1、浅析现代住宅电气安全研发设计浅析现代住宅电气安全设计(一)浅析现代住宅电气安全设计(一)周志敏【摘 要】 本文论述了等电位联结的层次划分及其贯彻执行的深远意义,阐述了等电位联结材料的选用和施工技术及测试方法.【关键字】 等电位联结 材料 测试1 等电位联结技术等电位联结,顾名思义,是使各外漏可导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的电气连接.通常把等电位联结分为三个层次,即总等电位联结(Mai Equipotential Bonding),局部等电位联结(Local Equipotential Bonding)和辅助等电位联结(Supplementary Equipotential Bondi
2、ng),即是IEC的最新观念,也是为了实际工作中好操作,并且不同层次,连接导体面积也不同.总等电位联结是在建筑物每一电源进线及进出建筑物的金属管道,金属结构构件连成一体,一般有总等电位联结端子板,由等电位联结端子板放射连接或链结.辅助等电位联结一般是电气装置的某部分接地故障保护不能满足切断回路的时间要求时,作辅助等电位联结,把两导电部分之间联结后能满足降低接触电压,满足R50/Ia(R可同时触及的外露可导电部分和装置外可导电部分之间,故障电流产生的电压降引起接触电压的一段线段电阻,单位为欧姆,Ia切断故障回路时间不超过5s的保护电器动作电流A).两导电部分之间连接后,只要能满足上式即可.局部等
3、电位联结一般是在浴室,游泳池,医院手术室等特别危险场所,发生电气事故危险性较大,要求更低的接触电压,在这些局部范围内有多个辅助等电位联结才能达到要求,这种联结称之为局部等电位联结.一般局部等电位联结也有一个端子板或者成环形.简单地说,局部等电位联结可以看成是在局部范围内的总等电位联结. 现在国际上非常重视等电位联结的作用,它对用电安全,防雷以及电子资讯设备的正常工作和安全使用都是十分必要的.我们熟悉的安全接地也是等电位联结,不过它是以大地电位为参考电位的大范围的等电位联结.根据理论分析,等电位联结作用范围越小,电气上越安全.如果在住宅楼的范围内作等电位联结,其效果当然远优於接地.所谓总等电位联
4、结,就是在住宅楼内电源进线配电箱近旁设一铜质接地母排,将下列可导电金属部分用等电位联结线与接地母线连接而互相导通如图1所示.当住宅楼内有人工接地极时,接地极引入线应首先接至接地母排.往往根据国内外电气事故统计,低压系统短路大多为相线碰设备外壳,金属管道结构和大地的接地故障(接地短路),它能使这些设备外壳,管道,结构带对地故障电压导致人身电击或电气火灾事故,住宅内作总等电位联结可消除或降低这种故障电压,其效果胜过单纯的接地.因此国际电工标准IEC60364-4-41和发达国家电气标准以及我国电气标准都将它规定为电气安全的基本要求.浴室被国际电工标准列为电击危险大的特殊场所.在我国浴室内的电击事故
5、也屡屡发生.这是因为人在沐浴时遍体湿透,人体阻抗大大下降,沿金属管道导入浴室的一,二十伏电压即足以使人发生心室纤维性颤动而死亡.为此在浴室内还需按上述要求作一次等电位联结.由於如此小范围内的等电位作用,其故障时的电位差微不足道,有效地保证了人身安全.为保证等电位联结可靠导通,等电位联结线和接地母排应分别采用铜线和铜板.等电位联结这一电气安全措施并不需复杂昂贵的电气设备,它所耗用的不过是一些导线,它不象埋在地下的人工接地极易受土壤腐蚀而失效(实际上在实施等电位联结的同时也实现了接地,因它所联结的水管和基础钢筋等本身已起到低电阻长寿命的接地作用),它在保证电气安全上的作用远胜我们过去习惯采用的专门
6、打入地下的人工接地.在发达国家不要求住户打入人工接地,但住宅楼内如不作总等电位联结和浴室内的局部等电位联结,当地供电公司也以电气上不安全为由拒绝供电.2 等电位联结用材料等电位联结线及端子板推荐采用铜质材料,是因为其导电性和强度都比较好,但用铜材料与基础钢筋或地下的钢材管道相连接时,应充分注意,铜和铁具有不同的电位,由於土壤中的水分及盐类形成电解液,而形成原电池,产生电化学腐蚀,基础钢筋和钢管就会被腐蚀掉,因此在土壤中,应避免使用铜线或带铜皮的钢线作为联结线,如果用铜线作联结线也应用放电间隙与管道钢容器或基础钢筋相连接.与基础钢筋连接时,建议联结线选用钢材,这种钢材最好也用混凝土保护,连接部位
7、应采用焊接,并在焊接处作以相应的防腐保护,这样与基础钢筋的电位基本一致,不会形成电化学腐蚀,在与土壤中钢管等连接时,也应采取防腐措施,如选用塑胶电线或铅包电线或电缆.3 微电子设备的等电位微电子设备的等电位联结,在现代住宅中是至关重要的,有些资料把其定位为辅助等电位联结范畴,也有将其定义为局部等电位连接的范畴,总而言之微电子设备的等电位联结有其特殊性,其区别於其他用电设备的等电位联结.其等电位联结线必须通过过电压保护器与等电位端子板相联结,而不能直接与等电位端子板连接.其连接方式如图2所示.4 等电位联结的测试 在用电设备投入之前,对等电位用的管夹,端子板,联结线,有关接头,截面和整个;路径要
8、作一次全的检查和检验.等电位的有效性必须通过测试证实,我国的等电位联结安装(97SD567)国际中,提出的3欧姆的阻值要求,是参考的德国标准,也为等电位的有效性提出了量化的标准,实际工作上容易执行.在国外有专门测试等电位联结的仪器和设备,我国目前的测试只能按图3的方法来测试等电位联结的有效性.(责任编辑:李宏颜)浅析现代住宅电气安全设计(二)周志敏 摘 要:文中结合我国的低压配电设计规范及我国现代住宅采用的TN-C,TN-S,TN-C-S,TT主流配电系统,分析了各配电系统的优缺点及其适用范围,并对其应用中应注意事项和应采取的安全措施作以论述 关键字: 配电系统 接地 特点 措施1 概述 建筑
9、电气的低压配电系统的接地关系到低压用户的人身和财产安全,以及电气设备和电子设备的安全稳定运行,低压配电系统通常包括系统接地和保护接地.系统接地是系统电源某一点的接地,这个点通常是电源(变压器,发电机)的中性点,系统地的主要作用是使系统正常运行,比如:当发生雷击时,地面瞬变电磁场使低压配电线路感应幅值很高的冲击电压,做系统接地后由於雷电流的对地泄放降低了线路瞬态过电压,从而减轻了线路绝缘被击穿的危险.如果不做系统接地,当电源干线发生一相接地故障时,由於接地故障电流小,电源处接地故障保护往往难以检测出故障,使故障持续存在,这时另外两相对地电压将上升为线电压,这将对单相设备的对地绝缘造成损害,引发电
10、气事故.而保护接地是配电系统负荷侧金属的电气设备外壳和敷设用的金属套管,线槽等电气装置外露导电部分的接地如未做保护接地,故障电压可达系统的相电压;做了保护接地后故障电压仅为PE线和接地电阻(RA)上的电压降,大大的低於相电压,接地电阻(RA)还为故障电流Id提供返回电源的通路,使保护电器及时切断电源,从而起到防电击和防电气火灾的保护作用.目前住宅建筑电气设计选用较多的接地系统有TN,TT系统,为此本文分别对TN,TT系统作以分析. 2 TN系统 2.1 TN系统 TN系统的电源端中性点直接接地,用设备金属外壳,保护零线与该中性点连接,这种方式简称保护接零或接零制.按中性线(工作零线)与保护线(
11、保护零线)的组合情况TN系统又分以下三种形式: 2.1.1 TN-C系统 在TN-C系统中,由於PNE线兼起PE线和N线的作用,节省了一根导线,但在PEN线上通过三相不平衡电流I,其上有电压降IZPEN使电气装置外露导电部分对地带电压.三相不平衡负荷造成外壳带电压甚低.并不会在一般场所造成人身事故,但它可能对地引起火花,不适宜医院,电脑中心场所及爆炸危险场所.TN-C系统不适用於无电工管理的住宅楼,这种系统没有专用的PE线,而是与中性线(N线)合为一根PEN线,住宅楼内如果因维护管理不当使PEN线中断,电源220V对地电压将如图1所示经相线和设备内绕组传导至设备外壳,使外壳呈现220V对地电压
12、,电击危险很大.另外PEN线不允许切断(切断后设备失去了接地线),不能作电气隔离,电气检修时可能因PEN对地带电压而引起人身电击事故.TN-C系统中,不能装RCD(剩余电流动作保护器),因此当发生接地故障时,相线和PEN线的故障电流在电流互感器中的磁场互相抵消,RCD将检测不出故障电流而不动作,因此在住宅楼内不应采用TN-C系统. 2.1.2 TN-S系统 在TN-S系统中,工作零线N和保护零线PE从电源端中性点开始完全分开,PE线平时不通过电流,只在发生接地故障时通过故障电流,故外露导电部分平时对地不带电压比较安全,但需要增加一根导线,由於设备外壳保护零线PE,正常工作时漏电开关无剩余电流,
13、所以在相同短路保护灵敏度不够时,可装设漏电开关来保护单相接地.RCD对接地故障电流有很高的灵敏度,即使接触220V时,也能在数十毫秒的时间内切断以毫安培计的故障电流,使人免於电击事故,但它只能对其保护范围内的接地故障起作用,不能防止从别处传导来的故障电压引起的电击事故. 2.1.3 TN-C-S TN-C-S是TN-C和TN-S两种系统的组合,如图2所示;第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分介面在N线X与PE线的连接点.该系统一般用在建筑物有区域变电所供电引来的场所,进户线之前采用TN-C系统,进户处作重复接地,进户后变成TS-S系统,TN-C-S系统介於以上两者之间. 根据低压
14、配电设计规范有关条文,建筑电气设计选用TN系统时应作等电位联结,消除自建筑外沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压,同时减少保护电器动作不可靠带来的危险及有利於消除外界电磁场引起的干扰,改善装置的电磁相容性能. 3 TT系统 TT系统的电源端中性点直接接地,用电设备金属外壳用保护地线接至与电源接地点无关的接地极.TT系统正常运行时,用电设备金属壳电位为零,当电气设备一相碰壳时,则短路电流较TN系统小,通常不足以使相间路保护装置动作.当人体偶然触及带电部分时危险较大,当在干线首端及用电设备处装有RCD时可保证安全.当变压器中性点和用电设备处接地电阻为4欧姆时,单相短路电流为LH=220/(4+4)
15、=27 5A(线路阻抗不计).不论干线首端或用电设备处,当熔断器溶丝电流较大或自动开关暂态脱扣器整定电流较大时,均不能可靠动作.所以TT系统内往往不能采用熔断器,低压短路器作接地故障保护而需采用漏电保护器.TT系统还有一个特点是中性线N与保护地线PE无一点电气联接,即中性点接地与PE线接地是分开的,所以不存在外部危险故障电压沿著PE进入建筑招致电击事故发生. 在TT系统内每栋住宅楼各有其专用的接地极和PE线,各栋楼的PE线互不导通,故障电压不致自一住宅楼传导至另一住宅楼.但TT系统以大地为故障电流返回电源的通路,故障电流小,必须采用对接地故障反应灵敏的漏电保护器来防人身电击.这些系统各有优缺点
16、,需按具体情况选用.如果住宅楼由供电部门以低压供电,应按供电部门的要求采用接地系统,以与地区的接地系统协调一致.如果采用TN-C-S系统,应注意从住宅楼电源进线配电箱开始即将PEN线分为PE线和中性线,使住宅楼内不再出现PEN线,这是因为PEN线因通过负荷电流而带有电位,容易产生杂散电流和电位差的缘故. 如果供电部门以10KV电压给住宅楼供电,且10/0 4KV变电所即在住宅楼内,则这栋住宅楼只能采用TN-S系统.因为采用TN-C-S系统将在住宅楼内出现PEN线;TT系统则要求设置分开的工作接地和保护接地,而在同一个建筑内是很难做到两个分开的接地,维护工作也是困难的.无论采用哪种接地系统都必须
17、按规范要求作前述的等电位联结. (责任编辑:李宏毅) 从香港一住宅电气设计实例谈起盖 娟 吴洪柱山东省滨州地区规划设计研究院随著中国加入世贸组织日期的临近,作为电气设计人员,将面临新技术,新思维的挑战,我们只有集思广益,取长补短,主动吸取国内外设计理念,不断的丰富自己,才能提高自己的设计水平.没有比较,就找不出差距,就不会有提高.下面结合香港一具体实例作一下比较.国际铜业协会刊物上的一则香港住宅电气设计实例如下:一两室一厅住宅,面积约40m2,电源线路为单相240V系统.住宅共设7分支回路:照明2回路,5A;客厅空调机1回路,20A;2卧室空调机各1回路,15A;客厅及2卧室1回路(插座),3
18、0A;厨房1回路,30A.住宅负荷电流计算:照明:0.660.45A6=1.78A;空调机:12A+20.45A=16A;插座回路的最终电流:42A;总计:59.78A.总断路器选用60A,电源进线316mm2.一,从插座设置数量比较香港特别行政区政府机电工程署一九九七年版电力(线路)规例工作守则(以下简称香港守则)除了规定插座最小数目,还规定了每一插座最大供电楼面,规定如下: 表1地点第一插座最大供电楼面(平方米)插座最少数目厨房1.23客厅/饭厅2.54睡房33储物室-1工作间-3我国新的住宅设计规范(GB50096-1999)(以下简称新规范)6.5.4规定:电源插座的数量,不应少於下表
19、的规定:新规范没有规定每一插座的最大供电面积,设计人员往往按最少的数目设置,在插座设置数量上没有统一认识.新规范3 2规定了各室的最小使用面积,规定如下:1.双人卧室为10mm2; 2.单人卧室为6mm2;3.起居室为12mm2;4.厨房为4mm2.表2部位设置数量卧室,起居室(厅)一个单相三线和一个单相二线的插座两组厨房,卫生间防测水型一个单相三线和一个单相二线的插座一组布置洗衣机,冰箱,排气机械和空调器等处专用单相三线各一个参照香港守则,各房间插座最少设置数量为:1.双人卧室为4个;2.单人卧室为3个; 3.起居室为5个;4.厨房为4个.与新规范进行比较可以看出我国住宅的插座数量偏少.象实
20、例中香港40mm2的住宅设插座17个,而按新规范10个插座就足够了.二,从分支线路回路上比较在香港设计实例中,住宅的分支线路回路数为7路.新规范6.5.2,3条规定:每套住宅的空调电源插座,电源插座与照明,应分路设计;厨房电源插座和卫生间电源插座宜设置独立回路.我国住宅分支线路回路数一般为3-5路,这比原先的标准有了很大的进步.有的设计人员认为分支回路多了,势必会提高造价,然而,从安全和适用方面来讲,提高一点造价是可取的.香港守则6B(1)b规定;在合理及实际可行的情况下,为避免其中一条电路发生故障,而引致装置的任何不相关部分也被切断电力供应,采取了如下措施:(1)固定照明设备应安排由两条或以
21、上的最终电路供电.在我们的设计中仅考虑1回路照明,虽然我们没有必要效仿,但是在他们的设计中考虑了各种情况,值得我们借鉴;(2)厨房用的电源电路应与其他电源电路做电气性分割.对於厨房等用电量大的设备,香港守则硬性规定单设1回路,在新规范中规定是宜,这与我国的实际情况和地区差异有关系.笔者认为随著人们生活水平的提高和厨房用电设备的日益增多,厨房应单设1回路.总之,我国的新规范取得了一些进步,但是我们还有必要向香港及国外的一些先进经验的做法学习.三,从最终电路上比较在香港实例中,客厅及卧室插座,厨房插座2回路均采用环形电路供电,其接线方式如附图,即:由配电箱内的电路起源点开始,接至与环形电路连接的插
22、座终端,再返回电路的同一起源点.在我国,所有回路均采用放射式最终电路.在香港守则中,没有对环形电路做出解释,笔者个人认为这样做,一方面可以避免发生断线时,影响插座的供电;另一方面可以降低导线的截面及线路的电压降.四,电流的计算方法香港守则7B(3)(4)规定,最终电路的电流应与其过电流保护器的额定值相同.设有多个最终电路的电路,其总电流并不按每个回路的电流相加来计算,而是采用容许参差额(表7)乘以总电流需求量来决定.现在来分析一下实例中的计算方法.(1)照明:香港守则规定,照明供电点应假定以所连接的负荷为需求量,而每一灯座最少为 100瓦特.照明的计算方法采用的是需要系数法,取得系数为0.66
23、.0.660.45A6=1.78A.(2)空调机:计算方法类似於二项式法.客厅空调机满载电流的100%+2个睡房空调机满载电流的40%.对於空调机等大负荷设备,其同时开及同时达到满载电流的可能性不大.笔者认为采用这种方法比较合乎实际12A+20.45A=16A.表3套型用电负荷标准(KW)电度表规格(A)一类2.55(20)A二类2.55(20)A三类4.010(40)A四类4.010(40)A(3)插座的最终电路:由於客厅及卧室,厨房2回路同时达到满负荷的可能性不大,因此采用最大电路电流需求量的100%+其余每一电路电流需求量的40%来计算,30A+0.430A= 42A.香港守则电流计算方
24、法是根据每一回路的用途采用不同的计算方法;在我国一般根据住宅的类型,确定用电负荷.新规范6.5.1条规定,每套住宅的用电负荷标准为.对於二类住宅,香港的用电负荷为7KW,而新规范为2.5KW,显然,国内标准远低於香港标准.在香港采用电流需求量法可以根据分支回路的多少,用电设备电流的大小来确定每户的总电流.在我国,特别是大面积住宅,只能由设计人员来确定用电负荷的大小,各地的规定也不尽相同,因此人为的因素比较多.所以笔者认为香港的做法有值得我们借鉴之处.五,等电位联结的做法香港守则111,111对等电位做了硬性规定.在实例中,使用6mm2铜电缆,作等电位联结导体,把气体总管及水喉接至断路器箱的接地
25、端子,并且使用4mm2铜缆做辅助导体,连接支撑空调机的窗框.新规范6.5.2.6条规定:卫生间宜作局部等电位联结.然而在实际工作中,这一点还没有引起设计人员足够的重视,这说明在电气安全方面,有的设计人员并不重视.加入WTO,给我们带来了挑战,也带来了新的机遇,设计人员只有不断地开阔视墅,才能不断地提高自己.本文只是肤浅地对香港的设计实例提出了一些自己的看法,不当之处,敬请各位专家同行批评指正.智能楼宇的电气保护与接地魏新胜中国电子工程总公司【摘 要】 本文通过对几种供电接地系统的概括介绍,筛选出适合作为智慧楼宇的供电接地系统,并对其所应采取的各类接地措施作了较为详尽的说明与分析,对智慧楼宇应采
26、取的电气保护与接地方法提出了适当的建议.【关键字】 负荷平衡 电位基准点 TN-S 单点接地 防静电接地 统一接地体在建筑物供配电设计中,接地系统设计占有重要的地位,因为它关系到供电系统的可靠性,安全性.不管哪类建筑物,在供电设计中总包含有接地系统设计.而且,随著建筑物的要求不同,各类设备的功能不同,接地系统也相应不同.尤其进入90年代后,大量的智慧化楼宇的出现对接地系统设计提出了许多新的内容.在常用的几种接地方式中,哪一种能够适合智慧化楼宇呢 我们不妨分析一下下面几种接地系统.1.TN-C系统TN-C系统被称之为三相四线系统,该系统中性线N与保护接地PE合二为一,通称PEN线.这种接地系统虽
27、对接地故障灵敏度高,线路经济简单,但它只适合用於三相负荷较平衡的场所.智慧化大楼内,单相负荷所占比重较大,难以实现三相负荷平衡,PEN线的不平衡电流加上线路中存在著的由於萤光灯,晶闸管(可控矽)等设备引起的高次谐波电流,在非故障情况下,会在中性线N上叠加,使中性线N电压波动,且电流时大时小极不稳定,造成中性点接地电位不稳定漂移.不但会使设备外壳(与PEN线连接)带电,对人身造成不安全,而且也无法取到一个合适的电位基准点,精密电子设备无法准确可靠运行.因此TN-C接地系统不能作为智慧化建筑的接地系统.见图12.TN-C-S系统TN-C-S系统由两个接地系统组成,第一部分是TN-C系统,第二部分是
28、TN-S系统,分介面在N线与PE线的连接点.该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所,进户之前采用TN-C系统,进户处做重复接地,进户后变成TN-S系统.TN-C系统前面已做分析.TN-S系统的特点是:中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后,不能再有任何电气连接.该系统中,中性线N常会带电,保护接地线PE没有电的来源.PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时,始终不会带电.因此TN-S接地系统明显提高了人及物的安全性.同时只要我们采取接地引线,各自都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施,那麼TN-C-S系统可以作为智慧型建筑物的一种
29、接地系统.见图2.3.TN-S系统TN-S是一个三相四线加PE线的接地系统.通常建筑物内设有独立变配电所时进线采用该系统.TN-S系统的特点是,中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接.中性线N是带电的,而PE线不带电.该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位.只要象TN-C-S接地系统,采取同样的技术措施,TN-S系统可以用作智慧建筑物的接地系统.如果电脑等电子设备没有特殊的要求时,一般都采用这种接地系统.见图3.4.TT系统通常称TT系统为三相四线接地系统.该系统常用於建筑物供电来自公共电网的地方.TT系统的特点是中性线N与保护接地线PE无一点电气连接,即
30、中性点接地与PE线接地是分开的.该系统在正常运行时,不管三相负荷平衡不平衡,在中性线N带电情况下,PE线不会带电.只有单相接地故障时,由於保护接地灵敏度低,故障不能及时切断,设备外壳才可能带电.正常运行时的TT系统类似於TN-S系统,也能获得人与物的安全性和取得合格的基准接地电位.随著大容量的漏电保护器的出现,该系统也会越来越作为智慧型建筑物的接地系统.从目前的情况来看,由於公共电网的电源质量不高,难以满足智慧化设备的要求,所以TT系统很少被智慧化大楼采用.见图4.5.IT系统IT系统是三相三线式接地系统,该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地,无中性线N,只有线电压(380V),无相压压(22
31、0V),保护接地线PE各自独立接地.该系统的优点是当一相接地时,不会使外壳带有较大的故障电流,系统可以照常运行.缺点是不能配出中性线N.因此它是不适用於拥有大量单相设备的智慧化大楼的.见图5.在智慧化楼宇内,要求保护接地的设备非常多,有强电设备,弱电设备,以及一些正常情况下不带电的导电设备与构件,均必须采用有效的保护接地.如果采用TN-C系统,将TN-C系统中的N线同时用做接地线;或者在TN-S系统中将N线与PE线接在一起,再连接到底板上去;再或不设置电子设备的直流接地引线,而将直流接地直接接到PE线上;有的乾脆把N线,PE线,直流接地线混接在一起.以上这些做法都是不符合接地要求的,且是错误的
32、.前面已经分析过,在智慧化大楼内,单相用电设备较多,单相负荷比重较大,三相负荷通常是不平衡的,因此在中性线N中带有随机电流.另外,由於大量采用萤光灯照明,其所产生的三次谐波叠加在N线上,加大了N线上的电流量,如果将N线接到设备外壳上,会造成电击或火灾事故;如果在TN-S系统中将N线与PE线连在一起再接到设备外壳上,那麼危险更大,凡是接到PE线上的设备,外壳均带电;会扩大电击事故的范围;如果将N线,PE线,直流接地线均接在一起除会发生上述的危险外,电子设备将会受到干扰而无法工作.因此智慧建筑应设置电子设备的直流接地,交流工作接地,安全保护接地,及普通建筑也应具备的防雷保护接地.此外,由於智慧建筑内多设有具有防静电要求的程式控制交换机房,电脑房,消防及火灾报警监控室,以及大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备,所以在智慧化楼宇的设计和施工中,还应考虑防静电接地和遮罩接地的要求. 下面,我们接著分析
