住宅电气接地系统分析与实践

[摘要]近年来,随着人民生活水平的提高,住宅用电在人民的日常生活中扮演着越来越重要的角色。而住宅电气接地是直接关系到人民用电及生命财产安全的重要屏障。主要介绍几种住宅电气接地系统,分析其特点及适用范围,论述等电位和局部等电位连接,及如何有效防范住宅电气接地故障。

[关键词]住宅 电气接地系统 总等电位连接 局部等电位连接

中图分类号:TM7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810035-02

随着社会的发展,现代住宅建筑物的规模不断扩大,其内部各种电气设备使用日益增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越多的采用各种电子化及信息化的电气设备。我国因雷击或单相接地故障造成的损失非常巨大,因此,现代住宅的供电系统设计的安全性、可靠性日益重要,本文就住宅电气接地的几个问题进行了探讨。

一、电气接地系统形式

接地系统是供电系统的重要组成部分,它关系到供电系统的可靠性,分为工作接地和保护接地两种形式,它能够快速切除故障并降低人体的接触电压从而保证电气设一备和电子设备的稳定运行,保障住宅用户的人身和财产安全。低压配电系统的接地方式,按国家标准可分为IT、TT和TN系统三类,其中TN系统即保安接零系统,它的电源端中性点直接接地,用电设备金属外壳、保护零线与该中性点连接,当用电设备发生单相碰壳,能保证保护电器动作并将故障设备切除,以便减少人的触电概率。按中性线与保护线的布置,TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种形式。

(一)IT系统

IT系统是电源中性点不接地系统,受电设备的外露可导部分通过保护线PE接至接地极(如图1所示)。

(二)TT系统

TT系统为中性点接地系统(如图2所示),这种系统的特点是电气设备的外露导电部位是独立于电源接地点的直接接地,即电气设备金属外壳与电源中性点接地之间无电气联系。适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备的供电。其PE线也各自独立,以免发生故障时对地故障电压的蔓延。

(三)TN-C系统

在TN-C系统中性线N与保护接地FE合二为一,通称PEN线,节省一根导线(如图3所示)。这种接地系统虽对接地故障灵敏度高,线路经济简单,但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。

(四)TN-S系统

TN-S是一个三相五线的接地系统。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。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位(如图4所示)。

(五)TN-C-S系统

TN-C-S是TN-C和TN-S两种系统的组合,一部分是TN-C系统,一部分是TN-S系统,分界面在N线与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TN-S系统,TN-C-S介于上述两者之间(如图5所示)。

二、电气接地系统特点分析

IT系统的优点在于当发生接地故障时,其故障电流很小,适用于爆炸危险的环境,如煤矿井下低压配电系统等,但对于大量使用单相设备的民用建筑来说不适用。

TT系统要求设置分开的工作接地和保护接地,而在同一幢建筑物内是很难做到两个分开的接地,维护工作也很困难。该系统对接地电阻要求颇高,必须采用刘地故障反应灵敏的漏电保护器来防止人身电击。因此也不能适用于不同民用住宅。

TN-C系统保护线和中性线合并为PEN线,其优点是简单、经济。在三相负荷平衡系统中,当发生接地短路故障时,故障电流大,采用一般的过电流保护装置即可切断电源保护安全。但这种系统存在如下缺点:(1)在单相负荷或三相不平衡负荷,以及有谐波电流产生的线路中,PEN线平时就有微弱电流流过,其所产生的压降呈现在电气设备的金属外壳和线路的金属保护管上面,这对敏感性的电子设备不利;(2)PEN线流过的微弱电流在爆炸危险环境中有可能引起爆炸事故;(3)在同一幢建筑物内,PEN线往往相互有电气连接,当其断线或相线直接与大地短路时,会呈现较高的对地故障电压,会扩大事故范围。因此,这种系统一般不适用民用建筑内部,而对大、中型工矿企业比较适用。

TN-S系统的保护线PE和中性线N从电源中性点开始就分开,之后不再混淆(图4)其优点是正常情况下PE线不通过负荷电流,与PE线相连接的电气设备金属外壳在正常时不带电位。因此,这种系统不但适用于数据处理、精密电子仪器,也适用于爆炸危险的环境中。在民用建筑内部,特别是住宅内,家用电路大都带有接地点的插头,所以用TN-S系统既方便、又安全。但该系统也存在如下缺点:(1)设PE线,增加投资;(2)不能解决接地故障所引起的电压升高和对地故障电压的蔓延问题(这要通过等电位联结来解决)。

TN-C-S系统综合了经济与安全的优点,因而被广泛采用。在多层住宅设计中,通常电源从市电网或小区集中配电房引入。在这种情况下,电源线路采用TN-C系统,进入建筑物后改为TN-S系统,对整个住宅配电系统来说形成TN-C-S系统。在高层住宅设计中,当住宅内部(地下室或底层)设有变电所时,采用TN-S系统比较适合。

三、总等电位和局部等电位连接

等电位联结是防止触电危险的一项重要安全措施,它可大幅度地降低在接地的情况下人所遭受的接触电压,主要包括总等电位连接和局部等电位连接。

(一)总等电位连接

采用总等电位连接在于降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差,并消除来自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险电压故障的危害。通过配线箱近旁的总等电位联结端子板(接地母排),将下列导电部分互相连通:进线配线箱的PE母排;公用设施的金属管道(如给排水、热力、煤气等管道);建筑物金属结构钢筋;建筑物接地装置等。建筑物每一电源进线都应做总电位联结,每个总等电位联结板的端子应互相连通。

(二)局部等电位连接

一般住宅卫生间与浴室是合一的,浴室属潮湿环境,人体电阻在干燥时达上万欧,入浴后皮肤电阻只有数百欧姆,因而沿金属管道传导而来的微小电压也会引起电击致人死命。因此,国际电工标准将浴室列为电击危险性大的特殊场所之一。在浴室,为保证人身安全,要采用很多措施,如用电设备安装漏电保护,电气设备要选防潮型,插座的安装位置与高度满足安全要求等。另外,应在浴室(卫生间)做好局部等电位联结。卫生间的局部等电位联接,将下列导电部分互相连通:PE母线或PE干线,公用设施的金属管道,建筑物的钢筋网和金属结构等部分。进行等电位联结后,还消除了建筑物外沿PE线窜入的危险故障电压,消除电磁场干扰,减少保护器动作不可靠所带来的危害以及防雷电等。另外,通常情况下,卫生间是电击危险最大的地方,因采用了局部等电位后,将身体有可能接触到的任何导电部分作了等电位连接,使故障电流引起的电压降更小。

四、住宅电气接地故障的防范

接地故障不同于一般的电气短路故障。而是带电导体通过金属材料与大地发生的短路故障。由于接地故障比较隐蔽,经常是多次火灾的起因,而且往往还伴随着接地故障而发生电击人身伤害事故。因此,从住宅居住人员的安全考虑,有必要加强对接地故障的防范。第一,要严禁PE线与N线连接。若PE线与N线连接便成了TN-C系统,其不良后果前面已讨论过了。第二,每套住宅总电源进线断路器应具有漏电保护功能。除空调电源外,其他电源插座应设置漏电保护装置。通过两极保护分别起到防电气火灾和防电击的作用。第三,作等电位和局部等电位联接。等电位联结是防止触电危险的一项重要安全措施,它可大幅度地降低在接地情况下人所遭受的接触电压。第四,电源进线重复接地。在电源总进线电缆进入建筑物时应进行重复接地,并加装浪涌保护器进行过电压保护。

参考文献:

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[4]潘峰,浅析住宅电气设计中的接地及等电位联结[J].西北建筑工程学院学报(自然科学版),2002,(3):59-63.

作者简介:

王玉森(1974-),男,河南省民权县人,河南省人才交流中心工程师,研究方向:电器工程。