高層住宅配電中PE線設置

陳千應 中煤科工集團武漢設計研究院, 430064

高層住宅配電中PE線設置

陳千應 中煤科工集團武漢設計研究院, 430064

通過工程實例驗算，討論了在高層住宅中利用鍍鋅扁鋼做PE干線，減少每回路電纜PE芯線的可能性。

高層住宅；鍍鋅扁鋼；PE線

在高層住宅中，從底層配電箱（電表箱）到各住戶終端箱的配電線路通常采用三芯（單相）或五芯（三相）供電電纜（線），即PE線采用專用導體并與相線共管敷設或采用一根電纜的不同芯線。但在實際高層住宅的配電工程施工中，有些施工方為減少了工程造價，在電纜井內單獨敷設一根扁鋼做接地干線，各住戶終端箱通過接地支線與干線相連，不再每一回路設置專門PE線。這種做法是否合理，能否在出現接地故障時電源側開關動作，及時斷開故障回路，本文就這一問題進行探討，分析設置PE干線的合理性和可行性。

根據《低壓配電設計規范》第4.4.6條的要求，TN系統接地故障保護的動作特性應符合下式要求：

式中Z s——接地故障回路的阻抗（Ω）

Ia——保證保護電器在規定的時間內自動切斷故障回路的電流（A）

Uo——相線對地標稱電壓（V）

同時根據第4.4.7條的要求，相線對地標稱電壓為220V的TN系統，其切斷故障回路的時間應符合下列規定：

（1）配電線路或僅供給固定式電氣設備用電的末端線路，不宜大于5S；

（2）供電給手握式電氣設備和移動式電氣設備的末端線路，不宜大于0.4S。

以一棟十八層的高層住宅的配電系統為例，從一層配電間到各層戶內配電箱線路電壓為單相220V，每個回路開關整定電流為40A。型號為微型斷路器，脫扣器型式為C型。要達到《低規》第4.4.7條的時間要求，其速斷電流按400A（10倍整定電流）考慮。根據上面公式，接地故障回路的阻抗應小于0.55Ω。我們按供電給最遠端的戶內配電箱，分兩種PE線配電型式來計算一下接地故障回路的阻抗。

第一種PE線配電形式，從配電間到各層的分配電箱采用電纜YJV-3X10，住宅樓層高按3m考慮，線路長度估算60m（按最遠端住戶考慮），導線的電阻：

式中: α— 電阻溫度系數, 1/℃, 鋁和銅都取0. 004

ρ20— 導線溫度為20℃ 時的電阻率, 鋁線芯( 包括鋁電線、鋁電纜、硬鋁母線)為0. 0282×10-6Ω墻m, 銅線芯( 包括銅電線、銅電纜、硬銅母線) 為0. 0172×10-6Ω墻m。

對1kV 聚氯乙烯絕緣電纜, 其允許最高運行溫度θ= 70℃, 則(計算過程略):

1kV, 3×10mm2三芯電纜的單芯電抗等于

0.085 Ω/ km, 當電纜長度為60m 時,

芯線電抗Xφ=0.085×0. 06= 0.005Ω。

電纜芯線的全阻抗：

Zφ=0.083Ω

由此可見，PE線采用電纜的接地芯線，接地故障回路的阻抗為0.083Ω，滿足規范要求。通過以上計算我們也可以看出這種形式下用開關的過流保護兼做接地故障保護完全滿足要求，但在線路較遠時一定要核算接地故障回路的阻抗，如在這種計算條件下，線路長度超過400m時，接地故障回路的阻抗已不滿足要求。

第二種PE線配電形式，在電纜井內敷設一根40X4鍍鋅扁鋼做接地干線，各層的分配電箱與接地干線連接，從配電間到各層的分配電箱采用兩芯供電電纜。這種配電形式接地故障回路的阻抗計算如下：

40×4 扁鋼的交流電阻為1.3mΩ/ m, 零序內感抗為1.25mΩ/ m，零序外感抗為0. 459mΩ/ m。則長60m 扁鋼的電阻R=1.3×60=78mΩ,零序內感抗Xpn=1.25×100=75mΩ,零序外感抗Xpw=0.459×60=27mΩ

扁鋼回路的全阻抗:

（計算依據略，具體可參見參考文獻第四章相關內容）。

由此可見，PE線采用40X4鍍鋅扁鋼，接地故障回路的阻抗為0.128Ω，滿足規范要求。通過以上計算我們也可以看出40X4鍍鋅扁鋼的阻抗大于電纜YJV-3X10。如在這種計算條件下，線路長度超過260m時，接地故障回路的阻抗已不滿足要求。但目前我們在建的住宅大多低于這一高度，當然，當線路距離較長時，可通過增大扁鋼截面的方式來減少接地故障回路的阻抗。另外我們在實際施工中，可以將鍍鋅扁鋼與建筑物的金屬結構上下相連（等電位聯結），上述金屬結構實際上就和40×4扁鋼( PE 干線)并聯, 分流PE干線中的故障電流, 等于增大了PE 干線的截面。

通過以上分析，我們可以看出在電纜井內單獨敷設一根40X4鍍鋅扁鋼，完全可以滿足接地故障保護的要求，可去掉專作PE線的單獨電纜芯線或導線, 即三芯電纜改用兩芯，五芯電纜改用四芯。這樣減少了工程造價，對一棟建筑可能節約有限，但對整個小區，整座城市其效益還是很可觀的。

[1]中國航空工業規劃設計研究院組編. 工業與民用配電設計手冊. 第三版. 北京: 中國電力出版社, 2005

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.019