摘要:做好住宅建筑的剩余電流保護(hù)工作能保護(hù)建筑避免電氣火災(zāi)和電擊事故。本文結(jié)合高層住宅電流配置的特點(diǎn),巧妙地使用了三級(jí)剩余電流保護(hù),確保建筑供電的保護(hù)有效性和可靠性,在分析每個(gè)因素的影響后,對(duì)比選擇了RCD的參數(shù)和安裝的部位,在建筑總電源的剩余電流保護(hù)中使用母線插接箱、非消防配電總箱設(shè)300mARCD的方法,其他地方分別設(shè)置二級(jí)剩余電流保護(hù)。
關(guān)鍵詞:住宅建筑;剩余電流保護(hù);方案;電壓
進(jìn)入新時(shí)期以來(lái),我國(guó)的高層住宅建筑建設(shè)施工項(xiàng)目越來(lái)越多,由于建筑對(duì)供電要求較高,配電剩余電流保護(hù)一直是一項(xiàng)重要的工作。但是一些住宅建筑由于沒(méi)有選擇合適的剩余電流保護(hù)方案,導(dǎo)致建筑安全性能受到影響,如何選擇正確的方案并實(shí)施成為人們關(guān)心的問(wèn)題。下面就這方面進(jìn)行討論分析。
1"剩余電流保護(hù)的作用
住宅建筑的低壓配電常采用TN接地型式,短路保護(hù)、剩余電流保護(hù)是常用的接地故障保護(hù)方式。接地故障是低壓配電線路中的帶電體與大地或與大地有連接的導(dǎo)體之間發(fā)生的短路,包括電氣設(shè)備外殼、PE線和PEN線等,它區(qū)別于一般的短路故障。接地故障為金屬性短路時(shí),故障電流較大,可以采用短路保護(hù)兼做接地故障保護(hù)。若發(fā)生接地故障時(shí)存在較大的阻抗,故障電流就會(huì)很小,短路保護(hù)往往難以發(fā)揮作用。RCD通過(guò)電流互感器檢測(cè)故障電流(能檢測(cè)到毫安級(jí)電流),用作接地故障保護(hù)時(shí)具有很高的靈敏度,能及時(shí)切斷故障回路,避免造成電氣火災(zāi)或電擊事故。
2"高層住宅剩余電流保護(hù)方案分析
2.1"高層住宅建筑的低壓配電簡(jiǎn)述
在高層住宅建筑中,住戶、商鋪等常由公變壓器供電;公共照明、公用設(shè)備等則由物業(yè)專變壓器供電。公變壓器部分:從小區(qū)變低壓配電柜通過(guò)電纜線路供電到建筑各個(gè)單元的母線始端箱,各單元電力豎井內(nèi)安裝密集型母線,單元內(nèi)每層設(shè)母線插接箱和計(jì)量箱,通過(guò)母線插接箱向計(jì)量箱供電,再由計(jì)量箱向各住戶終端箱供電,終端箱負(fù)責(zé)戶內(nèi)用電;專變壓器部分:從物業(yè)專變壓器低壓配電柜供到建筑配電總箱(常分為消防配電總箱和非消防配電總箱),然后供電到公共照明配電箱和設(shè)備配電箱。
2.2"住戶終端箱的剩余電流保護(hù)
對(duì)于住宅建筑,GB50096第8.7.2條規(guī)定:除壁掛式分體空調(diào)機(jī)電源插座外,電源插座回路應(yīng)設(shè)置剩余電流保護(hù)裝置。擬列舉幾種可能的住戶終端箱的剩余電流保護(hù)方案進(jìn)行分析。
方案1:除壁掛式分體空調(diào)機(jī)插座外,各電源插座回路分別安裝RCD,照明回路及電源進(jìn)線不設(shè)置RCD。插座回路一般選用額定剩余動(dòng)作電流不超過(guò)30mA的一般型(無(wú)延時(shí))RCD,兼顧直接或間接接觸電擊事故防護(hù),能較好地保證人身安全。該方案完全符合規(guī)范要求,優(yōu)點(diǎn)是:某一插座回路RCD動(dòng)作時(shí)不會(huì)影響其他插座和照明回路。缺點(diǎn)是:戶內(nèi)照明回路發(fā)生小電流接地故障時(shí),可能直接切斷建筑總電源進(jìn)線,影響其他住戶,不利于供電穩(wěn)定性。
方案2:電源進(jìn)線安裝30mARCD,各出線回路均不設(shè)置RCD。在規(guī)范中并未明確規(guī)定要在每個(gè)插座回路分別安裝RCD,且未規(guī)定照明回路不能設(shè)置RCD,應(yīng)該說(shuō),該方案所有插座和照明回路共用RCD也滿足規(guī)范要求。該方案的優(yōu)點(diǎn)是不管戶內(nèi)的插座還是照明回路發(fā)生接地故障,RCD都能及時(shí)切斷住戶進(jìn)線電源,不會(huì)影響其他住戶。存在的不足是:一個(gè)插座回路發(fā)生漏電跳閘時(shí),影響其他插座回路和照明,不便于故障排查;另外現(xiàn)代住宅中,家用電器較多,配電線路較長(zhǎng),正常泄漏電流較大,隨著電氣設(shè)備和線路使用年數(shù)的增多,泄漏電流進(jìn)一步增大,30mA進(jìn)線RCD可能誤動(dòng)作。
結(jié)合前兩個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn),形成方案3:在電源進(jìn)線和各插座回路(除壁掛式空調(diào)機(jī)插座外)分別安裝RCD。插座回路選用30mA一般型RCD,進(jìn)線RCD的額定剩余不動(dòng)作電流應(yīng)大于保護(hù)線路的正常泄漏電流,并考慮和出線回路RCD的協(xié)調(diào)配合。住戶終端箱以單相電源進(jìn)線、單相出線的情況居多,下面做重點(diǎn)分析。
因?yàn)榧译姷氖褂们闆r是動(dòng)態(tài)的,并且泄漏電流可能隨絕緣阻抗、空氣濕度及溫度等變化,正常泄漏電流值往往難以準(zhǔn)確計(jì)算,一戶住宅的正常泄漏電流做如下估算:常用電器正常泄漏電流值約為5mA。布線主要使用1.5~4mm2聚氯乙烯絕緣電線(BV線)穿管暗敷,存在泄漏電流的主要為帶電的相線,按200m、泄漏電流52mA/km估算,泄漏電流為10.4mA。一戶總的最大正常泄漏電流約15mA。
進(jìn)線RCD的額定剩余動(dòng)作電流IΔn應(yīng)滿足IΔn≥4IXL=4×15mA=60mA,且IΔn≥3IΔncz=3×30mA=90mA。
式中,IΔn為進(jìn)線RCD的額定剩余動(dòng)作電流;IXL為一戶最大正常泄漏電流;IΔncz為插座回路的額定剩余動(dòng)作電流。
一般型RCD動(dòng)作時(shí)間在0.1s以內(nèi),進(jìn)線RCD與插座回路RCD的動(dòng)作時(shí)間差取0.2s。進(jìn)線RCD選用IΔn為100mA,延時(shí)0.3s,可滿足可靠性和選擇性要求。衛(wèi)生間環(huán)境較為潮濕,照明回路也應(yīng)考慮間接接觸電擊防護(hù),可以把衛(wèi)生間照明和插座設(shè)計(jì)在同一個(gè)回路,設(shè)置30mARCD進(jìn)行保護(hù)。典型的單相進(jìn)線、單相出線終端箱的系統(tǒng)圖如圖所示。商鋪等部位使用的三相進(jìn)線、單相出線終端箱的進(jìn)線可以安裝三相四極、100mA、0.3s的RCD。
圖典型的單相進(jìn)線、單相出線終端箱的系統(tǒng)圖
2.3"住宅總電源進(jìn)線的剩余電流保護(hù)
電弧性接地是引發(fā)電氣火災(zāi)的重要原因之一。電弧性接地具有較大的阻抗,其限制了故障電流,過(guò)電流保護(hù)不能及時(shí)動(dòng)作而切斷電源,幾百毫安的漏電弧可產(chǎn)生2000℃以上的局部高溫,足以引起火災(zāi)。為避免接地故障引起電氣火災(zāi),GB50096第8.7.2條第6點(diǎn)規(guī)定:每幢住宅的總電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)或剩余電流動(dòng)作報(bào)警。防火剩余電流動(dòng)作值不宜大于500mA,在2010版IEC60364-4-42中規(guī)定不大于300mA。
住宅公變壓器配電的總電源進(jìn)線RCD可能的安裝部位是母線始端箱、母線插接箱或計(jì)量箱。在母線始端箱設(shè)置300mARCD,理論上可行,設(shè)計(jì)時(shí)使三相負(fù)荷均衡,即使單元內(nèi)住戶很多,正常泄漏電流的代數(shù)和可能很大,但三相泄漏電流的矢量和卻很小,甚至接近零,一相發(fā)生非正常漏電達(dá)300mA時(shí),RCD動(dòng)作。但實(shí)際上,住宅主要為單相負(fù)荷,各條線路長(zhǎng)短不一,每戶電器使用情況差別很大,不可能做到三相正常泄漏電流平衡。當(dāng)始端箱RCD保護(hù)的住戶較多,各相泄漏電流差別較大時(shí),運(yùn)行不可靠,下面舉一個(gè)例子進(jìn)行計(jì)算分析。
假如總進(jìn)線RCD保護(hù)1梯4戶,11層,共44戶,平均每相15戶。根據(jù)每戶最大15mA估算,每相正常泄漏電流可能達(dá)200mA以上。
1)假定正常泄漏電流A相200mA、B相30mA、C相30mA,相位差120°,那么三相泄漏電流矢量和為170mA,大于300mARCD的額定剩余不動(dòng)作電流150mA,可能誤動(dòng)作。
2)假定正常泄漏電流A相140mA、B相10mA、C相10mA,相位差120°,B相發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)性電弧接地,泄漏電流值達(dá)300mA。正常泄漏電流主要是對(duì)地電容電流,接地故障回路容抗遠(yuǎn)大于阻抗,正常泄漏電流相位超前故障泄漏電流,取相位差90°。通過(guò)畫(huà)矢量圖,計(jì)算4者的矢量和為198mA,即RCD檢測(cè)到的漏電流為198mA,小于額定剩余動(dòng)作電流,可能拒動(dòng)作。
始端箱安裝RCD,保護(hù)的樓層和住戶越多,各相正常泄漏電流及不平衡度就可能越大,誤動(dòng)作或拒動(dòng)作的可能性也越大。在母線插接箱或計(jì)量箱進(jìn)線安裝RCD運(yùn)行較可靠,安裝在插接箱內(nèi)最佳,這樣計(jì)量箱進(jìn)線電纜也在保護(hù)范圍內(nèi)。相比母線始端箱,此處RCD保護(hù)的住戶少,各相正常泄漏電流較小,差別也小,即RCD動(dòng)作影響范圍不大,較可靠??紤]和下游的協(xié)調(diào)配合,可以選用額定剩余動(dòng)作電流300mA,延時(shí)0.5s動(dòng)作的三相四極RCD。考慮下游已設(shè)置兩級(jí)剩余電流保護(hù),本級(jí)RCD可動(dòng)作于報(bào)警,并可利用小區(qū)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),把漏電報(bào)警信號(hào)接入有人值班的消防控制室,但在消防主機(jī)上應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分漏電報(bào)警和火災(zāi)報(bào)警。從上面例子也可看出,三相四極RCD對(duì)單相用戶的電氣火災(zāi)預(yù)防并不可靠。住戶內(nèi)易燃物多,裝修時(shí)電氣布線可能較隨意,是電氣火災(zāi)的易發(fā)部位,住戶終端箱電源進(jìn)線設(shè)置的二極100mARCD靈敏度高,不受泄漏電流不平衡的影響,預(yù)防戶內(nèi)電氣火災(zāi)更可靠。
住宅的消防配電總箱對(duì)供電穩(wěn)定性要求很高,其負(fù)荷變頻電梯等正常泄漏電流較大,不宜安裝RCD。非消防配電總箱的電源進(jìn)線可以設(shè)置300mA一般型RCD,動(dòng)作于報(bào)警,并把報(bào)警信號(hào)接入消控室。
2.4"RCD安裝及等電位聯(lián)結(jié)
要保證RCD可靠運(yùn)行,除了正確選型外,還要正確安裝。安裝時(shí)必須嚴(yán)格區(qū)分N線和PE線,嚴(yán)禁PE線穿過(guò)RCD電流互感器的磁回路,嚴(yán)禁將RCD負(fù)荷側(cè)的中性線接地。RCD所保護(hù)的電氣裝置的外露導(dǎo)電部分應(yīng)經(jīng)PE線接地。接線時(shí)應(yīng)注意區(qū)分電源側(cè)和負(fù)荷側(cè),不得反接。
外露導(dǎo)電部分接地、等電位聯(lián)結(jié)是降低建筑物電氣裝置接觸電壓的基本措施。剩余電流保護(hù)應(yīng)輔以等電位聯(lián)結(jié),才能更好的保障人身安全、預(yù)防電氣火災(zāi)。等電位聯(lián)結(jié)分總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。總等電位聯(lián)結(jié)作用于全建筑物,要求將建筑物內(nèi)配電箱PE母線、接地線、金屬管及建筑鋼筋等互相聯(lián)結(jié),形成等電位體,其作用在于使導(dǎo)電部分與大地間電位趨近,并消除自外部竄入建筑的故障電壓引起的危險(xiǎn)電位差。衛(wèi)生間因較為潮濕,應(yīng)對(duì)上述可導(dǎo)電部分再做一次聯(lián)結(jié),形成局部等電位聯(lián)結(jié),以進(jìn)一步減少電位差,接地故障時(shí)的接觸電壓只是故障電流分流在一小段局部等電位聯(lián)結(jié)線上的電壓降,可以大大降低。電氣裝置的PE線還應(yīng)盡量重復(fù)接地,以降低接地故障時(shí)PE線和金屬外殼的對(duì)地電壓。
3"結(jié)語(yǔ)
綜上所述,在高層住宅建筑中使用剩余電流保護(hù)是有效的保護(hù)方式,這個(gè)方法能夠在事故發(fā)生時(shí)及時(shí)切斷故障電流很小的接地故障回路,能夠明顯地降低住宅建筑電氣火災(zāi)和電擊事故的發(fā)生概率,對(duì)于保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的措施,值得我們推廣應(yīng)用。
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