等电位联结浅释.doc

等电位联结浅释一、 总等电位联结比接地更有效地降低接触电压 过去的老概念是凡电气装置都要打人工接地极，将设备的金属外壳接地或重复接地，这样人身就安全了，现在这一概念是多少已经过时了。按等电位理论，接地不过是以地电位作参考电位的一种等电位联结，但在许多情况下它并非等电位联结的最好形式，也即它并不能最大限度地防范人身电击事故。 这可用图1来说明，在图1（a）中，电源处作有系统接地，其接地电阻为RB，但建筑物内电气设备未作保护接地，即未与地作等电位联结。如图所示，当设备绝缘损坏时，其外壳将对地带220V的UO相电压，此电压即人体的接触电压UC，人体触及该外壳时电击致死的危险很大。在图1（b）中设备外壳经保护线（PE线）接地，即与地作了等电位联结，其接地电阻为RA，如发生上述接地故障，将有一接地故障电流Id经RA、RB返回电源，设备外壳对地电压也即人体接触电压UC将自220V降为Id（RA+ZPE），Id还能使线路上的保护电器切断电源。对比图1（a），电击致死的危险大大减少。如果按图1（c）所示在建筑物中作总等电位联结，即在电源进线处将PE母排（它与建筑物内所有电气设备的金属外壳相连通）通过其旁的接地母排与建筑物内的各种金属管道、结构相联结（详见上述国标安装图册97SD567），使这些金属部分都处在相同或接近的电位水平上，如图1（c）中点划线所示，它被称为总等电位联结。这时如设备发生故障，因人体处于等电位面上，接触电压仅为UC=Id.ZPE，与图1（b）相比，接地电阻RA以若干欧计，而ZPE以若干毫欧计，显然UC大大小于 UC。这说明作总等电位联结的防电击效果远远优于通常的接地。 需要说明在作总等电位联结后图1（c）中的RA接地极除特殊情况外，实际上是不需要花费人力物力去做的。因为总等电位联结中所联结的地下钢筋和金属管道本身就是很好的自然接地极。由于其与地的接触面积大，接地电阻很小（一般约为1左右），又因混凝的包裹而不受土壤的腐蚀，寿命也极长，所以做总等电位联结后一般没有必要打人工接地极，同时也可省却对人工接地极的许多维护管理工作。 二、 总等电位联结可消除TN系统沿线路传导故障电压引起的电击事故 总等电位联结另一个重要作用是它可清除常用的TN系统内沿PEN线和PE线传导的故障电压引起的电气事故。图2所示为某TN-C-S系统，它所供电的电气设备有在建筑物内的，也有在建筑外的。如果电源线路的相线发生接大地故障，例如相线坠入水中或和与大地连接良好的金属构架相接触，则其接地故障电流Id将经故障点接地电阻RE和电源处系统接地的接地电阻RB返回电源。因受此两接地电阻的限制，Id值一般不过一、二十安。为避免大面积停电，发生这种故障时电源端是不跳闸的。如图所示这时电源中性点电位升高Uf=Id.RB，此Uf常超过接触电压限值50V，它沿PEN线和PE线在全TN系统内传导。图2中的户外设备外壳因接PE线而带Uf电压，而设备所在位置的地面电位则为零伏，当Uf大于50V时易引起电击事故。即使在设备处打接地极作重复接地也常无济于事，因接地极通过故障电流时总会产生电压降而带对地电位。现在不时发生大街上路灯、广告灯电击伤人事故，其起因常在于此。 但在同样的故障情况下，作有总等电位联结的建筑物内却不会发生这类伤人事故。这是因为建筑物内的PEN线、PE线、设备外壳和建筑物的地下钢筋、金属管道等都通过总等电位联结而处在同一电位上（此电位可高于地电位），建筑物内不会出现电位差，如图2所示，自然无由发生电击事故。总等电位联结能消除TN系统沿PEN线、PE线传导来的故障电压（也包括沿其他金属管道传导来的故障电压）引起的电击事故，所以它对TN系统电气装置尤为重要。 顺便说明，在一些旧建筑物内虽然未作人为的总等电位联结，但由于电线钢管、其他金属管道、结构等之间的自然接触导通，也具有一定的等电位联结作用，起到一定程度的防电击的效果。 还需说明，为避免上述TN系统户外设备的电击事故，这等设备不应再接TN系统的PE线，而应另打单独的接地极、另引PE线给户外设备接地，它被称作局部TT系统。这时必须为户外设备装用漏电保护器以便在设备本身发生接地故障时及时切断电源。 三、 局部等电位联结的应用 如上述，总等电位联结是在建筑物的电源进线处进行一次等电位联结，将整个建筑物形成一个电位相等或接近的准法拉第笼。当发生接地故障时，人体接触电压减少至建筑物内PE线上故障电流所引起的电压降，如果建筑物很大或很高，PE线很长，如图3所示，则PE线的阻抗随之增大，非但故障时接触电压大大超过接触电压限值50V，在TN系统内由于故障电流的减小，线路首端的过流保护电器（断路器、熔断器）的切断电源时间也将超过规定值（手提式和移动式设备为0.4S），人体电击危险很大。对TN系统而言，一个防范措施是在这些回路上装设漏电保护器以提高保护灵敏度，但这将增加线路投资和维护管理的工作量。更简单经济的有效措施是在该局部范围内再重复做一次等电位联结，即在该局部范围内（例如一个房间、一个楼层）的PE母排（或PE线）、金属的管道结构等通过等电位联结端子板再作一次联结，如图3所示。这时接触电压减少至只剩图中末端回路一段PE线上的电压降Id.ZPE，其值小于50V，这时即使过流保护电器的动作时间超过规定值也不会发生电击致死的危险。局部等电位联结非但为用电安全所必需，它对建筑物防雷和电子信息设备的防雷以及其干扰也是必不可少的，而它的实施不过是几根用于联结的导线的连接，花费不多，维护管理也很简单，安全效果却十分明显，因此发达国家对诸如商业、科研等高层建筑物的每一楼层都做一次局部等电位联结，收到了很好的效果。 局部等电位联结在一些电击危险特别大的场所也得到了广泛的应用。例如在浴室、游泳池等特别潮湿的场所内，人体皮肤完全湿透，人体阻抗大幅度下降，金属管道、结构等种种原因传导来的十几伏的不高的电压就可使人体通过大于心室纤维性颤动电 流阈值而电击致死。这种电气事故是不能靠装用漏电保护器、隔离变压器等保护电器来防范的，因为这种使人致死的电压是沿非电的金属管道传导的。唯一的防范措施是在此电击危险特别大的局部场所作局部等电位联结。这样做后，无论从哪一金属管道、结构或PE线导入了不正常电压，由于等电位联结的作用，该场所内所有导电部分的电位都同时升高到同一电位水平，不出现电位差，电击事故自然无由发生。电气人员必须理解这种场所的电气危险性和实施局部等电位联结的重要性，以有效维护人的生命安全。 四、 等电位联结设计安装中一些具体问题的探讨 （1）、现时有些管道系统以塑料管代替金属管，对这种管道作等电位联结时应如何处理。 作等电位联结的目的是防范人体同时触及带不同电位的可导电部分时可能发生的电击事故。塑料管不是可导电物质，它不传导电位，在作等电位联结时不需对它作联结，但对金属管道系统中的小段塑料管需作跨接。 （2）、金属管道的连接处裹有黄蘼或聚乙烯薄膜，要加跨接线否。 否。除自来水管的水表处需作跨接外，其他连接处不需跨接。因管道在作丝扣连接时，这些包裹材料的绝缘作用已被破坏，连接处仍然导电。但施工完毕后必须对管 道全长进行一次导通性的测试（详见后文），如发现某一连接处不导电或接触电阻过大，应在该处加作跨接线。 （3）、在一等电位联结系统内是否要对同一种管道重复作多次联结。 只要管道全长导电良好，对一种管道只需在干管上作一次联结，也可用一根联结线兼联相邻的不同管道。 （4）、如一建筑物有多回电源进线，是否每回进线都需作一次总等电位联结。 每回电源进线都需做各自的总等电位联结，所有总等电位联结系统之间必须就近互相联通，使全建筑物电气装置处于同一电位水平上。 (5)、能否环绕建筑物埋设一圈接地扁钢，将各种进入建筑物的金属管道与之连接以实现总等电位联结。 不能。因无法检视地下的连接状况，如果连接处受腐烂断亦无从发现。 (6）、能否用配电箱内的PE母排来代替箱外的接地母排和等电位联结端子板来连接联结线。 不能。因配电箱内还有带危险电压的相线，检测等电位联结和接地时易不慎触及危险电压引发电气事故。 （7）、总等电位的接地母排和局部等电位联结的等电位联结端子板之间要否连通。 否。因这两者间并非一配电系统内上级和下级配电箱之间的关系，等电位联结的作用只是使人体伸臂范围（2.5m）内所接触的电位相等或接近而已。 （）、当建筑物内出现故障电压时，总等电位联结将使整个建筑物电气装置对地电位升高，要否考虑建筑物出入口处的跨步电压。 否。对于1000以下的低压电气装置不需考虑工频跨步电压。 （）、浴室内本无线，其局部等电位联结是否需要与室外的线进行联结。 否。浴室内最忌出现不同电位，因不大的电位差就可能引起电击事故，而线可能因别处的故障而带电位，自浴室外引进无关的 线对防电击并无必要，反而引狼入室，增加一个引入不同电位的渠道。 （）、中性线、线、线、联结线性能上的区别何在。 中性线（Neutral Conductor）是回路的带电导体，它正常时通过单相电流、三相不平衡电流和某些谐波电流，这些电流引起的电压降使它正常对地可带几伏电压。 PE线（Protective Conductor）通常指一回路中用于设备接地的导线，但它不是回路的带电导体，除微量的泄漏电流外（三相回路中为三相泄漏电流的失量和）它正常不传送电流，只在设备发生接地故障时传送故障电流并带故障电压。 PEN线指兼有PE线和中性线作用的回路导线。 联结线（Bonding Conductor）不在回路内，不是回路导体，它基本上不传送电流（包括故障电流），只传导电位，使建筑物内可导电部分电位相等或接近。它不似PE线那样紧靠相线敷设，故障电流通过它返回电源的回路电抗远大于PE线，所以它虽然在电路上与PE线是并联的，但故障电流在其上的分流极小，因此它的截面比PE线小许多。 等电位联结也是“连接”（connection），但此连接有只传送电位不传送电流的特点和含义，IEC标准给它取名另一术语“bonding”，译为“联结”，以与一般的“连接”一词相区别。等电位联结线（equipotential bonding conductor）常简称联结线（bonding conductor）。 （11）、上述不同用途的导线对颜色标志有何要求。 IEC标准规定凡用于安全保护目的的各类导线，包括联结线、PE线、PEN线以及接地极的引入线，其全长一概以黄绿相间的颜色标志作为国际通用的颜色标志（PEN线需在导线的首端另加浅兰色标志），以便于这些线路的正确施工和管理。我国施工验收规范也按此作了同样规定。但我国有些施工人员贪图省事，不加区分， 往往采用同一颜色的导线，因此常常接错线路，招致许多不应有的事故。例如PE线和中性线常因颜色相同而接错，使PE线流过中性线的电流，导致带防火漏电保护的电源进线断路器一合闸即跳开，人们误以为是因正常泄漏电流过大而 拆除断路器，其后果是听任接地电弧火灾频频发生，这是我国成为电气火灾多发国家的一个重要原因。 （12）、建筑物内地下的金属管道结构的密度达到多少方可认为满足地面等电位联结的要求。 人站立在建筑物内，如离人站立处的地下等电位联结可导电部分不超过10m即可认为满足等电位的要求。如果地下完全没有可导电部分，则可在地下埋设20mx20m的金属网格并纳入等电位联结系统内，也可认为满足等电位要求。 （）、如何确认等电位联结的有效性 只要等电位联结的诸连接处电气上导通就可认为它是有效的。因它只传递电位而不传送电流，不存在连接处发热和增大电压降等问题。对它的连接处接触电阻的要求也不高，一个管道系统和其联结线的总电阻不大于3即为合格