住宅电气保护接地有关问题的现认识与探讨

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住宅电气保护接地有关问题的现认识与探讨

随着强制性规范《住宅电气设计规范》GB50096—1999于1999年6月 1日的开始实施，原先合乎规范要求的TN—C系统已不再使用于住宅低压配电系统了。现代住宅电气的设计和安装有了明确的依据。新规范是“以人为本”，在保证“适用、安全、卫生、美观”的前提下，对住宅安全方面提出了相当严格的要求。新的《住宅设计规范》与旧规范GBJ96—86相比较，在安全方面的要求更为严格，主要有下列4点： （1）每栋住宅总电源进线断路器应具有漏电保护功能。 （2）除空调电源插座外，其他电源插座电路应设有漏电保护功能。 （3）住宅配电系统的设计应采用TT、TN—C-S或TN-S接地方式，并进行等电位联接。 （4）卫生间等潮湿场所宜采用局部等电位联结。 按以上要求，对居民住宅安装的电气设备，可使住户的居住更为安全。 下面介绍不宜采用TN—C系统的原因，以及新规范中的三种低压配电系统的接地方式和故障防范。 1不宜采用 TN—C系统的原因 用电设备的接地，一般分为保护性接地和功能性接地。保护性接地又分为接地和接本两种形式。所谓“接地”是指用电设备外露可导电部分对地直接的电气连接。而接零则是指外露可导电部分通过保护线（PE）或PEN线与供电系统的接地点进行直接电气连接（交流系统中，接地点即为中性点）。 TN-C系统被称为三相四线系统，整个系统的中性（N）与保护线（PE）是合一的，称PEN线。由于TN—C系统中采用的是保护接零，即用电设备的外露可导电部分与PEN有良好的导线连接。当用电设备发生接地故障时，由于PEN线阻抗小，较大的短路电流使保护装置迅速动作，反应灵敏度高。但由于TN－C系统需要依靠PEN线中的不平衡电流来维持三相电压的平衡，所以TN—C系统一般使用于三相负荷较平衡的场合。目前，住宅用户大部分是单相用户，难以实现三相负荷的平衡，PEN中将有较大的、不稳定的不平衡电流流过，而且大量家电设备使用中产生的高次谐波也叠加在中性线N上，使中性线接地电位偏移。一旦PEN发生断路故障或PEN线接触电阻增大时，中性点电位将严重地偏移，使家电设备外露可导电部分的金属外壳带电，造成电击事故的发生。而且接地故障最易引发电气火灾。所以新规范中已明确规定住宅供电已不再使用TN—C系统了。 2《住宅但计规范》已明确规定．住宅供电系统应来用TT、TN一s、或TN-C-S方式。 需要说明的几点：1、以前的《建筑电气设计技术规范》，曾把接零看成是接地的方式之一，而采用统一的术语“接地”，这样容易引起概念混淆，特别是随着低压网系统接地形式多样化，更有必要把接地与接零两者的区别加以明确，以使减少实际工作中出现的问题。2、原规程只是笼统提出零线在规定的地方应重复接地；而工作零线（中性线即N线）一般是不应重复接地的。再装有漏电流保护装置后的PEN线更是不容许重复接地。因为一旦重复接地．将会造成漏电保护装置发生误动作或拒绝动作。 在《民用建筑电气设计规范》14.2.1条中，对低压电气系统的接地形式已有了明确的定义。 2.1 TN 系统。电力系统有一点直接接地，按照中性线与保护线组合情况又可分为三种形式： （l）TN—S系统，也称三相五线制系统。该系统是三相四线加PE线的接地系统。整个系统的中性线（N）与保护线（PE）是分开的用电设备外露可导电部分接在PE线上。一般当住宅楼内有独立变压器时便采用TN-S系统。由于TN-S系统中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外，两线从变压器低压母线处便分开了，所以与TT系统一样，不管中性点N是否带电，PE线均不带电,与PE线连接的设备外壳同样均不会带电。而且在TN—S系统中，发生电气故障时，通过PE线接地电流较大，一般熔断器、断路器都能动作切断电源（灵敏度高）。因此TN- s接地系统明显提高了使用安全性。在用户配电箱内，PE线与接地线排的总接地端子板连接。 （2）TN—C—S系统。该系统有一点直接接地，用电设备的外露可导电部分通过保护线与接地点连接，系统中前一部分线路的中性线N与保护线是合一的，第二部分是TN-S系统，即N与PE线是分开的。采用TN—C-S系统时，当中性线与保护线分开后（通常在住宅进户处）就不能再合并（中性线的绝缘水平应与相线相同）。因此在住宅中采用TN-C-S系统，实际上就成了TN-S系统。也即PEN线在进人用户配电箱后，配电箱内分开设置了N端子板和PE端子板，N与PE线进人住宅便互相分开不再有任何电气连接了。 （3）TN—C系统。整个系统的中性线与保护线是合一的。 2.2 TT系统亦为三相四线系统。系统有一点直接接地，系统无PE线。用电设备的外露可导电部分（PE）线接至与电力系统接地点无直接关联的接地极上。TT系统的特点是中性点N与保护接地线无一点电气连接，即N与PE线是分开的，适用于公共电网供电的住宅，一般每栋住宅楼各有单独的接地极和PE线。所以不管三相负荷是否平衡，中性线是否带电，PE线均不会带电，用电设备外露导电部分亦不会带电，保证了使用安全。当用电设备发生单相接地故障时，由于TT系统单相短路保护的灵敏度比TN系统低（TT系统以大地为故障电流通路，与电源和PE线的接地电阻有关故障电流小），熔断器和短路器往往不能立即动作，造成设备外壳带电。所以必须采用漏电保护来切断电源，才能提高TT系统触电保护的灵敏度，使TT系统更为安全可靠。 需要附带说明的是，TT系统和TN系统不存在谁优谁劣。由于TN系统适合于三相平衡的场所，而住宅及智能大厦因单相负荷较大，难以实行三相负荷的平衡。因此，TT系统目前已在住宅（特别在别墅）中被大量采用。另外，计算机网络通信及数字通讯要求的电压质量（电压偏移、电压彼动、电压频率、谐波、三相平衡等）较高，TN—C系统因有谐波叠加，中性线上接地电位不稳定的漂移，而对人身不安全及无法取得合格的基准电位，使精密电子设备不能准确运行，所以绝不能作为计算机系统的供电方式。TN－C—S、TN-S接地系统均具备安全性和可靠性的基准电压，所以可作为计算机系统的接地系统。TT系统不管三相负荷是否平衡，PE线不会带电，所以正常运行时，TT系统类似于TN-S系统，具有较好的安全性和取得合格的基准接地电位。随着大容量的漏电保护器的应用，该系统越来越在计算机网络系统供电中得到使用，但目前因公共电网电源质量不高，采用的较少。 3 接地故障的防范 接地故障不同于一般的电气短路故障。而是带电导体通过金属材料与大地发生的短路故障。由于接地故障比较隐蔽，经常是多次火灾的起因，而且往往还伴随着接地故障而发生电击人身伤害事故。因此，为了住宅居住人员的安全，有必要加强对接地故障的防范。 3.1 不能随意更改按地系统。若原先采用的是TN- C—S系统（100KVA以上变压器，中性点接地电阻为4欧，PE线接地电阻为10欧）改变为TT系统。当发生用电设备金属外壳单相接地短路时，由于PE线未按TT系统的接地电阻要求接地，必然使设备金属外壳带上较高的电压（理论计算达157V），从而发生间接电击事故。3.2严禁PE线与N线连接。若PE线与N线连接便成了TN—C系统，其不良后果前面已讨论过了。 3.3每套住宅总电源进线断路器应具有漏电保护功能。除空调电源外，其他电源插座应设置漏电保护装置。通过两极保护分别起到防电气火灾和防电击的作用。住宅内家用电器通常由插座供电，电源插座上应安装额定电流不大于30MA的快速漏电保护器，以防止电击造成的人身伤害事故。而当发生电弧性接地故障时，由于电弧有很大阻抗，限制了接地故障电流，使断路器、熔断器不能及时切断电源，造成火灾。所以要在住宅的电源进线处安装额定动作电流为300MA的漏电保护器，井带有0.15S的延时，可以避免电气火灾的发生（低于500MA的电弧能量尚不足以引燃起火）。 3.4作等电位和局部等电位连接。等电位联结是防止触电危险的一项重要安全措施，它可大幅度地降低在接地放情况下人所遭受的接触电压。由分析结果可知，它比重复接地降低接触电压幅度的效果要好很多。这样，即使在接地故障保护失灵的情况下，也能达到在较大限度范围内消除触电伤亡事故。 （1）总等电位联结（NEB）。作用在于降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除来自建筑物外经电气线路和各种金属管道引人的危险电压故障的危害。通过配线箱近旁的总等电位联结端子板（接地母排），将卞列导电部分互相连通：进线配线箱的PE母排；公用设施的金属管道（如L、下水、热力、煤气等管道）；建筑物金属结构钢筋；人工接地的接地极引线等。建筑物每一电源进线都应做总电位联结，每个总等电位联结板的端子应互相连通。 在做总等电位连接后，TN系统中的重复接地的接地极，已处在总等电位联结区之外，规定接地电阻值已无意义了。因为住宅用户全在总等电位联接区内，人身所能遇到因接地故障引起的接触电击电压由PE线的电压降决定，已和有无重复接地无关。建筑物的钢筋和各种公用设施的金属管道本身就是极良好的接地体（接地电阻不到1欧），已经起到了比重复接地更好的作用。通过分析，做等电位连接后，PE线上的电压降，仅为重复接地的1／3~l／4。 （2）局部等电位联接。卫生间因其特别潮湿的原因成为电击最大的场所。卫生间做局部等电位连接的目的，是在局部范围内将人体可同时触及的有可能同时出现危险电压差的不同导电部分再作一次联接，可使故障电流引起的电压降更小，接触电压低于接触的限压值。卫生间的局部等电位联接，将下列导电部分互相连通：PE母线或PE干线；公用设施的金属管道；建筑物的钢筋网和金属结构等部分。 电击人身伤害事件的发生，是由于出现了危险的间接接触电压。建筑物接地目的就是为了减少接触电压，而现代住宅建筑施工中，须按规范要求进行等电位联结，这样便获得了相当低的接触电阻，极大地降低了接触电压。进行等电位联结后，还消除了建筑物外沿PE线窜入的危险故障电压，消除电磁场干扰，减少保护器动作不可靠所带来的危害以及防雷电等。另外，通常情况下，卫生间是电击危险最大的地方，因采用了局部等电位后，将身体有可能接触到的任何导电部分作了等电位连接，使故障电流引起的电压降更小。而且在《民用建筑电气设计规范》中明确规定：卫生间内应改防溅插座；在淋浴区域内（淋浴区及深盆的沿0.6米内）严禁设置插座；换气扇接线盒应距地2.25米以上等措施，使住宅用户使用更为安全。新的《住宅设计规范》贯彻“以人为本’的思想，在总则中增加了“住宅设计应以人为核心”这一条，更充分考虑了住宅的安全性。