馬文浩

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

1 概述

依據(jù)GB 50054-2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范，接地故障是一種短路，是指帶電導(dǎo)體和大地之間意外出現(xiàn)導(dǎo)電通路，在供配電系統(tǒng)中即為帶電的相線(xiàn)、中性線(xiàn)因絕緣損壞、接觸不良而與不帶電的保護(hù)導(dǎo)體、金屬外殼、大地等可導(dǎo)電的金屬體意外接觸發(fā)生的故障。與其他短路相比接地故障發(fā)生的概率較高，且有復(fù)雜、隱蔽和不容易被發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)，因此造成的危害也相對(duì)較大。

接地故障的危害主要有兩個(gè)方面:一方面容易引起電氣火災(zāi);另一方面容易引起人體觸電，危害人身安全。通過(guò)以下示例來(lái)分析接地故障造成危害的原因及預(yù)防措施。

2 剩余電流保護(hù)器的使用

在如圖1所示的TN-S低壓配電系統(tǒng)中，假如C點(diǎn)出現(xiàn)接地故障，此時(shí)C點(diǎn)處便會(huì)出現(xiàn)接地故障電流，如不考慮變壓器及線(xiàn)路阻抗，其故障電流大小為:

圖1 剩余電流保護(hù)器設(shè)置示意圖

在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》12.4中常要求的低壓配電系統(tǒng)中保護(hù)接地網(wǎng)的接地電阻RO=4 Ω，又以RC=10 Ω計(jì):Id=15.7 A。這時(shí)Id電流的大小通常是無(wú)法引起保護(hù)電器的動(dòng)作，便有可能會(huì)引起人體觸電或是由于打火現(xiàn)象引起局部的高溫，進(jìn)而引起火災(zāi)的發(fā)生。

針對(duì)這種情況在O點(diǎn)處安裝剩余電流保護(hù)器，便可以在故障電流產(chǎn)生危害前將該回路切除，從而避免危害的發(fā)生。剩余電流的保護(hù)原理見(jiàn)圖2。

圖2 剩余電流的保護(hù)原理示意圖

即通過(guò)監(jiān)測(cè)電流回路的矢量和來(lái)判斷回路中是否存在剩余電流。在正常情況下相線(xiàn)與中性線(xiàn)的矢量和為零，由于某種原因如導(dǎo)線(xiàn)絕緣破損或是設(shè)備產(chǎn)生漏電時(shí)，其矢量和不為零，剩余電流傳感器中便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而其大小與配電線(xiàn)路中產(chǎn)生的漏電流大小成正比，在其達(dá)到一個(gè)閥值(如GB 50054-2011中要求的點(diǎn)熱積聚效應(yīng)產(chǎn)生漏電火災(zāi)時(shí)候的最大電流300 mA，或防止人身觸電的最大電流30 mA)時(shí)剩余電流保護(hù)器動(dòng)作，切斷回路電源。同樣，在線(xiàn)路末端如在單相回路A，B點(diǎn)單相剩余電流保護(hù)器也可以起到保護(hù)末端配電系統(tǒng)的要求的同時(shí)，而不影響其余供電設(shè)備的正常使用。

3 等電位聯(lián)結(jié)的設(shè)置

在圖1的基礎(chǔ)上該TN-S系統(tǒng)，設(shè)置的MEB端子板與設(shè)備A金屬外殼做可靠連接，使其對(duì)地電壓接近為0，而設(shè)備B在未與MEB端子板連接前其對(duì)地電壓為:U=Id×RO=15.7×4=62.8 V，這個(gè)電壓足以產(chǎn)生危害。

這種情況在TN系統(tǒng)中是很普遍存在的，即便在設(shè)備本身沒(méi)有損壞但是設(shè)備使用者會(huì)中電，甚至死亡，明明電源已經(jīng)切斷但在用電設(shè)備金屬外殼附近會(huì)發(fā)生火災(zāi)。這類(lèi)事故是由于在系統(tǒng)某處(例如C點(diǎn))發(fā)生了不與保護(hù)性導(dǎo)體連通的接地故障，故障電壓沿著與PE線(xiàn)連接的金屬導(dǎo)體傳導(dǎo)至系統(tǒng)各處所致。

要解決這個(gè)危險(xiǎn)的電位差，最好的方法是采用等電位聯(lián)結(jié)。在圖3中將MEB端子板與設(shè)備B的金屬外殼做可靠連接(虛線(xiàn)處)。在無(wú)等電位聯(lián)結(jié)時(shí)，故障電壓一直存在、電位差無(wú)法消除，導(dǎo)致人身中電或經(jīng)過(guò)時(shí)間的累計(jì)通過(guò)對(duì)地電火花或電弧引起火災(zāi)。在做等電位聯(lián)結(jié)后，設(shè)備B與設(shè)備A相似，其故障電壓接近為零，大地、MEB端子板、設(shè)備B的金屬外殼形成一個(gè)等勢(shì)體，這些部位的電位相同就不會(huì)出現(xiàn)故障電壓隨PE線(xiàn)傳導(dǎo)至各處的危害，也不會(huì)引起火災(zāi)、爆炸、電擊等危險(xiǎn)事故了。

圖3 等電位聯(lián)結(jié)示意圖

假如設(shè)備B等電位端子板MEB較遠(yuǎn)(在大型公共建筑、高層和超高層建筑常會(huì)遇到這類(lèi)問(wèn)題)時(shí)，由于接地線(xiàn)回路阻抗無(wú)法忽略，同樣會(huì)使設(shè)備B的金屬外殼對(duì)建筑物產(chǎn)生電位差，進(jìn)而影響安全，此時(shí)可以采用設(shè)置局部等電位(LEB)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)降低電位差來(lái)保護(hù)建筑、人員的安全，見(jiàn)圖4。

圖4 局部等電位聯(lián)結(jié)示意圖

為使設(shè)備B處的電壓Ub降到一般場(chǎng)所的安全電壓50 V以下，依據(jù)《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》中的要求:

只要使設(shè)備B端至LEB端子間的阻抗小于2.94 Ω，即可滿(mǎn)足要求，從而避免事故的發(fā)生。

從示例二和示例三中可以看出等電位聯(lián)結(jié)能夠很好的降低接觸電壓，在建筑物內(nèi)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)，并依據(jù)實(shí)際情況靈活應(yīng)用局部等電位聯(lián)結(jié)可以很好的保證人身安全，降低電氣火災(zāi)發(fā)生的危險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)然對(duì)接地故障的保護(hù)還有其他措施，如增大電纜導(dǎo)線(xiàn)的截面積、選用帶有接地故障保護(hù)功能的斷路器和使用電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器等等，在本文中所述的兩種保護(hù)措施并不是最優(yōu)方案，只是這兩種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)便于使用——設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)能夠降低接觸電壓，而安裝剩余電流保護(hù)器能夠在閥值到來(lái)前切斷電源阻止剩余電流帶來(lái)的危害。而在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)將各種方法靈活應(yīng)用、配合使用，才能更好的防止接地故障帶來(lái)的危害。

［1］GB 50054-2011，低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JGJ-16，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電手冊(cè)［M］.第3版.北京:中國(guó)電力出版社，2005.