住宅電氣接地系統分析與實踐

[摘要]近年來,隨著人民生活水平的提高,住宅用電在人民的日常生活中扮演著越來越重要的角色。而住宅電氣接地是直接關系到人民用電及生命財產安全的重要屏障。主要介紹幾種住宅電氣接地系統,分析其特點及適用范圍,論述等電位和局部等電位連接,及如何有效防范住宅電氣接地故障。

[關鍵詞]住宅 電氣接地系統 總等電位連接 局部等電位連接

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810035-02

隨著社會的發展,現代住宅建筑物的規模不斷擴大,其內部各種電氣設備使用日益增多,尤其是計算機網絡信息技術的普及,建筑物越來越多的采用各種電子化及信息化的電氣設備。我國因雷擊或單相接地故障造成的損失非常巨大,因此,現代住宅的供電系統設計的安全性、可靠性日益重要,本文就住宅電氣接地的幾個問題進行了探討。

一、電氣接地系統形式

接地系統是供電系統的重要組成部分,它關系到供電系統的可靠性,分為工作接地和保護接地兩種形式,它能夠快速切除故障并降低人體的接觸電壓從而保證電氣設一備和電子設備的穩定運行,保障住宅用戶的人身和財產安全。低壓配電系統的接地方式,按國家標準可分為IT、TT和TN系統三類,其中TN系統即保安接零系統,它的電源端中性點直接接地,用電設備金屬外殼、保護零線與該中性點連接,當用電設備發生單相碰殼,能保證保護電器動作并將故障設備切除,以便減少人的觸電概率。按中性線與保護線的布置,TN系統又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種形式。

(一)IT系統

IT系統是電源中性點不接地系統,受電設備的外露可導部分通過保護線PE接至接地極(如圖1所示)。

(二)TT系統

TT系統為中性點接地系統(如圖2所示),這種系統的特點是電氣設備的外露導電部位是獨立于電源接地點的直接接地,即電氣設備金屬外殼與電源中性點接地之間無電氣聯系。適用于對電位敏感的數據處理設備和精密電子設備的供電。其PE線也各自獨立,以免發生故障時對地故障電壓的蔓延。

(三)TN-C系統

在TN-C系統中性線N與保護接地FE合二為一,通稱PEN線,節省一根導線(如圖3所示)。這種接地系統雖對接地故障靈敏度高,線路經濟簡單,但它只適合用于三相負荷較平衡的場所。

(四)TN-S系統

TN-S是一個三相五線的接地系統。通常建筑物內設有獨立變配電所時進線采用該系統。TN-S系統的特點是,中性線N與保護接地線PE除在變壓器中性點共同接地外,兩線不再有任何的電氣連接。該接地系統完全具備安全和可靠的基準電位(如圖4所示)。

(五)TN-C-S系統

TN-C-S是TN-C和TN-S兩種系統的組合,一部分是TN-C系統,一部分是TN-S系統,分界面在N線與PE線的連接點。該系統一般用在建筑物有區域變電所供電引來的場所,進戶線之前采用TN-C系統,進戶處作重復接地,進戶后變成TN-S系統,TN-C-S介于上述兩者之間(如圖5所示)。

二、電氣接地系統特點分析

IT系統的優點在于當發生接地故障時,其故障電流很小,適用于爆炸危險的環境,如煤礦井下低壓配電系統等,但對于大量使用單相設備的民用建筑來說不適用。

TT系統要求設置分開的工作接地和保護接地,而在同一幢建筑物內是很難做到兩個分開的接地,維護工作也很困難。該系統對接地電阻要求頗高,必須采用劉地故障反應靈敏的漏電保護器來防止人身電擊。因此也不能適用于不同民用住宅。

TN-C系統保護線和中性線合并為PEN線,其優點是簡單、經濟。在三相負荷平衡系統中,當發生接地短路故障時,故障電流大,采用一般的過電流保護裝置即可切斷電源保護安全。但這種系統存在如下缺點:(1)在單相負荷或三相不平衡負荷,以及有諧波電流產生的線路中,PEN線平時就有微弱電流流過,其所產生的壓降呈現在電氣設備的金屬外殼和線路的金屬保護管上面,這對敏感性的電子設備不利;(2)PEN線流過的微弱電流在爆炸危險環境中有可能引起爆炸事故;(3)在同一幢建筑物內,PEN線往往相互有電氣連接,當其斷線或相線直接與大地短路時,會呈現較高的對地故障電壓,會擴大事故范圍。因此,這種系統一般不適用民用建筑內部,而對大、中型工礦企業比較適用。

TN-S系統的保護線PE和中性線N從電源中性點開始就分開,之后不再混淆(圖4)其優點是正常情況下PE線不通過負荷電流,與PE線相連接的電氣設備金屬外殼在正常時不帶電位。因此,這種系統不但適用于數據處理、精密電子儀器,也適用于爆炸危險的環境中。在民用建筑內部,特別是住宅內,家用電路大都帶有接地點的插頭,所以用TN-S系統既方便、又安全。但該系統也存在如下缺點:(1)設PE線,增加投資;(2)不能解決接地故障所引起的電壓升高和對地故障電壓的蔓延問題(這要通過等電位聯結來解決)。

TN-C-S系統綜合了經濟與安全的優點,因而被廣泛采用。在多層住宅設計中,通常電源從市電網或小區集中配電房引入。在這種情況下,電源線路采用TN-C系統,進入建筑物后改為TN-S系統,對整個住宅配電系統來說形成TN-C-S系統。在高層住宅設計中,當住宅內部(地下室或底層)設有變電所時,采用TN-S系統比較適合。

三、總等電位和局部等電位連接

等電位聯結是防止觸電危險的一項重要安全措施,它可大幅度地降低在接地的情況下人所遭受的接觸電壓,主要包括總等電位連接和局部等電位連接。

(一)總等電位連接

采用總等電位連接在于降低建筑物內間接接觸電擊的接觸電壓和不同金屬部件間的電位差,并消除來自建筑物外經電氣線路和各種金屬管道引入的危險電壓故障的危害。通過配線箱近旁的總等電位聯結端子板(接地母排),將下列導電部分互相連通:進線配線箱的PE母排;公用設施的金屬管道(如給排水、熱力、煤氣等管道);建筑物金屬結構鋼筋;建筑物接地裝置等。建筑物每一電源進線都應做總電位聯結,每個總等電位聯結板的端子應互相連通。

(二)局部等電位連接

一般住宅衛生間與浴室是合一的,浴室屬潮濕環境,人體電阻在干燥時達上萬歐,入浴后皮膚電阻只有數百歐姆,因而沿金屬管道傳導而來的微小電壓也會引起電擊致人死命。因此,國際電工標準將浴室列為電擊危險性大的特殊場所之一。在浴室,為保證人身安全,要采用很多措施,如用電設備安裝漏電保護,電氣設備要選防潮型,插座的安裝位置與高度滿足安全要求等。另外,應在浴室(衛生間)做好局部等電位聯結。衛生間的局部等電位聯接,將下列導電部分互相連通:PE母線或PE干線,公用設施的金屬管道,建筑物的鋼筋網和金屬結構等部分。進行等電位聯結后,還消除了建筑物外沿PE線竄入的危險故障電壓,消除電磁場干擾,減少保護器動作不可靠所帶來的危害以及防雷電等。另外,通常情況下,衛生間是電擊危險最大的地方,因采用了局部等電位后,將身體有可能接觸到的任何導電部分作了等電位連接,使故障電流引起的電壓降更小。

四、住宅電氣接地故障的防范

接地故障不同于一般的電氣短路故障。而是帶電導體通過金屬材料與大地發生的短路故障。由于接地故障比較隱蔽,經常是多次火災的起因,而且往往還伴隨著接地故障而發生電擊人身傷害事故。因此,從住宅居住人員的安全考慮,有必要加強對接地故障的防范。第一,要嚴禁PE線與N線連接。若PE線與N線連接便成了TN-C系統,其不良后果前面已討論過了。第二,每套住宅總電源進線斷路器應具有漏電保護功能。除空調電源外,其他電源插座應設置漏電保護裝置。通過兩極保護分別起到防電氣火災和防電擊的作用。第三,作等電位和局部等電位聯接。等電位聯結是防止觸電危險的一項重要安全措施,它可大幅度地降低在接地情況下人所遭受的接觸電壓。第四,電源進線重復接地。在電源總進線電纜進入建筑物時應進行重復接地,并加裝浪涌保護器進行過電壓保護。

參考文獻:

[1]鐘云連,淺析住宅電氣保護接地[J].民營科技,2008,(12):205,207.

[2]黃守峰,住宅電氣接地系統探討[J].河南科技,2008,(12上):40.

[3]田洪斌,現代民用住宅電氣保護與接地[J].電子質量,2004,(2):25-26.

[4]潘峰,淺析住宅電氣設計中的接地及等電位聯結[J].西北建筑工程學院學報(自然科學版),2002,(3):59-63.

作者簡介:

王玉森(1974-),男,河南省民權縣人,河南省人才交流中心工程師,研究方向:電器工程。