浅析现代住宅电气安全设计

浅析现代住宅电气安全设计等电位联结技术等电位联结，顾名思义，是“使各外漏可导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的电气连接”。通常把等电位联结分为三个层次，即总等电位联结(MaiEquipotentialBonding)、局部等电位联结(LocalEquipotentialBonding)和辅助等电位联结(SupplementaryEquipotentialBonding)，即是IEC的最新观念，也是为了实际工作中好操作，并且不同层次，连接导体面积也不同。总等电位联结是在建筑物每一电源进线及进出建筑物的金属管道、金属结构构件连成一体，一般有总等电位联结端子板，由等电位联结端子板放射连接或链接。辅助等电位联结一般是电气装置的某部分接地故障保护不能满足切断回路的时间要求时，作辅助等电位联结，把两导电部分之间联结后能满足降低接触电压，满足R≤50/Ia(R—可同时触及的外露可导电部分和装置外可导电部分之间，故障电流产生的电压降引起接触电压的一段线段电阻，单位为欧姆，Ia—切断故障回路时间不超过5s的保护电器动作电流A)。两导电部分之间连接后，只要能满足上式即可。局部等电位联结一般是在浴室、游泳池、医院手术室等特别危险场所，发生电气事故危险性较大，要求更低的接触电压，在这些局部范围内有多个辅助等电位联结才能达到要求，这种联结称之为局部等电位联结。一般局部等电位联结也有一个端子板或者成环形。简单地说，局部等电位联结可以看成是在局部范围内的总等电位联结。现在国际上非常重视等电位联结的作用，它对用电安全、防雷以及电子信息设备的正常工作和安全使用都是十分必要的。我们熟悉的安全接地也是等电位联结，不过它是以大地电位为参考电位的大范围的等电位联结。根据理论分析，等电位联结作用范围越小，电气上越安全。如果在住宅楼的范围内作等电位联结，其效果当然远优于接地。所谓总等电位联结，就是在住宅楼内电源进线配电箱近旁设一铜质接地母排，将下列可导电金属部分用等电位联结线与接地母线连接而互相导通如图1所示。当住宅楼内有人工接地极时，接地极引入线应首先接至接地母排。往往根据国内外电气事故统计，低压系统短路大多为相线碰设备外壳、金属管道结构和大地的接地故障(接地短路)，它能使这些设备外壳、管道、结构带对地故障电压导致人身电击或电气火灾事故，住宅内作总等电位联结可消除或降低这种故障电压，其效果胜过单纯的接地。因此国际电工标准IEC60364－4－41和发达国家电气标准以及我国电气标准都将它规定为电气安全的基本要求。浴室被国际电工标准列为电击危险大的特殊场所。在我国浴室内的电击事故也屡屡发生。这是因为人在沐浴时遍体湿透，人体阻抗大大下降，沿金属管道导入浴室的一、二十伏电压即足以使人发生心室纤维性颤动而死亡。为此在浴室内还需按上述要求作一次等电位联结。由于如此小范围内的等电位作用，其故障时的电位差微不足道，有效地保证了人身安全。为保证等电位联结可靠导通，等电位联结线和接地母排应分别采用铜线和铜板。等电位联结这一电气安全措施并不需复杂昂贵的电气设备，它所耗用的不过是一些导线，它不象埋在地下的人工接地极易受土壤腐蚀而失效(实际上在实施等电位联结的同时也实现了接地，因它所联结的水管和基础钢筋等本身已起到低电阻长寿命的接地作用)，它在保证电气安全上的作用远胜我们过去习惯采用的专门打入地下的人工接地。在发达国家不要求住户打入人工接地，但住宅楼内如不作总等电位联结和浴室内的局部等电位联结，当地供电公司也以电气上不安全为由拒绝供电。等电位联结用材料等电位联结线及端子板推荐采用铜质材料，是因为其导电性和强度都比较好，但用铜材料与基础钢筋或地下的钢材管道相连接时，应充分注意，铜和铁具有不同的电位，由于土壤中的水分及盐类形成电解液，而形成原电池，产生电化学腐蚀，基础钢筋和钢管就会被腐蚀掉，因此在土壤中，应避免使用铜线或带铜皮的钢线作为联结线，如果用铜线作联结线也应用放电间隙与管道钢容器或基础钢筋相连接。与基础钢筋连接时，建议联结线选用钢材，这种钢材最好也用混凝土保护，连接部位应采用焊接，并在焊接处作以相应的防腐保护，这样与基础钢筋的电位基本一致，不会形成电化学腐蚀，在与土壤中钢管等连接时，也应采取防腐措施，如选用塑料电线或铅包电线或电缆。微电子设备的等电位微电子设备的等电位联结，在现代住宅中是至关重要的，有些资料把其定位为辅助等电位联结范畴，也有将其定义为局部等电位连接的范畴，总而言之微电子设备的等电位联结有其特殊性，其区别于其它用电设备的等电位联结。其等电位联结线必须通过过电压保护器与等电位端子板相联结，而不能直接与等电位端子板连接。其连接方式如图2所示。等电位联结的测试在用电设备投入之前，对等电位用的管夹、端子板、联结线、有关接头、截面和整个；路径要作一次全的检查和检验。等电位的有效性必须通过测试证实，我国的《等电位联结安装》(97SD567)国际中，提出的3欧姆的阻值要求，是参考的德国标准，也为等电位的有效性提出了量化的标准，实际工作上容易执行。在国外有专门测试等电位联结的仪器和设备，我国目前的测试只能按图3的方法来测试等电位联结的有效性关键词：配电系统接地特点措施概述建筑电气的低压配电系统的接地关系到低压用户的人身和财产安全，以及电气设备和电子设备的安全稳定运行，低压配电系统通常包括系统接地和保护接地。系统接地是系统电源某一点的接地，这个点通常是电源(变压器、发电机)的中性点，系统地的主要作用是使系统正常运行，比如：当发生雷击时，地面瞬变电磁场使低压配电线路感应幅值很高的冲击电压，做系统接地后由于雷电流的对地泄放降低了线路瞬态过电压，从而减轻了线路绝缘被击穿的危险。如果不做系统接地，当电源干线发生一相接地故障时，由于接地故障电流小，电源处接地故障保护往往难以检测出故障，使故障持续存在，这时另外两相对地电压将上升为线电压，这将对单相设备的对地绝缘造成损害，引发电气事故。而保护接地是配电系统负荷侧金属的电气设备外壳和敷设用的金属套管、线槽等电气装置外露导电部分的接地如未做保护接地，故障电压可达系统的相电压；做了保护接地后故障电压仅为PE线和接地电阻(RA)上的电压降，大大的低于相电压，接地电阻(RA)还为故障电流Id提供返回电源的通路，使保护电器及时切断电源，从而起到防电击和防电气火灾的保护作用。目前住宅建筑电气设计选用较多的接地系统有TN、TT系统，为此本文分别对TN、TT系统作以分析。系统2.1TN系统TN系统的电源端中性点直接接地，用设备金属外壳、保护零线与该中性点连接，这种方式简称保护接零或接零制。按中性线(工作零线)与保护线(保护零线)的组合情况TN系统又分以下三种形式：2.1.1TN－C系统在TN－C系统中，由于PNE线兼起PE线和N线的作用，节省了一根导线，但在PEN线上通过三相不平衡电流I，其上有电压降IZPEN使电气装置外露导电部分对地带电压。三相不平衡负荷造成外壳带电压甚低。并不会在一般场所造成人身事故，但它可能对地引起火花，不适宜医院、计算机中心场所及爆炸危险场所。TN－C系统不适用于无电工管理的住宅楼，这种系统没有专用的PE线，而是与中性线(N线)合为一根PEN线，住宅楼内如果因维护管理不当使PEN线中断，电源220V对地电压将如图1所示经相线和设备内绕组传导至设备外壳，使外壳呈现220V对地电压，电击危险很大。另外PEN线不允许切断(切断后设备失去了接地线)，不能作电气隔离，电气检修时可能因PEN对地带电压而引起人身电击事故。TN－C系统中，不能装RCD(剩余电流动作保护器)，因此当发生接地故障时，相线和PEN线的故障电流在电流互感器中的磁场互相抵消，RCD将检测不出故障电流而不动作，因此在住宅楼内不应采用TN－C系统。2.1.2TN－S系统在TN－S系统中，工作零线N和保护零线PE从电源端中性点开始完全分开，PE线平时不通过电流，只在发生接地故障时通过故障电流，故外露导电部分平时对地不带电压比较安全，但需要增加一根导线，由于设备外壳保护零线PE，正常工作时漏电开关无剩余电流，所以在相同短路保护灵敏度不够时，可装设漏电开关来保护单相接地。RCD对接地故障电流有很高的灵敏度，即使接触220V时，也能在数十毫秒的时间内切断以毫安计的故障电流，使人免于电击事故，但它只能对其保护范围内的接地故障起作用，不能防止从别处传导来的故障电压引起的电击事故。2.1.3TN－C－STN－C－S是TN－C和TN－S两种系统的组合，如图2所示；第一部分是TN－C系统，第二部分是TN－S系统，分界面在N线X与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物有区域变电所供电引来的场所，进户线之前采用TN－C系统，进户处作重复接地，进户后变成TS－S系统，TN－C－S系统介于以上两者之间。根据《低压配电设计规范》有关条文，建筑电气设计选用TN系统时应作等电位联结，消除自建筑外沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压，同时减少保护电器动作不可靠带来的危险及有利于消除外界电磁场引起的干扰，改善装置的电磁兼容性能。系统TT系统的电源端中性点直接接地，用电设备金属外壳用保护地线接至与电源接地点无关的接地极。TT系统正常运行时，用电设备金属壳电位为零，当电气设备一相碰壳时，则短路电流较TN系统小，通常不足以使相间路保护装置动作。当人体偶然触及带电部分时危险较大，当在干线首端及用电设备处装有RCD时可保证安全。当变压器中性点和用电设备处接地电阻为4欧姆时，单相短路电流为LH=220/(4＋线路阻抗不计)。不论干线首端或用电设备处，当熔断器溶丝电流较大或自动开关瞬时脱扣器整定电流较大时，均不能可靠动作。所以TT系统内往往不能采用熔断器、低压短路器作接地故障保护而需采用漏电保护器。TT系统还有一个特点是中性线N与保护地线PE无一点电气联接，即中性点接地与PE线接地是分开的，所以不存在外部危险故障电压沿着PE进入建筑招致电击事故发生。在TT系统内每栋住宅楼各有其专用的接地极和PE线，各栋楼的PE线互不导通，故障电压不致自一住宅楼传导至另一住宅楼。但TT系统以大地为故障电流返回电源的通路，故障电流小，必须采用对接地故障反应灵敏的漏电保护器来防人身电击。这些系统各有优缺点，需按具体情况选用。如果住宅楼由供电部门以低压供电，应按供电部门的要求采用接地系统，以与地区的接地系统协调一致。如果采用TN－C－S系统，应注意从住宅楼电源进线配电箱开始即将PEN线分为PE线和中性线，使住宅楼内不再出现PEN线，这是因为PEN线因通过负荷电流而带有电位，容易产生杂散电流和电位差的缘故。如果供电部门以10KV电压给住宅楼供电，且变电所即在住宅楼内，则这栋住宅楼只能采用TN－S系统。因为采用TN－C－S系统将在住宅楼内出现PEN线；TT系统则要求设置分开的工作接地和保护接地，而在同一个建筑内是很难做到两个分开的接地，维护工作也是困难的。无论采用哪种接地系统都必须按规范要求作前述的等电位联结