配電箱的等電位連接設計

葉永典

（廈門優數科技有限公司，福建廈門，361000）

0 引言

我國配電系統接地制式分為三類，即TN 制、TT 制和IT 制。在TN 系統中，為保證人身和設備安全，將正常運行時不帶電的配電柜或柜內設備的外露導電部分與系統中性線做可靠金屬連接，稱為保護接零。在TT 或IT 系統中，把配電柜或柜內設備的外露金屬部分通過各自的保護線直接接到各自的接地體，稱為保護接地。保護接零和保護接地都是為了防止配電設備絕緣損壞時發生電擊，造成財產損失與人身傷亡。但是，為了更有效地降低接觸電壓及降低來自外部竄入配電柜的危險電壓（如雷電侵入過電壓），依據GB50054-2011 的規定，在建筑物進線配電箱內都應作總等電位連接。

總等電位連接是在建筑物進線處，將PE 線或PEN 線與電氣裝置接地線，建筑物內各種金屬管道（如空調管、水管、煤氣管等），以及建筑物金屬結構等連接至總等電位端子排，使他們具有基本相等的電位。在作總等電位連接后，若配電設備發生接地故障時，其接地保護不能滿足接觸電壓要求限值或切除故障的時間要求，則應在局部范圍內做局部等電位進線配電箱連接，使人觸及的外露導電部分和外部導電部分的電位近似相等，從而使接觸電壓降到安全值以下。在容易觸電的浴室、衛生間及安全要求極高的場所如手術室等，都應作局部等電位連接，如圖1 所示。

1 人體承受的接觸電壓分析

以無總等電位連接的TN 系統為例，如圖2 所示。單相用電設備的外露導電部分實現保護接PEN 線，短路時，故障電流Id及人體觸及外殼所承受的接觸電壓Ut分別為：

圖2 無總等電位連接的TN 系統故障示意圖

式中，Up為故障相電壓，單位V；Zp，ZT，ZL，ZPE，ZPEN，Zr分別為故障回路、電源變壓器、相線、PE線、PEN線阻抗及人體阻抗，單位Ω；Rr為地板及人體鞋襪電阻，R0為中性點接地電阻，一般為4Ω。

可知，最大接觸電壓與接地故障電壓相等，即Utmax=Ud。

但采用總電位連接之后，如圖3 所示，在配電箱旁設置總接地母線端子B 和接地體T，把兩者連接，形成等電位面，接地電阻為Rd。

當電氣設備M 處于總等電位連接作用范圍內時，對地故障電壓相同，但人體承受的接觸電壓Ut為故障電流Id在a-b 段PE線上產生的壓降，b 至電源線路的壓降均不形成接觸電壓，且最大接觸電壓卻因為以T 為參考點，有Utmax＜Ud。此時，人體若觸碰故障設備外殼，作用在人體的接觸電壓為:

可見Ut’＜Ut。總等電位連接降低了接觸電壓，在選用參數合適時，可以令Ut小于安全值，正常條件下可取50V，潮濕環境下可取25V。在某些場合如土壤電阻率高的地區，也可參照下式選取。

圖3 TN 系統電氣設備處于總等電位連接作用范圍內發生故障示意圖

式中，Us為所允許的安全接地電壓值，單位V； 為土壤電阻率，單位Ω·cm；t 為短路電流持續時間，也即低壓斷路器的脫扣時間或熔斷器的熔斷時間，單位s。

如果電氣設備處于總等電位連接作用范圍之外，如圖4 所示。

此時b 至電源線路的壓降將形成接觸電壓，Utmax=Ud，而人體所承受的實際接觸電壓則為:

可見Ut’’>Ut’，且有:

因此，在總等電位連接作用范圍以外的地方，需要采取其他保護措施，如設置單獨的接地體以創造一個局部TT 系統；由隔離變壓器供電或者采用附加絕緣等。

TT 系統和IT 系統的分析過程類似。

2 其他場所的等電位連接

1）對市政建筑而言，衛生間或浴室屬于危險較高的場所。因其電擊事故往往并非電氣故障導致，而是由于各類管道引入電壓引起。它不能靠斷路器等切除電路，只能作局部等電位連接防止危害。故除電熱水器外應盡量減少其他電氣設備使用。電動剃須刀專用插座內隔離變壓器二次側應與地絕緣，也不能和一次側PE 連接，達到完全電氣隔離的目的。如需裝設熱水器，可裝在浴盆一側的墻上，如有金屬外殼，該PE 線必須與浴室內進行局部等電位連接。如確實需要安裝其他電源插座，應與浴盆保持足夠安全距離0.6m。插座線路上應裝設額定動作小于人體安全電流30mA 的漏電保護器，以保證在故障時迅速切斷電路。

圖4 TN 系統電氣設備處于總等電位連接作用范圍外發生故障示意圖

2）在高層建筑中，將每個樓層的局部等電位連接與建筑物內主鋼筋連接，使每個樓層都形成等電位面；如用電纜橋架敷設各類導線，其金屬外露部分應進行等電位連接。另外，作為人們經常行走的地方的樓梯，人員密集切經常觸碰的金屬門框等也必須進行等電位連接；天花板內因有很多管道，為防止檢修時發生事故，對天花板的金屬支撐部件也應作等電位連接。

3 總結

通過分析可以看出，在市政建筑內對配電箱作總等電位連接，使PE 線和PEN 線與外部導電部分連接，將人的手腳和所觸及的金屬導體和地面電位提升至與PE線和PEN線相近的電位水平，從而降低人體在觸碰設備外露導電部分時所承受的接觸電壓。在實際設計過程中應注意參考文中所述公式，合理確定相關參數如采用增大地板及人體鞋襪電阻等辦法，確保接觸電壓降低到安全值以下。在一些安全要求較高的特殊場所如浴室，應作局部等電位連接以保障安全。

[1] 唐志平.供配電技術.第2 版.電子工業出版社,2008.

[2] 沈培坤,劉順喜.防雷與接地裝置.化學工業出版社,2006.

[3] 甄國涌,商福恭.電氣接地技術.中國電力出版社,2013

[4] 黃威,陳鵬飛,吉承偉.防雷接地與電氣安全.化學工業出版社,2014.