電氣安全等電位接地secret

1、用電安全-等電位聯(lián)接楊振國(guó)1 等電位聯(lián)結(jié)將建筑物電氣裝置內(nèi)外露可導(dǎo)電部分、電氣裝置外可導(dǎo)電部分、人工或自然接地體用導(dǎo)體連接起來(lái)以達(dá)到減少電位差稱為等電位聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)也有不與人工或自然接地體連接的，稱為不接地的等電位聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)有總等電位聯(lián)結(jié)、局部等電位聯(lián)結(jié)和輔助等電位聯(lián)結(jié)之分。所謂總等電位聯(lián)結(jié)乃是將建筑物內(nèi)的下列導(dǎo)電部分匯接到進(jìn)線配電箱近旁的接地母排(總接地端子板)上而互相聯(lián)結(jié)（如圖1）：進(jìn)線配電箱的PE（PEN）母排；自接地極引來(lái)的接地干線（如需要）；建筑物內(nèi)的公用設(shè)施金屬管道，如煤氣管道、上下水管道，以及暖氣、空調(diào)等的干管；建筑物的金屬結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土內(nèi)的鋼筋網(wǎng)。需要說(shuō)明，煤氣管和

2、暖氣管可進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)，但不允許用作接地體。因?yàn)槊簹夤艿涝谌霊艉髴?yīng)插入一段絕緣部分，并跨接一過(guò)電壓保護(hù)器；戶外地下暖氣管因包有隔熱材料，與地非良好接觸。局部等電位聯(lián)結(jié)是在建筑物內(nèi)的局部范圍內(nèi)按總等電位聯(lián)結(jié)的要求再做一次等電位聯(lián)結(jié)。輔助等電位聯(lián)結(jié)則是在伸臂范圍內(nèi)有可能出現(xiàn)危險(xiǎn)電位差的可同時(shí)接觸的電氣設(shè)備之間或電氣設(shè)備與裝置外可導(dǎo)電部分(如金屬管道、金屬結(jié)構(gòu)件)之間直接用導(dǎo)體作聯(lián)結(jié)。圖1 總等電位聯(lián)結(jié)示意2 等電位聯(lián)結(jié)作用(1)降低預(yù)期接觸電壓圖2 TN系統(tǒng)等電位聯(lián)結(jié)作用以接地型式TNCS系統(tǒng)為例加以說(shuō)明，圖2為常用的TN-C-S系統(tǒng)，在電源進(jìn)線處PEN線分成PE線和N線(N線從此處開始與PE線

3、絕緣)，設(shè)有重復(fù)接地，不安裝總等電位聯(lián)結(jié),如果設(shè)備發(fā)生接地故障，忽略接地故障點(diǎn)的阻抗，RA與RB串聯(lián)后再與ZPEN并聯(lián)，RA+RB>>ZPEN；人體阻抗Zh與鞋襪和地板電阻Rp串聯(lián)后再與ZPE并聯(lián)，Zh+Rp>>ZPE，接地故障電流Id流經(jīng)相線和PE線、PEN線，返回變壓器低壓繞組，即式中U0相對(duì)地標(biāo)稱電壓，V ； ZT變壓器零序阻抗， ； ZL相線阻抗， ； ZPE電氣裝置內(nèi)部PE線阻抗， ； ZPEN電氣裝置外部PEN線阻抗， 。預(yù)期故障電壓UT1可用下式計(jì)算：做了總等電位聯(lián)結(jié)后預(yù)期接觸電壓為從以上兩式可知，做了總等電位聯(lián)結(jié)后，減少的預(yù)期接觸電壓為從圖2可知，做了總

4、等電位聯(lián)結(jié)后，在總等電位聯(lián)結(jié)區(qū)內(nèi)，作為總等電位聯(lián)結(jié)組成部分的建筑物基礎(chǔ)鋼筋、金屬結(jié)構(gòu)件、金屬管道、金屬電纜橋架、電纜金屬護(hù)套、敷設(shè)電纜或?qū)Ь€金屬管等自然接地體，接地電阻值較小，已起到重復(fù)接地的作用。IEC標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定必須為重復(fù)接地做人工接地體，也沒有明確規(guī)定重復(fù)接地的電阻值。電源線路中PEN線上的電壓降雖不在建筑物內(nèi)產(chǎn)生接觸電壓，但它能使接地母排對(duì)地電位升高。由于在總等電位聯(lián)結(jié)范圍內(nèi)電氣裝置外露可導(dǎo)電部分和裝置外可導(dǎo)電部分都和接地母排相連通，其電位都同樣升高而基本處于同一電位上，人體接觸這些導(dǎo)電部分時(shí)，沒有接觸不同電位，自然不存在電擊危險(xiǎn)的。(2)消除自建筑物外沿PEN線或PE線竄入的危險(xiǎn)故障

5、電壓TN系統(tǒng)內(nèi)因絕緣損壞發(fā)生接地故障后有三種可能情況：一是故障點(diǎn)相接觸的兩金屬部分因數(shù)百以至數(shù)千安的電流通過(guò)，熔化成團(tuán)而脫離接觸，接地故障自然消失；二是兩金屬部分熔化成團(tuán)脫離接觸后引燃電弧，形成大故障點(diǎn)阻抗的電弧性接地故障，由于相當(dāng)大一部分的線路電壓降落在電弧上，接觸電壓相對(duì)減少，它的后果大多是火災(zāi)而非人身電擊；三是兩金屬部分熔化后互相焊牢，使故障繼續(xù)存在，其故障點(diǎn)阻抗可忽略不計(jì)，其后果大多是人身電擊，這就是接地故障。正是由于接地故障電壓存在，沿PEN線或PE線竄入的危險(xiǎn)故障電壓易引起的電擊。保護(hù)裝置未動(dòng)作而引起的接地故障電壓；PEN線折斷而引起的接地故障電壓；當(dāng)電源干線中的PEN線折斷時(shí)(俗

6、稱斷零)，由于三相負(fù)荷不均衡，負(fù)荷側(cè)中性點(diǎn)漂移，也能使PEN線和設(shè)備外殼對(duì)地帶電位。如果建筑物內(nèi)有總等電位聯(lián)結(jié)，使外露可導(dǎo)電部分都處于該電位，同樣也可消除由此引起的電擊危險(xiǎn)；高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地發(fā)生接地故障引起的低壓系統(tǒng)接地故障電壓；高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障引起的低壓系統(tǒng)接地故障電壓。雖然PEN線或PE線上存在危險(xiǎn)故障電壓，但由于PEN線或PE線在建筑物內(nèi)均已等電位聯(lián)結(jié)，在等電位聯(lián)結(jié)范圍內(nèi)人體同時(shí)可觸及的電氣裝置內(nèi)、外外露可導(dǎo)電部分基本上處于同一電位，火災(zāi)及人身電擊自然不會(huì)產(chǎn)生。(3)減少保護(hù)裝置據(jù)拒動(dòng)帶來(lái)的危害保護(hù)裝置據(jù)拒動(dòng)是由于：保護(hù)裝置內(nèi)的電子元器件的老

7、化，溫度漂移或干擾等；保護(hù)裝置的動(dòng)作值改變，裝置投入運(yùn)行后，增加供電容量或串級(jí)保護(hù)需要，電子脫扣器受環(huán)境溫度的影響等；增加供電的線路長(zhǎng)度，阻抗加大；保護(hù)裝置開斷較大的短路電流，觸頭表面被拉毛，觸頭接觸電阻加大；保護(hù)裝置脫扣器供電電源與發(fā)生接地故障同相序，接地故障造成脫扣器供電電壓低于要求值。等電位聯(lián)結(jié)可以降低故障回路阻抗，縮短保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間，降低接觸電壓。<<低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范>>（GB500542009）第條明確規(guī)定，采用接地故障保護(hù)時(shí)，應(yīng)做等電位聯(lián)結(jié)，也符合IEC標(biāo)準(zhǔn)將等電位聯(lián)結(jié)規(guī)定為自動(dòng)切斷故障電路防電擊的措施之一。(4)等電位聯(lián)結(jié)是電磁兼容（EMC）主要措施之

8、一1）有利于消除雷擊電磁脈沖干擾等電位聯(lián)結(jié)減小需要防雷空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差。穿過(guò)各防雷區(qū)界面的金屬物和系統(tǒng)，以及在一個(gè)防雷區(qū)內(nèi)部的金屬物及系統(tǒng)均應(yīng)在界面處做符合要求的等電位聯(lián)結(jié)。2）信息技術(shù)設(shè)備的電磁兼容信息技術(shù)裝置或設(shè)備可能因?yàn)樵谠O(shè)備中或互連的設(shè)備間感應(yīng)產(chǎn)生的電流或電壓而出錯(cuò)。干擾的原因包括雷電或負(fù)載的通斷、靜電放電、工頻地電位差、磁場(chǎng)和射頻場(chǎng)等導(dǎo)致的在電源和接地導(dǎo)體中帶來(lái)的瞬變電涌。避免電磁干擾入侵的基本技術(shù)舉例如下：采用電的或糾錯(cuò)的技術(shù)在信息技術(shù)裝置或設(shè)備中提供內(nèi)在的抗干擾性能；在干擾源與信息技術(shù)裝置或設(shè)備間在電氣上實(shí)施隔離；在相關(guān)頻率范圍的設(shè)備之間實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)；提供一

9、個(gè)低阻抗的基準(zhǔn)電位平面，使電位差減小，并提供屏蔽。3 局部等電位聯(lián)結(jié)作用(1)消除自總等電位聯(lián)結(jié)后沿PEN線或PE線傳導(dǎo)的危險(xiǎn)故障電壓當(dāng)建筑物內(nèi)配電線路較長(zhǎng)，且截面較小時(shí)，由于回路阻抗大，接地故障電流Id小，不能滿足保護(hù)裝置切斷時(shí)間要求，為此需加大導(dǎo)體截面或裝設(shè)剩余電流保護(hù)器。如果在此局部范圍內(nèi)設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)，則可簡(jiǎn)單而靠地解決過(guò)流保護(hù)靈敏度不夠的問(wèn)題。如下圖3所示，如果設(shè)備發(fā)生固定式設(shè)備接地故障，接地故障電流Id則為：式中 Id接地故障電流，A； ZT變壓器零序阻抗，； ZL相線阻抗，； ZPENPEN線阻抗，； ZPE1進(jìn)線配電箱至終端配電箱PE線等值阻抗，； ZPE2固定式設(shè)備至配電

10、箱PE線等值阻抗，； U0相線對(duì)地的標(biāo)稱電壓，V。預(yù)期接觸電壓UT為：電源系統(tǒng)接地的電阻值RB與保護(hù)導(dǎo)體接地電阻值RA之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PEN線阻抗ZPEN，故在以上的接地故障電流的計(jì)算中，忽略了接地極的分流。采用如圖4 所示的局部等電位聯(lián)結(jié)時(shí)，其接地故障電流為：式中 接地故障電流Id的分流Id2為:其固定式設(shè)備的預(yù)期接觸電壓UT1為：其手握式設(shè)備的預(yù)期接觸電壓UT2為：通過(guò)UT與UT1的比較可發(fā)現(xiàn)，局部等電位聯(lián)結(jié)消除自總等電位聯(lián)結(jié)后沿PE線的危險(xiǎn)故障電壓，即使保護(hù)電器切斷時(shí)間超過(guò)5s，手握式設(shè)備的預(yù)期接觸電壓UT2僅為接地故障電流的分流Id2在ZPE3和ZPE42的電壓降，ZPE3和ZPE42的值

11、甚小，不致于發(fā)生電擊事故。圖3 TN系統(tǒng)局部等電位聯(lián)結(jié)作用(未有局部等電位聯(lián)結(jié))圖4 TN系統(tǒng)局部等電位聯(lián)結(jié)作用(有局部等電位聯(lián)結(jié))(2)降低預(yù)期接觸電壓局部等電位聯(lián)結(jié)除能消除電氣裝置總等電位聯(lián)結(jié)至局部等電位聯(lián)結(jié)接地故障時(shí)PE線傳導(dǎo)的預(yù)期接觸電壓UT外，還能降低接地故障回路阻抗，在電氣裝置內(nèi)各樓層或多處做局部等電位聯(lián)結(jié)，如圖5所示。K1處發(fā)生接地故障時(shí)，忽略總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)端子與PE線和可導(dǎo)電部分連接導(dǎo)體電阻，PE線導(dǎo)體與可導(dǎo)電部分導(dǎo)體在局部等電位聯(lián)結(jié)間并聯(lián)后又串聯(lián)；若K2處發(fā)生接地故障時(shí)，PE線導(dǎo)體與可導(dǎo)電部分導(dǎo)體在局部等電位聯(lián)結(jié)間并聯(lián)后又并（串）聯(lián)，其局部等電位聯(lián)結(jié)降低接地故障回路阻抗，加大接地故障電流Id，縮短保護(hù)電器的動(dòng)作時(shí)間，防止電擊發(fā)生。圖5 局部等電位聯(lián)結(jié)降低預(yù)期接觸電壓4 等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體選擇等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體選擇見表1：表1 等電位聯(lián)結(jié)線導(dǎo)體截面選擇表 類別取值總等電位聯(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0.5×局部場(chǎng)所最大PE線截面兩電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分間較小PE線截面電氣設(shè)備與裝置外導(dǎo)電部分間0.5×PE線截面最小值6 mm2 銅線有機(jī)