黃保哲
(中國電子科技集團公司第四十一研究所,山東 青島 266555)
接地系統(tǒng)是通信電源系統(tǒng)的重要組成部分,它不僅直接影響通信的質(zhì)量和電力系統(tǒng)的正常運行,而且還起到保護人身安全和設(shè)備安全的作用,從功能上可分為工作接地和保護接地[1]。為減少電蝕作用導(dǎo)致的線圈導(dǎo)線腐蝕,通信電源系統(tǒng)中采用正極接地的方式,正常情況下工作地排和保護地排都處于零電位,沒有電壓差。某電信局在接線施工過程中反饋保護地“帶電”,測量保護地排與工作地排之間有+52 V 的電壓差,本文針對該問題展開論述,分析問題的原因及可能存在的安全隱患,對施工的規(guī)范性提出建議。
精密直流電源分配柜正常使用接線如圖1 所示,蓄電池或上級配電屏的正、負(fù)極電源分別接入電源分配柜的工作地排和接入導(dǎo)體,接入導(dǎo)體下為輸入熔斷器,輸入熔斷器與分路熔斷器用銅母排連接,監(jiān)控主機、監(jiān)控從機等分別與工作地排、接入導(dǎo)體和分路熔斷器下端連接,以實現(xiàn)輸入、輸出回路的電流、電壓、開關(guān)等智能檢測和監(jiān)控,每路分路熔斷器下端接負(fù)載負(fù)極,負(fù)載正極接至工作地排,形成供電回路給負(fù)載供電。在此狀態(tài)下,工作地排與保護地排遠(yuǎn)端接大地,均處于零電位,不會有電壓差。
該電信局施工過程中,A 處自蓄電池或上級配電屏的正極電源未連接工作地排,自蓄電池或上級配電屏的負(fù)極電源正常接入接入導(dǎo)體,但B 處輸入熔斷器未安裝,保護地正常接地,負(fù)載正負(fù)極均正常接入工作地排和分路熔斷器下端,此時測量保護地排與工作地排之間有+52 V 的電壓差,施工人員反饋保護地“帶電”。
測量保護地排與工作地排之間有+52 V的電壓差,而保護地排處于接地狀態(tài),為零電位,這說明施工人員反饋的保護地“帶電”并非是保護地帶電,而是工作地排處于-52 V 電位,如下分析均圍繞工作地排電位為何為-52 V 來展開。
從電壓數(shù)值可以推測,工作地排上的-52 V 電位的來源應(yīng)該是蓄電池的負(fù)極,從圖1 可以看出,由于B 處的輸入熔斷器未安裝,負(fù)極電源從接入導(dǎo)體到工作地排的唯一路徑是監(jiān)控主機、開關(guān)電源、監(jiān)控從機等二次回路設(shè)備,監(jiān)控主機電壓檢測正負(fù)極、開關(guān)電源電源輸入正負(fù)極等分別從工作地排和接入導(dǎo)體接入,此處監(jiān)控主機和開關(guān)電源等監(jiān)控單元可簡化為具有一定阻抗的電阻,保護地“帶電”狀態(tài)簡化如圖2 所示,電路模型如圖3 所示。
精密直流電源分配列柜中各帶電回路與地之間的絕緣電阻為2~10 MΩ[2-3],即R斷≈2~10 MΩ,從圖2、圖3 可以看出,此時工作地排與保護地排之間的電壓為U,本案例中監(jiān)控單元為廣東雅達YD-DEMS-VD2系列監(jiān)控單元,R監(jiān)控單元約為2.5 kΩ,遠(yuǎn)小于R斷,由歐姆定律可知U≈-52 V,即工作地排為-52 V 電位。
由分析可知,保護地“帶電”的原因是工作地排處于-52 V 電位,此時若雙手同時觸摸工作地與保護地或機架,相當(dāng)于圖3 中R斷等于人體電阻R人,此處人體電阻R人取1 000 Ω,由歐姆定律可知,通過人體的電流I=U/(R監(jiān)控單元+R人)≈52/(2 500 Ω+1 000 Ω)≈14.9 mA,此時人兩手之間的電壓U人≈1 000 Ω×14.9 mA ≈14.9 V,小于通常人們認(rèn)定的36 V接觸安全電壓。
圖1 精密直流電源分配柜正常使用接線示意圖
觸電導(dǎo)致人體傷害的主要原因是電流,對于50 Hz 工頻交流電,可以被人體感知的最小電流大約為0.5 mA,人體觸電后可以自主擺脫電源的最大交流電流大為10~16 mA。直流電流與交流電流相比,要使人體產(chǎn)生相同的反應(yīng),直流電流必須比交流電流(50 Hz)大2~4 倍[4],此處人體通過直流電流14.9 mA 相當(dāng)于通過50 Hz 工頻交流電流3.7~7.5 mA,觸電后可以自主擺脫電源,但長時間通電會使手指手腕等處產(chǎn)生痛感,若手指皮膚相對潮濕或皮膚有損傷,人體電阻相對變小[4],長時間通電則可能會導(dǎo)致痙攣。
圖2 保護地“帶電”狀態(tài)簡化示意圖
圖3 保護地“帶電”狀態(tài)電路模型
由分析可知,盡管人兩手分別同時觸摸-52 V和0 V,但由于監(jiān)控單元的分壓作用,人兩手之間的實際電壓約為14.9 V,屬于接觸安全電壓范圍之內(nèi),短時間觸摸不會對人體造成明顯的人身傷害。
本案例中,施工人員反饋的保護地“帶電”狀態(tài)并非是電源分配柜存在故障,而是施工不規(guī)范導(dǎo)致的,將圖1 中A 處工作地排接線正常接入后,工作地排電位變?yōu)? V,與保護地之間的電壓差消失,設(shè)備正常使用。-48 V 直流電源系統(tǒng)電壓等級較低,但若不規(guī)范操作仍然存在安全隱患,結(jié)合本次案例,對直流電源分配柜接線施工操作的規(guī)范性提出如下建議。
(1)電源分配柜接線時應(yīng)先接處于零電位的工作地和保護地。
(2)-48 V 接入時應(yīng)盡量避免帶電操作,即-48 V接入分配柜時應(yīng)斷開上級配電屏相應(yīng)熔斷器,同時斷開本列柜輸入熔斷器。
(3)負(fù)載-48 V 接線時應(yīng)斷開相應(yīng)分路熔斷器。
(4)接線完成并測試無問題后自上而下逐級插入熔斷器。
由于各廠家電源分配柜接線方式、監(jiān)控儀表型號等不同,本文中計算數(shù)據(jù)僅供參考,但分析思路是相通的。此外,接線施工時應(yīng)盡量避免不規(guī)范操作,以減少不必要的安全隱患。