PE線PEN線和等電位聯(lián)結(jié)線的選用和敷設(shè)要求

1、PE線PEN線和等電位聯(lián)結(jié)線的選用和敷設(shè)要求 PE線、PEN線、等電位聯(lián)結(jié)線以及前述的接地線關(guān)系人身和財(cái)產(chǎn)安全，國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)十分重視其選用和敷設(shè)。本章將討論工頻條件下用于安全目的的PE線、PEN線和等電位聯(lián)結(jié)線的選用和敷設(shè)。用于高頻條件下有關(guān)信息技術(shù)裝置的特殊要求見第十四章的第五、六節(jié)。第一節(jié)PE線和PEN線的最小允許截面一回路內(nèi)如果帶電導(dǎo)體中斷，電燈就不亮，電動(dòng)機(jī)就停轉(zhuǎn)或發(fā)出異聲，人們可及時(shí)覺察并修復(fù)故障，在這時(shí)間內(nèi)并未失去接地，后果并不嚴(yán)重。但接地如果不導(dǎo)通，設(shè)備照常工作而無異象，故障不能及時(shí)覺察，但這時(shí)電氣裝置已失去接地，待發(fā)生電擊、電氣火災(zāi)等事故后，才發(fā)現(xiàn)災(zāi)禍與接地中斷有關(guān)，這時(shí)已無法

2、彌補(bǔ)損失，所以PE線和PEN線的導(dǎo)通比帶電導(dǎo)體的導(dǎo)通更重要。PE線和PEN線的截面應(yīng)同時(shí)滿足機(jī)械強(qiáng)度和對(duì)接地故障電流熱穩(wěn)定的要求，PEN線還應(yīng)滿足通過負(fù)載電流時(shí)的允許載流量和電壓降等要求。1機(jī)械強(qiáng)度要求按國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)要求單根電線用作PE線時(shí)，銅線的截面有機(jī)械保護(hù)時(shí)不得小于25 mm2，無機(jī)械保護(hù)時(shí)不得小于4mm2；鋁線因易折斷，其截面不論有無機(jī)械保護(hù)都不得小于16 mm2。當(dāng)采用多芯電纜或護(hù)套電線中的一根芯線作PE線時(shí)，或PE線與相線共處于同保護(hù)物(例如敷線管槽)內(nèi)時(shí)，對(duì)此PE線無需規(guī)定按機(jī)械強(qiáng)度要求的最小截面。PEN線只適用于固定安裝在使用中不受撓曲的線路中。從機(jī)械強(qiáng)度考慮，即使它是多芯電纜

3、中的一根芯線，也要求其截面銅線不小于10mm2，鋁線不小于16mm2。這是因?yàn)镻EN線如果中斷，事故后果尤為嚴(yán)重，詳見第三章第四節(jié)和第十五章第二節(jié)。為策安全不得不放大PEN線截面，但這樣做不但多耗費(fèi)有色金屬，而且也給施工帶來許多困難。這也正是現(xiàn)時(shí)很少采用TNC系統(tǒng)，普遍采用TN-C-S系統(tǒng)或TNS系統(tǒng)的原因之一。因在這些系統(tǒng)中PE線的允許最小截面可大大減小，既節(jié)約投資，又方便施工。PEN線應(yīng)包以絕緣，除在建筑物內(nèi)只作一點(diǎn)接地處外其他處的絕緣強(qiáng)度應(yīng)能耐受可能遭受的最高電壓，以避免產(chǎn)生雜散電流。2熱穩(wěn)定要求正常工作時(shí)PEN線需通過工作電流，而PE線不通過工作電流，只通過微量的回路正常泄漏電流。如果

4、正常工作時(shí)測(cè)得PE線帶有以若干安計(jì)的電流，以致RCD合不上閘或發(fā)出報(bào)警信號(hào)，則可以肯定此電流是施工中接線錯(cuò)誤或維護(hù)不當(dāng)引起的不應(yīng)有的不正常電流。PE線只有在發(fā)生接地故障時(shí)才通過若干安計(jì)的故障電流，其值可能大至使PE線不能承受而燒毀，為此應(yīng)按接地故障電流來檢驗(yàn)其熱穩(wěn)定，見式(10-1)，不贅述。按式(10-1)進(jìn)行校驗(yàn)十分復(fù)雜費(fèi)時(shí)，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作可采用表211所列值來確定發(fā)生接地故障時(shí)PE線(也包括PEN線)按熱穩(wěn)定要求的最小截面。表211 PE(PEN)線按接地故障電流熱穩(wěn)定要求的最小截面 相線截面S(mm2)PE(PEN)線最小截面(mm2)S161635S16S采用表211所列值偏于保守，

5、但能減少設(shè)計(jì)工作量。當(dāng)PE線(PEN線)與相線的材質(zhì)不相同時(shí)，表211值應(yīng)按相應(yīng)電導(dǎo)值進(jìn)行換算。有的電氣同行以為表211值只適用于接地故障電流大的TN系統(tǒng)，不適用于接地故障電流小的TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。其實(shí)不然，表211值不僅適用于接地故障電流大的TN系統(tǒng)，也同樣適用于發(fā)生兩個(gè)故障的TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。這可分別用圖211和圖212來說明。圖211為一TT系統(tǒng)，圖中設(shè)備A先發(fā)生中性線碰外殼接地故障，因中性線基本為地電位，故障電流甚小，回路上的過電流防護(hù)電器以致RCD都無法動(dòng)作，此故障作為第一次故障得以長(zhǎng)期潛伏下來。但因中性線與PE線導(dǎo)通，此TT系統(tǒng)實(shí)際上已轉(zhuǎn)變成為TN系統(tǒng)。其后如圖211中設(shè)備B發(fā)

6、生相線碰外殼接地故障，則如圖211所示，PE線上流過的將是和TN系統(tǒng)同樣大的以金屬導(dǎo)體為通路的金屬性短路電流。圖212所示為一IT系統(tǒng)。如果設(shè)備A發(fā)生第一次接地故障后不能及時(shí)消除故障(例如遇到難以尋找和消除的故障，或絕緣監(jiān)測(cè)器失靈未發(fā)出報(bào)警信號(hào)等情況)，其后又如圖212所示設(shè)備B發(fā)生第二次接地故障，則故障擴(kuò)大為兩相短路，這時(shí)PE線上將通過兩相短路電流而非微量的接地電容電流。圖211 TT系統(tǒng)的兩個(gè)接地故障 圖212 IT系統(tǒng)的兩個(gè)接地故障國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)非常慎重地考慮電氣事故的防范措施，在不少情況下需考慮發(fā)生兩個(gè)故障引起的危險(xiǎn)，上述即是兩例。所以不論是TT系統(tǒng)或IT系統(tǒng)都應(yīng)和TN系統(tǒng)一樣，按表21

7、1確定PE線按熱穩(wěn)定要求的最小截面?，F(xiàn)時(shí)有一種做法，在有多個(gè)配電回路的電纜豎井內(nèi)，不為每一回路配出PE線而只在豎井內(nèi)設(shè)置一共用的PE線。只要此共用PE線不遠(yuǎn)離回路相線這一做法理論上是可行的。但需注意此共用PE線的截面必須不小于最大回路PE線的截面，而且各回路PE線自共用PE線的分支引出必須保證其連接導(dǎo)電的可靠。第二節(jié)通過大正常泄漏電流的PE線的提高機(jī)械強(qiáng)度措施有些電氣設(shè)備的PE線需通過大幅值的正常泄漏電流，其PE線的中斷可能引起電擊危險(xiǎn)。為此對(duì)通過大于10mA正常泄漏電流的這類設(shè)備的PE線需提高其機(jī)械強(qiáng)度，IEC規(guī)定可采取下列措施之一：(1)該P(yáng)E線全長(zhǎng)的截面增大為銅線lOmm2或鋁線16mm

8、2；(2)另加第二根相同截面的PE線，它應(yīng)自設(shè)備的另一PE線接線端子引出。這一安全措施可參見第二十三章第八節(jié)的實(shí)例作進(jìn)一步了解。第三節(jié)PE線的代用體除電線電纜以及裸導(dǎo)體外，可利用以下金屬導(dǎo)體作為PE線的代用體：(1)電纜和護(hù)套線的金屬護(hù)套、屏蔽層、鎧裝等金屬外皮；(2)固定安裝的敷線用的鋼管和金屬槽盒、托盤、梯架；(3)某些非電氣裝置的金屬管道和構(gòu)架，但不包括水管、燃?xì)夤芎腿加凸?、承受機(jī)械應(yīng)力的結(jié)構(gòu)件、軟管、懸吊線等管道結(jié)構(gòu)。利用這些代用體時(shí)應(yīng)注意滿足以下一些要求：(1)其電導(dǎo)不應(yīng)低于專用PE線的電導(dǎo)，以保證不降低自動(dòng)切斷電源的防護(hù)電器的動(dòng)作靈敏度；(2)應(yīng)保證它不受機(jī)械損傷、化學(xué)或電化學(xué)的腐

9、蝕，以確保電路的可靠導(dǎo)通；(3)槽盒、托盤、梯架等應(yīng)便于引出連接可靠的PE線；(4)煤氣管嚴(yán)禁用作PE線和接地極，為此它進(jìn)入建筑物后應(yīng)在盡量短的距離內(nèi)插入絕緣段，使之與其戶外地下部分絕緣。上列對(duì)代用體的要求常難以滿足，為保證電氣安全仍以敷設(shè)專用的PE線為妥。第四節(jié)PE線和PEN線的敷設(shè)要求為提高TN系統(tǒng)中過電流防護(hù)電器兼作接地故障防護(hù)的靈敏度，應(yīng)盡量降低故障回路阻抗以增大故障電流工a。在線路截面相同的條件下，回路阻抗取決于回路感抗，而回路感抗與回路電感成正比，回路電感可依式(211)估算式中L回路電感，H；空間磁導(dǎo)率，Hm；D通過往返電流的兩導(dǎo)體間的距離，m；z回路長(zhǎng)度，m；R回路導(dǎo)體的半徑，

10、m。從式(211)可知PE線與相線間的距離D越大，線路感抗越大，過電流防護(hù)電器動(dòng)作的靈敏度越低，因此PE線或PEN線應(yīng)盡量緊靠相線敷設(shè)，以減少回路感抗。曾做過這樣的試驗(yàn)：給一回路的PE線并聯(lián)敷設(shè)材質(zhì)和長(zhǎng)度都相同的第二根PE線，它與回路拉開300ram的距離。試給回路模擬產(chǎn)生一接地故障電流，測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)90以上的故障電流通過緊靠相線的回路PE線返回電源，只有不到10的故障電流通過第二根距回路300mm的PE線返回電流。這一試驗(yàn)說明將PE線貼近相線敷設(shè)，減少了回路感抗，對(duì)提高過電流防護(hù)電器兼作接地故障防護(hù)電器的動(dòng)作靈敏度十分有利。過去有將用作PEN干線的裸扁鋼單獨(dú)沿靠近地面的墻腳上水平敷設(shè)而將三根

11、相線敷設(shè)在遠(yuǎn)離地面的屋架上的做法。這種做法對(duì)靠墻成排布置的電氣設(shè)備分支接PEN線比較方便，但它存在兩個(gè)間題，一是增大回路感抗降低了對(duì)接地故障防護(hù)的動(dòng)作靈敏度，二是PEN線對(duì)地不絕緣，會(huì)產(chǎn)生對(duì)地雜散電流，因此這種敷設(shè)PEN線的做法是不應(yīng)采用的。第五節(jié)聯(lián)結(jié)線截面的確定聯(lián)結(jié)線截面的確定，見表212。表21-2聯(lián)結(jié)線的截面 類別總等電位聯(lián)結(jié)線局部等電位聯(lián)結(jié)線輔助等電位聯(lián)結(jié)線一般值不小于0.5進(jìn)線PE(PEN)線截面不小于0.5PE線截面兩電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分間0.5較小PE線截面電氣設(shè)備與裝置外可導(dǎo)電部分間0.5PE線截面最小值6 mm2銅線有機(jī)械保護(hù)時(shí)2.5mm2銅線或16 mm2鋁線16 mm2鋁

12、線*無機(jī)械保護(hù)時(shí)4mm2銅線50 mm2鐵導(dǎo)體16 mm2鐵線最大值25 mm2銅線或相同電導(dǎo)值的導(dǎo)線*局部場(chǎng)所內(nèi)最大PE線截面。*不允許采用無機(jī)械保護(hù)的鋁線。采用鋁線時(shí)，應(yīng)注意保證鋁線連接處的持久導(dǎo)通性等電位聯(lián)結(jié)端子板的截面應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，并不得小于所接聯(lián)結(jié)線截面。表212中總等電位聯(lián)結(jié)線和局部等電位聯(lián)結(jié)線的最大截面僅為25 mm2，這是因?yàn)橛糜陔姎獍踩穆?lián)結(jié)線只傳導(dǎo)電位，不傳送電流或只傳導(dǎo)很少部分的電流。從線路結(jié)構(gòu)分析可知聯(lián)結(jié)線是和PE線并聯(lián)的，但PE線緊靠相線感抗甚小，而聯(lián)結(jié)線則遠(yuǎn)離回路相線，感抗相對(duì)甚大，因此絕大部分接地故障電流是流經(jīng)PE線而不是流經(jīng)聯(lián)結(jié)線返回電源。所以除非為減少高

13、頻阻抗的需要(例如為減少信息系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的高頻阻抗)，就工頻電氣安全而言，不要求選用大截面的聯(lián)結(jié)線?，F(xiàn)舉例說明如下：【例2l一1】某電氣裝置的電源進(jìn)線為3150 mm2+170 mm2的銅芯電纜，按計(jì)算值總等電位聯(lián)結(jié)線的截面為057035(mm2)。但按表21-2的規(guī)定，可選用25 mm2的銅芯聯(lián)結(jié)線，以節(jié)約有色金屬?！纠?12】室內(nèi)只有2臺(tái)用電設(shè)備和一根自來水管，兩設(shè)備相距小于25m，其PE線銅線截面分別為25 mm2及25 mm2。由于距電源處甚遠(yuǎn)，回路阻抗大，過電流防護(hù)電器不能滿足發(fā)生接地故障時(shí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷電源的要求。為將故障時(shí)可能出現(xiàn)的接觸電壓限制在接觸電壓限值50

14、V以下，需在其間設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)線。按表21-2，兩設(shè)備與水管間的輔助等電位聯(lián)結(jié)線截面計(jì)算值分別為2505125(mm2)和2505125(mm2)，可分別取16 mm2銅線和25 mm2銅線(有機(jī)械保護(hù))，兩臺(tái)設(shè)備間的聯(lián)結(jié)線截面則取兩設(shè)備的較小PE線的截面，即25mm2銅線(有機(jī)械保護(hù))?！纠?13】現(xiàn)有廠房?jī)?nèi)的-d,間內(nèi)有多臺(tái)小功率用電設(shè)備和某些公用設(shè)施金屬管道，其PE干線截面為銅線4ram2，因過電流防護(hù)電器防電擊的動(dòng)作靈敏度不夠，需在該小間內(nèi)補(bǔ)充設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)。按計(jì)算值應(yīng)采用4052(mm2)，也即25 mm2銅線，但為在現(xiàn)有裝置中的簡(jiǎn)化施工，按表21-2采用無機(jī)械保護(hù)的明線敷設(shè)

15、，其截面取4 mm2。在電擊危險(xiǎn)大的特殊場(chǎng)所內(nèi)(如浴室、游泳池等場(chǎng)所)，電氣設(shè)備和金屬管道結(jié)構(gòu)較多，需按表21-2所列值做局部等電位聯(lián)結(jié)，這將在第二十三章中予以介紹。第六節(jié)低壓電氣裝置工頻等電位聯(lián)結(jié)實(shí)施中一些具體間題的探討1兩金屬管道連接處裹有黃麻或聚乙烯薄膜，是否需做跨接線兩金屬管道連接處包有黃麻或聚乙烯薄膜不需做跨接線，除自來水管的水表兩端需做跨接線外，金屬管道連接處一般不需跨接。因管道在做絲扣連接時(shí)這些包裹材料通常因破損而失去絕緣作用，所以連接處電氣上依然是導(dǎo)通的。但施工完畢后必須對(duì)管道全長(zhǎng)進(jìn)行一次導(dǎo)通性的檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)某一管道連接處不導(dǎo)通或接觸電阻過大(詳見第二十二章第二節(jié))，應(yīng)在該處加

16、做跨接線。2現(xiàn)時(shí)有些管道系統(tǒng)以塑料管代替金屬管，對(duì)此應(yīng)如何處理等電位聯(lián)結(jié)間題做等電位聯(lián)結(jié)的目的是使人體可同時(shí)觸及的導(dǎo)電部分的電位相等或接近，以消除或減少電擊危險(xiǎn)。塑料管不是可導(dǎo)電物質(zhì)，它不能傳導(dǎo)或呈現(xiàn)電位，因此不需對(duì)它做等電位聯(lián)結(jié)。但對(duì)金屬管道系統(tǒng)內(nèi)的小段塑料管需做跨接。3在等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)內(nèi)是否要對(duì)一管道系統(tǒng)做多次重復(fù)聯(lián)結(jié)只要管道全長(zhǎng)導(dǎo)通良好，原則上對(duì)一種管道系統(tǒng)只需做一次聯(lián)結(jié)。例如在水管進(jìn)入建筑物處的干管上做一次總等電位聯(lián)結(jié)，在浴室內(nèi)的水道干管上做一次局部等電位聯(lián)結(jié)。4是否可在戶外環(huán)繞建筑物埋設(shè)一圈扁鋼作總等電位聯(lián)結(jié)有人建議在戶外環(huán)繞建筑物埋設(shè)一圈扁鋼，將各種進(jìn)人建筑物的金屬管道與之連接，從

17、而既實(shí)現(xiàn)接地，又實(shí)現(xiàn)總等電位聯(lián)結(jié)。這一做法是不安全的，因無法檢視地下扁鋼與各種管道的連接狀況，如果連接處因腐蝕爛斷而使該處聯(lián)結(jié)失效，將無從發(fā)現(xiàn)而成為事故隱患。5是否可用配電箱內(nèi)的PE母排來代替接地母排和等電位聯(lián)結(jié)端子板來連接聯(lián)結(jié)線因配電箱內(nèi)有帶危險(xiǎn)電壓的相線，在配電箱內(nèi)帶電檢測(cè)等電位聯(lián)結(jié)和接地狀況時(shí)，易不慎觸及危險(xiǎn)電壓而引發(fā)電氣事故，如停電檢測(cè)則對(duì)工作和生活又帶來諸多不便。所以應(yīng)在配電箱外另設(shè)接地母排或等電位聯(lián)結(jié)端子板，以便在不帶電條件下安全地進(jìn)行檢測(cè)。6總等電位聯(lián)結(jié)的接地母排和局部等電位聯(lián)結(jié)端子板之間是否要連通因這兩者間的關(guān)系并非一配電系統(tǒng)內(nèi)上下級(jí)配電箱之間送電與受電的關(guān)系，不需在兩者間作電

18、氣導(dǎo)通。實(shí)際上兩者間已存在通過PE線、金屬結(jié)構(gòu)、管道的自然導(dǎo)通。就電擊防護(hù)而言，等電位聯(lián)結(jié)的作用只是使人體伸臂范圍內(nèi)(25m內(nèi))所接觸的電位相等或接近而已。人體不可能同時(shí)觸及兩個(gè)相距甚遠(yuǎn)的帶不同電位的金屬部分。如果在這兩者間作聯(lián)結(jié)，不過是對(duì)上下級(jí)配電箱間的PE線并聯(lián)一個(gè)阻抗大許多的導(dǎo)體而已，并沒有實(shí)用意義。同理，也沒有必要在電纜豎井內(nèi)設(shè)置一垂直的聯(lián)結(jié)各樓層的聯(lián)結(jié)干線，見第六章第二節(jié)。7總等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的電位可能高于戶外地電位，是否需在建筑物出入口處采取均衡電位措施以降低跨步電壓對(duì)于1000V及以下的工頻低壓電氣裝置不必考慮跨步電壓的危害，因這一跨步電壓不足以造成對(duì)人體的傷害。關(guān)于等電位聯(lián)結(jié)的設(shè)

19、置，我國(guó)從20世紀(jì)90年代開始已在有關(guān)建筑電氣規(guī)范中作出規(guī)定，取得了一定的成效，但就實(shí)施的廣度和深度而言，尚不盡如人意。其中有管理和體制的間題，就電氣設(shè)計(jì)安裝而言，圖紙深度不夠是重要原因。在我國(guó)的設(shè)計(jì)文件中沒有像國(guó)外設(shè)計(jì)那樣附有標(biāo)明等電位聯(lián)結(jié)的聯(lián)結(jié)位置、聯(lián)結(jié)線的材質(zhì)和截面等技術(shù)要求的施工簡(jiǎn)圖，承包單位往往借口缺乏圖紙依據(jù)而拒絕施工等電位聯(lián)結(jié)。這樣做的結(jié)果難免給電氣裝置日后的運(yùn)作留下許多事故隱患，這是我們建筑電氣從業(yè)人員應(yīng)予重視的一個(gè)間題。第七節(jié)地面等電位對(duì)地下金屬部分密度的要求在一般干燥場(chǎng)所的建筑物內(nèi)，如離人體站立處的地下等電位聯(lián)結(jié)金屬部分不超過lOm，即可認(rèn)為滿足地面等電位的要求，否則應(yīng)增設(shè)地下等電位聯(lián)結(jié)金屬部分，以滿足此lOm最大距離的要求，圖213即為