谈家庭电路中的漏电保护及课堂演示

                      林鲤琼    福建省PG电子·(中国)官方网站,福建  莆田351100

摘要：家庭电路漏电保护器是现代家庭电路必备的元件之一，在教科书“初中物理人教版八年级下册”和“高中物理山东科技版选修3-1”中都提到了它。因为是近几年刚刚大力推广的新型元件，很多人并不能深入了解它的工作原理和工作条件。本文通过介绍漏电保护器的原理，家庭常见的两种漏电现象，漏电演示器的失败制作和成功制作，最后拓展仪器演示功能，使之能较全面演示家庭电路故障及检测。 “漏电保护演示器”在课堂上一经演示，效果反响极好。

    关键词：家庭电路     漏电     漏电保护

    正文：家庭电路漏电保护装置，在电路正常情况下，它并无动作，只是在电路出现漏电问题时，它才起到“保护人”的作用。为了能向学生生动展示漏电保护器的功能，本人深入研究漏电保护器的工作原理，自己动手制做了家庭电路漏电保护演示板，经多方测试，成功演示了漏电保护器在电路正常情况下无动作，在电路漏电时能跳闸，从而保护电路。

一、漏电保护器的原理

    保护器内主要构造有“双绕线电磁铁”，当通过火线的电流I火等于通过零线的电流I零时，电磁铁不显磁性，漏保不动作。当通过火线的电流I火不等于通过零线的电流I零时，电磁铁显磁性，就会触动相连的空气开关跳闸，从而切断电路，保护人不触电。例：当 I火=0.2A，I零=0 时，漏电保护器检测到，命令空气开关断开，同时漏保上的测试按钮（一小方块）将自动浮起。遇此情景，电工应先检查线路排除故障，按下测试小按钮，再闭合空开，电路可正常工作。

二、家庭常见的两种漏电现象：

现代家庭电路有三条进户线：火线、零线、地线。火线和零线之间电压U火零=220V,火线和地线之间电压U火地=220V,地线、零线都与大地直接相连，三者电位相同，所以：U零地=0  ，U地地=0 。

例1：人体单线触电漏电现象分析人体触电有两类：一类是双线触电：如图中A，人一手触火线，另一手触零线。此时，电流经火线—— A——零线，I火=I零，不是漏电，漏电保护器认为一切正常，空开不会跳闸，人会有危险。另一类是单线触电：如图中B，人一手触火线，脚踩大地不绝缘。此时电流经火线——B——大地。电流由火线出发，没全部经零线回流，I火≠I零，称为漏电。若在进户线总火线、总零线上有安装漏电保护器，此时漏保就会在反应时间内令空气开关跳闸（例t ≤ 30 ms)，从而起到保护人的作用。

例2：洗衣机金属外壳漏电现象分析

 如图所示为洗衣机电路简图；M为电动机，虚线为洗衣机金属外壳。正常情况，开关闭合，电动机正常工作，漏电保护器不动作。当有一天开关与火线相连部分导线绝缘皮被老鼠啃坏或磨损，且火线与金属外壳接触在A点时，电流经火线——A，将兵分两路，一路经外壳——人体——大地；另一路经开关——电动机——零线，此时人体与电动机并联在电路中，若无漏电保护器，人极有可能触电身亡，此为洗衣机漏电。

若通过三孔插座的上接线孔将洗衣机外壳接地线（如图B线），此时，电流不会经人体或电动机，而是经A——外壳——B——地线，I火≠I零 ，漏保动作，空开跳闸，保护人不触电。

    三、“漏电演示”出现的问题

家庭电路中总漏保、分漏保是根据跳闸电流条件（例I火、I零电流差ΔI ≥30mA),跳闸反应时间长短（例t ≤0.1s)来控制由哪个漏保先跳闸的。我们把“家庭电路总漏保、分漏保接线法”搬到演示板上，很快在实验中发现问题。

如图总漏保为整座楼层的漏保，分漏保为演示板上的漏保，当S3闭合，I从火线——S3——L3——地线， I火≠I零。此时，分漏保测到电流差跳闸，同时总漏保也有电流差也跳闸。这样不仅演示板电路停电，还会导致整座楼层停电。

为了使分漏保跳闸时，总漏保不跳闸，确保总输电线路的正常、安全工作，我们多方查找资料，尝试多种方案，终于成功实现“漏电保护演示”功能。

    四、“漏电保护”的成功演示

如图，当S3闭合，I从火线——S3——L3——地线，根据分漏保火线、零线电流不相等时，总漏保火线、零线电流可相等，来控制分漏保跳闸，而总漏保不跳闸

    优点：没有真正接地线也可完成漏电演示效果，适用范围更广；且确保实验不会影响外电路

五、仪器演示功能的拓展

1.电路设计图

以上演示电路稍加改进，还可以演示家庭电路的常见故障现象和显示检测方法。改进后的电路如图所示，主要有四条支路。

2. 电路成品图

改进后的电路实物图如图所示，其中A、B、C、D、E、F为检测点或临时接线口，便于测电笔检测或接入检验灯。

3.功能及使用简介

实验1  电路漏电，漏电保护器跳闸(采用支路23④)

（1）演示现象：支路23中，闭合S1、S2、S3，灯L2、L3亮；支路④中，接入台灯，台灯闪亮一下，之后L2、L3、台灯都熄灭，同时漏保跳闸，漏保上小方块浮起。   

（2）实验结论：支路④插座左侧应接零线，错接到地线，I火≠I零 ，漏电跳闸。

实验2  电路短路，空气开关跳闸（采用支路23）

（1）演示：支路23中，闭合S1、S2、S3，灯L2、L3亮；S4闭合，L3被短路灯灭，同时漏保跳闸，漏保上的小方块不浮起。

    （2）结论：电路短路，空开跳闸，漏保上的小方块不浮起。

实验3  用检验灯检测支路是否短路、断路（采用干路、支路3）

演示:断开S0，检验灯接检测点E、F之间

   （1）当闭合S3，灯L3亮；此时电流I由火线——S3——L3——零线——检验灯，检验灯与L3串联，检验灯分压110V,偏暗。

    结论：检验灯偏暗，说明支路正常。

   （2）（闭合S3、S4）检验灯正常发光，说明支路短路。

   （3）（断开S3）检验灯不亮，说明支路断路。

实验4  开关位置应在灯与火线或零线之间？（见实物图支路2）  

（1）演示1：把S1视为开关，把S2视为导线。当S1断开，L2灭，此时用测电笔测灯L2的螺口有电。此时若有人更换灯泡，手不小心碰到螺口将会触电。

结论：禁止将开关接在灯与零线之间。

    （2）演示2：把S2视为开关，把S1视为导线。当S2断开，L2灭，此时用测电笔测灯L2螺口无电。

    结论：开关应接在灯与火线之间，确保灯L2螺口在任何时候都不带电，以免人手碰到触电。

实验5  干路总零线断路现象及检测（采用干路、支路123）

（1）演示：闭合S1、S2、S3，灯L2、L4亮；（悄悄）断开S0，灯L2、L3熄灭。

（2）结论：测电笔测到处都有电，就是灯不亮，应该是总零线断路，断点在E、F之间（有电的点和没电的点之间）。

   “漏电保护演示”在课堂上一经演示，效果反响极好，同学们深刻了解了漏电保护的原理。通过“总零线断路”实验，了解到“有电，灯未必会亮”的道理；通过开关位置的实验，了解到开关位置不当可能造成触电危险。家庭电路的故障判断及检测在生活中应用性强，学生通过学习，掌握必要的知识；通过实验，操作技能得到进一步的提高，对家庭安全用电也提升了信心。

 参考文献：

[1]物理课程教材研究开发中心.生活用电常识【M】课程教材研究所.义务教育课程标准实验教科书物理八年级下册.北京:人民教育出版社,2011:55-56.

 [2] 廖伯琴.电路部分专题探究实例专题七：保险丝和漏电保护开关【M】//廖伯琴，赵宝钢，胡炳元. 普通高中课程标准实验教科书物理3-1.济南: 山东科技出版社,2012:91-92.

《湖南中学物理》  刊号：CN 43-1041/O3,ISSN 1673-1875,   2016年第一期