趙柯宇++張勁松

摘 要：介紹接地與等電位聯(lián)結(jié)的基本概念及等電位聯(lián)接在低壓系統(tǒng)用電安全中的作用；給出在不同接地系統(tǒng)形式下，間接接觸電壓的計(jì)算方法，并根據(jù)間接接觸電壓的限值要求，推導(dǎo)出等電位聯(lián)結(jié)線的阻抗限值的一次表達(dá)式，進(jìn)而計(jì)算給出現(xiàn)代典型工業(yè)建筑中等電位連接線截面、長(zhǎng)度選取的方法及原則。

關(guān)鍵詞：等電位聯(lián)結(jié) 工頻接地電阻 間接接觸電壓

中圖分類號(hào)：TU856 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）10（b）-0035-04

Discussion About Equipotential Bonding in Industrial Buildings

Zhao Keyu1 Zhang Jinsong2

（1.United Design Group Wuhan branch； 2.China Light Industry Wuhan Design Engineering Co.Ltd，Wuhan Hubei，430000， China）

Abstract：Introduce the basic conception of earthing、equipotential bonding and the function of equipotential bonding in security of low voltage system；Give the indirect touch voltage calculating method in different grounding earth system.Give the method、principle of selecting cables cross-sectional area and length.

Key Words：Equipotential bonding； Power frequency grounding resistance； Indirect touch voltage

在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，等電位聯(lián)結(jié)是降低接觸電壓，防止間接接觸電擊的有效措施。但在現(xiàn)有的規(guī)范和手冊(cè)中僅對(duì)等電位聯(lián)結(jié)的最大及最小截面做了相應(yīng)規(guī)定，而對(duì)截面大小的選擇及相應(yīng)截面的最大允許長(zhǎng)度未給出相應(yīng)的計(jì)算方法和選用原則，該文就此方面做出相應(yīng)的探討，并給出典型工業(yè)廠房使用條件下等電位聯(lián)結(jié)線的選用原則。

1 接地與等電位聯(lián)結(jié)

接地（Earthing）是指將電力系統(tǒng)或電氣裝置的某些導(dǎo)電部分，經(jīng)接地線連接至“地”?！暗亍笔侵改芄┙o或接受大量電荷可用來(lái)作為良好的參考電位的物體，一般指大地，工程上取為零電位。接地根據(jù)作用的不同可以分為功能性接地、保護(hù)性接地和電磁兼容性接地三大類[1]。

等電位聯(lián)結(jié)（Bonding）是將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分、裝置外導(dǎo)電部分等用金屬導(dǎo)體適當(dāng)?shù)芈?lián)結(jié)起來(lái)，使電氣設(shè)備有故障電流流過(guò)時(shí)，人所能接觸到的兩個(gè)導(dǎo)體間的電位基本相等。等電位聯(lián)結(jié)與接地的含義是不同的，接地能夠切斷故障回路，防止電氣火災(zāi)，也能起到電氣安全防護(hù)的作用；等電位聯(lián)結(jié)能夠減小接觸電壓，防止間接接觸電擊。因此，IEC TC64前主席D.W.M Latimer先生針對(duì)這種情況曾明確著文說(shuō)明“Earthing is not bonding and binding is not earthing”[2]。

2 等電位聯(lián)結(jié)的作用與措施

等電位聯(lián)結(jié)可以降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬物體間的電位差，避免自建筑物外經(jīng)電氣線路和金屬管道引入的故障電壓的危害；減少保護(hù)電器動(dòng)作不可靠帶來(lái)的危險(xiǎn)?？偟入娢宦?lián)結(jié)在降低接觸電壓方面比接地更有效[3]，可消除沿線路傳導(dǎo)的故障電壓，局部等電位聯(lián)結(jié)可以有效降低故障時(shí)的接觸電壓[4]。在電氣工程中，常見的聯(lián)結(jié)措施有3種，即總等電位聯(lián)結(jié)（MEB）、輔助等電位聯(lián)結(jié)（SEB）和局部等電位聯(lián)結(jié)（LEB）。這3種等電位聯(lián)結(jié)在原理上都是相同的，不同之處僅在于作用范圍和工程做法，這些在以往的手冊(cè)和相關(guān)文獻(xiàn)中均有說(shuō)明，此處不再贅述[5]。

3 工業(yè)廠房?jī)?nèi)不同接地形式低壓配電系統(tǒng)等電位聯(lián)結(jié)線截面的選擇

3.1 工業(yè)廠房低壓配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

現(xiàn)代工業(yè)通常占地面積較大，廠房?jī)?nèi)變壓器眾多，接地形式多樣，TN、TT、IT系統(tǒng)在工業(yè)廠房?jī)?nèi)均有可能應(yīng)用。廠房?jī)?nèi)基礎(chǔ)的地梁鋼筋全部相互連通，以整個(gè)廠房的基礎(chǔ)作為接地極，接地電阻通常較小，接地電阻較容易達(dá)到4 Ω甚或1 Ω的水平。廠房?jī)?nèi)變壓器低壓側(cè)接地電阻與局部等電位聯(lián)結(jié)板的接地電阻阻值相近，計(jì)算時(shí)可以近似認(rèn)為相等。廠房?jī)?nèi)用電設(shè)備通常由變壓器出線低壓開關(guān)柜直接配至終端用電設(shè)備，且供電線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，終端用電設(shè)備距離變壓器出線低壓開關(guān)柜較遠(yuǎn)，僅采用接至低壓柜PE母排的PE線不能滿足末端用電設(shè)備在系統(tǒng)單相接地故障時(shí)其間接接觸電壓小于50 V的要求，需采用直接接至末端用電設(shè)備的局部等電位聯(lián)結(jié)[6]。

3.2 在TN系統(tǒng)中等電位聯(lián)結(jié)線截面的選擇

3.3 TT系統(tǒng)中等電位聯(lián)接線截面的選擇

圖2所示為TT系統(tǒng)，TT系統(tǒng)在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中常用于給距離廠房?jī)?nèi)變電所較遠(yuǎn)的室外電氣設(shè)備供電，其設(shè)備端接地電阻通常較大，可達(dá)到數(shù)百歐。在無(wú)等電位聯(lián)結(jié)時(shí)，用電設(shè)備發(fā)生接地故障，這時(shí)，接地故障電流通過(guò)接地聯(lián)結(jié)線阻抗、設(shè)備端接地電阻、人體阻抗、地板和鞋襪電阻、變電所接地電阻返回變壓器低壓繞組。人體阻抗、地板和鞋襪電阻串聯(lián)后與接地聯(lián)結(jié)線阻抗、設(shè)備端接地電阻并聯(lián)。遠(yuǎn)大于，對(duì)的分流可以忽略不計(jì)。設(shè)相線阻抗為，則人體的預(yù)期接

對(duì)于TT系統(tǒng)由于接地聯(lián)結(jié)線阻抗（為mΩ級(jí)）遠(yuǎn)小于設(shè)備端接地電阻（為Ω級(jí)），故，從式（10）、（11）可知，TT系統(tǒng)中采用小截面長(zhǎng)距離電纜供電，且變電所接地電阻較大時(shí)的值最小，設(shè)采用截面為（5×2.5） mm2銅芯、長(zhǎng)度為250 m，電纜供電的用電設(shè)備，變電所接地電阻 Ω，設(shè)備端接地電阻 Ω，接地聯(lián)結(jié)線選用6 mm2銅芯、長(zhǎng)度為10米電纜，可求得 V，遠(yuǎn)大于50 V；當(dāng)采用等電位聯(lián)結(jié)后，可求得 V，遠(yuǎn)小于50 V，滿足規(guī)范要求。由于設(shè)備端接地電阻較大，TT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障電流通常僅為幾安培，甚至小于1 A，采用6 mm2銅芯導(dǎo)體作為接地聯(lián)結(jié)線足夠滿足故障時(shí)的載流量要求。

3.4 IT系統(tǒng)中等電位聯(lián)接線截面的選擇

圖3所示為IT系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生第一次接地故障時(shí)，故障電流為無(wú)故障相線對(duì)地電容電流，電流較小，不切斷電路，接觸電壓也較小，一般小于50 V。如果不排除第一次接地故障，發(fā)展成二次異相接地，對(duì)于380 V或660 V（690 V）的IT系統(tǒng)，當(dāng)外露可導(dǎo)電部分為共同接地時(shí)，故障回路的切斷應(yīng)符合TN系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源的要求；當(dāng)外露可導(dǎo)電部分為單獨(dú)或成組接地時(shí)，故障回路的切斷應(yīng)符合TT系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源的要求。此時(shí)的接觸電壓的分析與等電位聯(lián)結(jié)線截面的選用亦分別與TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)相同。

4 結(jié)論

對(duì)于工業(yè)廠房中各種接地形式的低壓配電系統(tǒng)，其等電位聯(lián)結(jié)線采用規(guī)范規(guī)定的最小截面6 mm2銅芯導(dǎo)體即可滿足單相接地故障時(shí)間接接觸電壓小于等于50 V的要求；但各系統(tǒng)與末端用電設(shè)備相聯(lián)的等電位聯(lián)結(jié)線截面的選取受制于系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障且保護(hù)電器未能斷開低壓供電回路時(shí)流過(guò)等電位聯(lián)結(jié)線上的電流。與廠房?jī)?nèi)的金屬平臺(tái)、金屬構(gòu)架、金屬管道及非用電設(shè)備的金屬外殼相聯(lián)的等電位聯(lián)結(jié)線，因其上無(wú)電流流過(guò)，故選用6 mm2銅芯導(dǎo)體即可滿足要求。

不同低壓接地系統(tǒng)與末端用電設(shè)備相聯(lián)的等電位聯(lián)結(jié)線截面選取原則如下。

（1）對(duì)TN系統(tǒng)：若變壓器接地阻抗 Ω，其等電位聯(lián)結(jié)線應(yīng)根據(jù)表2所列的載流量選取相應(yīng)的電纜截面；若變壓器接地阻抗 Ω及以上時(shí)，根據(jù)表2，因流過(guò)等電位聯(lián)結(jié)線上的電流較小，選擇6 mm2的銅導(dǎo)體已可以滿足各種不同敷設(shè)條件下對(duì)其載流量的要求。

（2）對(duì)于TT系統(tǒng)：若用于對(duì)室外用電設(shè)備供電，且設(shè)備端接地電阻較大的情況下，接地聯(lián)結(jié)線選用6 mm2銅芯導(dǎo)體即可滿足要求；若TT系統(tǒng)用于室內(nèi)或用于對(duì)遠(yuǎn)端其他廠房?jī)?nèi)設(shè)備供電，設(shè)備端接地電阻較小的情況下，其接地聯(lián)結(jié)線的截面，應(yīng)根據(jù)單相接地短路電流實(shí)際大小選取。

（3）對(duì)于IT系統(tǒng)：發(fā)生一次接地故障時(shí)，接觸電壓一般小于50V；發(fā)展成二次異相接地時(shí)，則應(yīng)切斷相關(guān)供電回路。故其等電位聯(lián)結(jié)線選用6 mm2銅芯導(dǎo)體即可滿足要求。

參考文獻(xiàn)

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