù)開關(guān)已不能滿足對(duì)整個(gè)農(nóng)村電網(wǎng)安全運(yùn)行的要求，于是逐漸研制出各種用于主干線上的漏電保護(hù)開關(guān)。因此，農(nóng)村低壓電網(wǎng)中安裝的漏電保護(hù)開關(guān)按其保護(hù)功能和結(jié)構(gòu)特征大體可分為以下幾種：
1、普通家用漏電保護(hù)開關(guān)它是由零序電流互感器、漏電脫扣器和主開關(guān)組合的，在漏電電流達(dá)到30mA時(shí)，即可在0.1秒內(nèi)有效動(dòng)作于跳閘。它還可根據(jù)需要加裝對(duì)過負(fù)荷、過電壓和短路進(jìn)行保護(hù)的功能，主要用于居民住宅。
2、漏電繼電器實(shí)際就是零序電流繼電器。它能夠檢測出線路上的漏電流，當(dāng)達(dá)到其整定值時(shí)觸點(diǎn)接通，啟動(dòng)接觸器（斷路器）切斷電路，或按事先規(guī)定發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。主要用于配合接觸器、斷路器組成漏電保護(hù)開關(guān)，用于負(fù)荷較大的場合。
3、漏電斷路器是漏電繼電器與接觸器或斷路器組合的保護(hù)裝置，還可以根據(jù)運(yùn)行需要加裝過負(fù)荷保護(hù)、過電壓保護(hù)和短路保護(hù)功能。一般用于負(fù)荷較大的場合作為總保護(hù)開關(guān)。
由于中國農(nóng)村的非凡情況，農(nóng)戶家中的低壓線路不能按期報(bào)廢更新，導(dǎo)線多為超期服役，絕緣老化，泄露嚴(yán)重，雨季漏電甚至達(dá)到人體碰觸墻壁會(huì)產(chǎn)生麻電的感覺。因此農(nóng)戶家中的末端保護(hù)很難投入運(yùn)行，有的農(nóng)戶誤認(rèn)為變壓器處已經(jīng)安裝了保護(hù)，家里干嗎還要裝一個(gè)開關(guān)？于是紛紛將家用保護(hù)退出運(yùn)行甚至拆除，使這些農(nóng)戶家中超過30mA的漏電電流匯入總電路，總漏電電流值很快達(dá)到并穩(wěn)定在開關(guān)整定值四周，一遇陰天下雨，總開關(guān)便紛紛跳閘，村電工整天提心吊膽。在這種情況下，總保護(hù)根本不能保護(hù)人身觸電，而一旦發(fā)生人身觸電事故，電力部門卻要承擔(dān)責(zé)任，至少是無過錯(cuò)責(zé)任。
我們通常使用的總保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作整定值是一個(gè)矢量合成值，它是由ABC三相漏電流經(jīng)矢量合成后的幅值。原來的這種開關(guān)從動(dòng)作原理上就存在著不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)）的缺陷。這是因?yàn)椋?dāng)開關(guān)“感覺”到的經(jīng)矢量合成后的三相總漏電電流快要達(dá)到其動(dòng)作整定值時(shí)，再有漏電流出現(xiàn)開關(guān)是否動(dòng)作存在著兩種可能，我們從極端的情況分析：
1、最有利的情況：如新出現(xiàn)的漏電流的矢量方向恰好與原合成漏電流的矢量方向相同，那么新的合成電流立即達(dá)到漏電開關(guān)整定值而瞬時(shí)跳閘，此時(shí)漏電總開關(guān)的靈敏度最高；
2、最不利的情況：如新出現(xiàn)的漏電流的矢量方向恰好與原合成漏電流的矢量方向相反，那么新出現(xiàn)的漏電流矢量就會(huì)與原有的漏電流矢量互相抵消，使漏電總開關(guān)“覺得”漏電流是在減少或消失而不會(huì)動(dòng)作，這個(gè)新出現(xiàn)的漏電流矢量所代表的方向（或相位），就是漏電總開關(guān)的動(dòng)作不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)）；除非這個(gè)新出現(xiàn)的漏電流矢量的幅值達(dá)到甚至超過漏電總開關(guān)原來已經(jīng)“感覺”到的ABC三相漏電流合成矢量幅值的兩倍，這時(shí)才能合成出一個(gè)新的與原合成漏電流矢量相反的、且大于總保護(hù)開關(guān)動(dòng)作整定值的新合成漏電流（矢量）。但是這么大的漏電流幅值假如是因?yàn)槿松碛|電發(fā)生的，觸電者早已死亡了，漏電總開關(guān)此時(shí)再跳閘已經(jīng)毫無意義。因此，前幾年曾風(fēng)靡一時(shí)的突變緩變、鑒相鑒幅等類型總保護(hù)，由于采樣電流都是與原漏電電流相同的工頻正弦波形，新發(fā)生的漏電電流都要參與這個(gè)矢量合成的過程，所以也都存在著動(dòng)作不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)）的問題。對(duì)于幅值較大的漏電電流尚且不靈敏，對(duì)于幅值很小的人身觸電電流更是可想而知了。
三、如何消除動(dòng)作不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)）
如何使漏電保護(hù)開關(guān)從不斷采集到的各種漏電流的矢量和中區(qū)分出哪個(gè)是正常運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)漏電流？哪個(gè)是因某個(gè)電器的投入而忽然增加的漏電流？
新型漏電保護(hù)總開關(guān)的工作原理是這樣的：從零序電流互感器采集得到的正弦波形的漏電合成矢量中，取出一個(gè)半波幅值A(chǔ)1，時(shí)值10ms，將其儲(chǔ)存起來作為基準(zhǔn)幅值，我們稱為第一基準(zhǔn)幅值；然后繼續(xù)采集新的半波幅值A(chǔ)2，使之與第一基準(zhǔn)幅值A(chǔ)1進(jìn)行比較，假如它在10ms內(nèi)的幅度變化值小于一個(gè)定值，例如150mA，則將新的漏電電流幅值A(chǔ)2作為新的基準(zhǔn)幅值，稱為第二基準(zhǔn)幅值，而將原來的第一基準(zhǔn)幅值A(chǔ)1舍棄；再將這個(gè)第二基準(zhǔn)幅值A(chǔ)2與隨后采集到的半波幅值A(chǔ)3進(jìn)行比較，產(chǎn)生第三基準(zhǔn)幅值；依此類推，只要幅度變化值小于定值150mA，則不管其相位如何，不斷比較，不斷棄舊存新。一旦在某個(gè)10ms內(nèi)出現(xiàn)了變化幅度大于整定值150mA的波形，即相臨兩個(gè)采樣漏電電流波形的幅值│An 1│－│An│≥150mA時(shí)，不管相位如何，裝置即輸出跳閘信號(hào)切斷電源或發(fā)出信號(hào)。這就使漏電總開關(guān)不會(huì)“覺得”漏電電流是在減少或消失而不去動(dòng)作，消除了動(dòng)作不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)）。
四、如何解決總保護(hù)開關(guān)范圍內(nèi)的人身觸電問題
這個(gè)問題長期困擾著農(nóng)電系統(tǒng)，人們?cè)詤^(qū)分漏電電流幅值的突變、緩變?cè)噲D分別對(duì)普通漏電和人體觸電作出不同反應(yīng)，但終以存在動(dòng)作不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)）而告失敗。
如上節(jié)所述，我們已經(jīng)成功地使漏電總開關(guān)能夠準(zhǔn)確地辨別并捕捉到即使相位相反、但絕對(duì)值已經(jīng)達(dá)到動(dòng)作整定值的新的漏電電流，這就有效消除了動(dòng)作不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)），走出解決問題的第一步。下一步就是解決如何在實(shí)時(shí)捕捉到的大量漏電流波形中區(qū)分出哪些是人身觸電產(chǎn)生的畸變電流波形，哪些是普通漏電電流波形了。
人體觸電到底有什么特點(diǎn)？IEC64報(bào)告中曾對(duì)人體觸電后的變化作過如下描述：“……由于人體的阻抗是隨著所接觸電壓變化的，所以電流和電壓的關(guān)系也是非線形的……。”這段話的意思是說，人體觸電時(shí)所承受的電壓是電源電壓的一部分，它是人體自身阻抗與人身附加阻抗分壓的結(jié)果。所謂人體自身阻抗，就是人體皮膚（包括表皮、真皮）、肌肉、骨骼等組織器官的綜合阻抗；所謂人身附加阻抗，就是人體穿著的鞋、襪、衣服、手套等身外之物的阻抗和與地面接觸電阻的綜合阻抗。人身觸電時(shí)承受的電壓，基本上就是這兩部分阻抗分壓的結(jié)果。
1、假如附加阻抗大大高于自身阻抗，例如穿著絕緣良好的膠鞋、戴著絕緣良好的手套或地表干燥絕緣良好，就會(huì)使人體分得的電壓接近于零，皮膚、肌肉安然無恙；
2、相反，假如附加阻抗幾乎為零，例如人在浴室淋浴，這時(shí)全部電源電壓都要加于人體，人體皮膚的表皮、角質(zhì)層立即被擊穿，觸電電流很快通過全身肌肉組織后入地，人體在經(jīng)過一段極短時(shí)間的抽搐后，即因較大的電流流過心臟而死亡。
以上是兩種極端的情況。介乎中間的情況也有兩種：
1、人體經(jīng)絕緣一般的普通皮鞋接通電源時(shí)會(huì)有小電流流過，例如只有5mA，這時(shí)人體會(huì)產(chǎn)生“麻電”的感覺，但此時(shí)人的大腦神經(jīng)還可以控制自己的身體，通過反射動(dòng)作擺脫電源；
2、但是當(dāng)人體分壓得到的電壓達(dá)到或超過50伏時(shí)，人體就要經(jīng)歷皮膚被擊穿、身體被電擊的過程，雖然這個(gè)過程比淋浴時(shí)被電擊要慢一些，但人體卻要經(jīng)受一段稍長時(shí)間的抽搐，在觸電電流不斷變大的過程中，在較短時(shí)間內(nèi)被電擊死亡。
正是注重到人體被電擊時(shí)會(huì)有表皮角質(zhì)膜阻抗下降、擊穿和肌肉痙攣的過程，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)過程會(huì)使人體觸電電流的波形不再保持正弦波特征而發(fā)生畸變，產(chǎn)生了非正弦、非線性、非對(duì)稱的、人體觸電特有的電流波形，而觸電電流的幅值也是逐漸增大的。我們又發(fā)現(xiàn)，與人類“血緣關(guān)系”比較接近的哺乳類動(dòng)物在被電擊時(shí)也會(huì)產(chǎn)生與人類相似的身體抽搐、肌肉痙攣的過程；我們還發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物觸電后產(chǎn)生的電流波形也是非正弦、非線性、非對(duì)稱波形，而且不同活體由于身體健康狀況不同、表皮粗糙程度不同、身體發(fā)育情況不同等原因，觸電波形并不完全一樣；甚至同一活體的不同部位的觸電電流也不完全相同。正是基于人體或動(dòng)物觸電后的這個(gè)變化過程，我們才研制出新型漏電保護(hù)開關(guān)并通過大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的。
新型漏電保護(hù)總開關(guān)根據(jù)人體觸電時(shí)的電流波形特征，將其復(fù)制成動(dòng)作基準(zhǔn)電流波形并貯存起來，再將捕捉到的包含觸電電流在內(nèi)的大量漏電電流波形與這一基準(zhǔn)電流波形進(jìn)行比較，快速判定出哪個(gè)是人身觸電引起的漏電電流、哪個(gè)是普通漏電電流，從而作出進(jìn)一步反應(yīng)。
如上所述，漏電保護(hù)總開關(guān)在不斷取樣、不斷比較、不斷棄舊存新，一旦在某個(gè)10ms內(nèi)出現(xiàn)了觸電電流特有的畸變波形，則立即與貯存的觸電電流基準(zhǔn)波形進(jìn)行邏輯比較，確認(rèn)符合觸電波形時(shí)，再判定其幅值大小，電流幅度大于動(dòng)作整定值（例如30mA）時(shí)，不管相位如何，裝置即輸出跳閘信號(hào)切斷電源。這就使漏電總開關(guān)不但消除了動(dòng)作不靈敏相位（即動(dòng)作死區(qū)），還能對(duì)觸電電流作出反應(yīng)。
五、新型漏電保護(hù)開關(guān)的前景
以上僅為理論分析的結(jié)果。實(shí)際電路是否能夠達(dá)到百分之百的效果，只能通過實(shí)踐檢驗(yàn)。而我國目前不可能以人體做試驗(yàn)，廠家便以活體大白兔進(jìn)行大量模擬實(shí)驗(yàn)（因此被人謔稱“兔子保護(hù)器”）。據(jù)筆者多次觀察，只要操作正確（包括剃毛凈度、接線位置等），該裝置都能正確動(dòng)作，使大白兔僅在通電瞬間發(fā)生一下抽搐，之后便隨著電源被切斷而安然無恙。雖然廠家已經(jīng)用大白兔做過上萬次成功的實(shí)驗(yàn)，但是本人依然堅(jiān)持這一觀點(diǎn)：無論用大白兔做過多少次成功實(shí)驗(yàn)，這一性能依然不能稱為“可以有效防止人身觸電”，依然不能作為“可靠防止人身觸電的有效措施”，究竟人命關(guān)天，人體與大白兔不能等同。但是筆者卻認(rèn)為，各省農(nóng)電部門可以積極地開展有組織、有計(jì)劃的小批量實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，尤其在發(fā)生人身觸電事故較多的縣、鄉(xiāng)、村，可以選擇一些配變臺(tái)區(qū)進(jìn)行較大規(guī)模的試運(yùn)行，以便迅速取得經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)，盡快改進(jìn)或完善這一新型漏電保護(hù)總開關(guān)；有條件的省還可與廠家聯(lián)合開展研究，開發(fā)出更有效、更靈敏的漏電總保護(hù)開關(guān)。
該產(chǎn)品已在國內(nèi)一些地區(qū)試運(yùn)行，情況良好。