建築電氣工程設計中等電位聯結系統的作用

2020-11-30 電氣設計狄老師
樹上鳥教育電氣設計

「等電位聯結」「總等電位聯結」「功能接地」「保護接地」「重複接地」等等名詞定義廣大電氣專業設計人員都很清楚,在這裡就不再多講。建築電氣工程設計中這些「聯結」系統的作用就是均衡電位,保護人身財產安全和配電系統的正常運行。但是如何才能做好設計,真正起到作用還真是有必要認真討論、深入研究。

TN接地系統

用電設備存在危險電位的情況

圖1 TN系統低壓用電設備一處接地故障電壓傳導示意圖

圖2 高壓側接地故障電壓傳導到低壓側示意圖

如圖1、圖2所示,用電設備的金屬外殼是通過PE(或PEN)導體連接在一起的,當某一臺低壓用電設備或配電設備發生外殼與相線接觸的接地故障,就會造成PE導體帶電位(此接觸若不是金屬性的連接將會形成間斷性的接地故障電壓),若電位超過50 V將會對人員造成危害,在變電所若與高壓配電設備共用接地裝置則高壓系統的單相接地故障電壓會通過PE導體傳導到低壓用電設備金屬外殼上,這時若不進行設備外殼就地接地形成等電位聯結可能會產生設備外殼對地的危險電位,因此需要做等電位聯結。在國家建築標準設計圖集15D502《等電位聯結安裝》中提出了在相關就地配電箱處進行PE導體的重複接地的要求,通過PE導體重複與配電箱附近的預留鋼板與建築鋼筋或預埋專用等電位用鋼筋形成等電位聯結鋼筋網,以期減少用電設備外殼與地之間的電位差來保證人員的安全。

PE導體

重複接地的作用及重要性

目前採用TN - S接地型式的設計中很少再提出PE導體進行重複接地的要求和施工做法了,只提出總等電位聯結即可,而PE導體是可以隨時接地的,在接地處與就近的鋼筋或專設等電位聯結金屬網格連接就可達到與「地」同電位,這就是重複接地,其作用就是使PE導體保持地電位。如圖3所示。

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圖3 TN接地系統重複接地限制故障電壓和等電位聯結示意圖

為了保證發生用電設備「碰殼」的單相接地故障時的迴路阻抗相對小、增大故障電流,使保護電器可靠動作,通常採用PE導體隨相導體與中性導體靠近的方法敷設。一般是同一根電纜,三相迴路是5芯電纜,單相迴路是3芯電纜。PE導體是電纜中的一根芯,其對相導體、中性導體是絕緣的只在變電所內可靠接地,接至配電箱處只是和其外殼聯結,而沒有與配電箱處就地接地,這可能形成外殼與「地」不是等電位,如果電位差超過50 V有可能造成人身安全的危險。筆者認為做好等電位聯結是非常必要的。

輔助等電位聯結

與局部等電位聯結的關係

由於IEC標準在近期的修改文件中取消了「局部等電位聯結」的名詞,保留了「輔助等電位聯結」,是否就是認為「局部等電位聯結」的型式不能設計和應用了?實際上輔助等電位聯結與局部等電位聯結均為故障防護的附加防護措施,作為故障防護的附加防護措施,局部等電位聯結和輔助等電位聯結應該都是有效的,其有效性可通過相關公式驗證,兩者在工程中使用都沒有問題。局部等電位聯結存在的前提是,配電箱引出的多個迴路有不同的切斷電源時間,例如,對TN系統的手持式或可攜式設備是0. 4 s,固定設備來說是5 s。在發生接地故障時,為了使預期接觸電壓不大於50 V,就要求該配電箱的PE線到MET之間的電壓不大於50 V或該PE線所連接的配電及用電設備外殼對所在區域的「地」之間的電位不大於50 V,於是對保護導體的阻抗提出限值的要求(限制保護導體阻抗的方法相對複雜和難以控制,工程實踐困難);或者設置局部等電位聯結,將局部區域內的限制電壓降低到不大於50 V(比較容易實現)。然而,情況發生了變化,IEC標準對32 A及以下的終端迴路不分固定式和手持式、可攜式,都按0. 4 s的故障切斷時間考慮;對於大於32 A的終端迴路,只要採用斷路器作為保護電器,保護電器固有的動作切斷時間也能得到保證。於是,局部等電位聯結顯得不是太有必要。在這個基礎上,IEC進行了術語重建,以自動切斷電源的防護和附加防護建立了兩個層次,輔助等電位聯結和局部等電位聯結實現了融合。輔助等電位聯結涵蓋電氣裝置的全部或一部分,或涵蓋一臺電氣設備或一個場所,是一個廣義的範疇,實際上包括了局部區域等電位聯結的應用(即電氣裝置的一部分)。對於配電箱供電的迴路中不能滿足切斷時間要求的情況,採用局部區域的輔助等電位聯結是有效的措施;對於特殊場所的特殊要求(即一個場所),採取特殊場所的輔助等電位聯結有更好的安全性。

例如,我國浴室的局部等電位聯結和IEC的輔助等電位聯結做法完全一致,但是IEC卻取消了局部等電位聯結的術語,其具體原因是什麼還需進一步確認。

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