城市居民住宅用电科学布线的分析

杜广朝，吴景良

（1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；2.开封市市政管理处，河南 开封 475001）

0 引言

随着人民生活水平的不断提高，改善居住环境的空调、电取暖设备，提高生活质量的电厨具（洗碗机、微波炉、电磁炉、电烤炉）以及浴室电器等越来越多地进入居民家庭，家用电器的种类、数量不断增加，用电负荷量日益加大，用电安全保护问题显得十分重要。 在现实生活中，由于供电系统设计和施工的缺陷，以及居民室内装修对供电线路的不合理改动，造成安全隐患，导致触电事故和火灾事故时有发生。 居民住宅楼的触电事故常常是因为室内用电线路安全保护接地没有落实、室内各种用电设备外壳不能保护接地而引起触电事故[1]。 本文试从不同接地方式低压配电系统的分析入手，对住宅室内用电线路安全保护问题作初步探讨。

1 住宅配电系统接地方式

低压配电系统按接地方式一般分为3 类，即TT、TN 和IT 系统，强制性规范《住宅电气设计规范》明确提出住宅配电系统的设计应采用TT、TN-C-S或TN-S 接地方式，并进行等电位连接。原先合乎规范要求的TN-C 系统已不再使用于住宅低压配电系统。

1.1 保护接地方式供电系统

保护接地系统方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，也称TT 系统。 第一个符号T 表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T 表示负载设备外露、不与带电体相接的金属导电部分与大地直接连接，电气设备的金属外壳均各自单独接地，该接地点与系统接地点无关。 在TT 系统中，负载的所有接地均称为保护接地（如图1 所示）。 这种供电系统，当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以明显减少触电的危险性。 但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压[2]。 当漏电电流比较小时，即使有熔断器，也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护。

图1 保护接地（TT）系统Fig.1 Protective grounding(TT) system

1.2 TN 方式供电系统

TN 系统适用于中性点接地的三相四线制的低压系统。 该系统将电气设备的金属外壳经公共的保护线（PE 线）或保护中性线（PEN 线）与系统中性点相连接地（如图2 所示）。 在TN 系统中，当电气设备发生一相碰壳时，短路电流经外壳和零线构成回路，回路中相线、零线和设备外壳阻抗很小，短路电流很大，令线路上的熔断器迅速熔断，切除故障。 根据保护线与中线的组合形式，TN 系统分为TN－C 系统、TN－S 系统和TN－C－S 系统。

图2 TN 系统发生单相碰壳时短路电流通路Fig.2 Short-circuit current of single-phrase earth of TN system

TN－C 系统A 把中性线N 与保护线PE 合为一根PEN 线，如图3 所示。 由于TN-C 系统A 中采用的是保护接零， 即用电设备的外露可导电部分与PEN 有良好的导线连接。 当用电设备发生接地故障时，由于PEN 线阻抗小，较大的短路电流使保护装置迅速动作，反应灵敏度高。 但由于TN－C 系统A 需要依靠PEN 线中的不平衡电流来维持三相电压的平衡，所以TN-C 系统A 一般适用于三相负荷较平衡的场合。 目前，住宅用户大部分是单相用户，难以实现三相负荷的平衡，PEN 中将有较大的、不稳定的不平衡电流流过，而且大量家电设备在使用中产生的高次谐波也叠加在中性线N 上，使中性线接地电位偏移。 一旦PEN 发生断路故障或PEN 线接触电阻增大，中性点电位将严重地偏移，使家电设备外露可导电部分的金属外壳带电，电击事故的发生。 而且接地故障最易引发电气火灾。 所以新规范中已明确规定住宅供电已不再使用TN-C 系统。

图3 TN－C 系统AFig.3 TN－C system A

TN－S 系统B 的中性线N 与保护线PE 是分开的，用电设备外露可导电部分接在PE 线上，如图4 所示，一般当住宅楼内有独立变压器时，便采用TN-S系统B。 由于TN-S 系统B 中性线N 与保护接地线PE 除在变压器中性点共同接地外，两线从变压器低压母线处便分开了，所以与TT 系统一样，不管中性点N 是否带电，PE 线均不带电,与PE 线连接的设备外壳同样均不会带电。而且在TN-S 系统B 中，当发生电气故障时，通过PE 线接地电流较大，一般熔断器、断路器都能及时动作，切断电源（灵敏度高）。因此TN-S 接地系统B 明显提高了使用安全性。 在用户配电箱内，PE 线与接地线排的总接地端子板连接。

图4 TN－S 系统BFig.4 TN－S system B

TN-C-S 系统C （如图5 所示） 有一点直接接地，用电设备的外露可导电部分通过保护线与接地点连接，系统中前一部分线路的中性线N 与保护线是合一的。 第二部分是TN-S 系统C，即N 与PE 线是分开的。 采用TN-C-S 系统C 时，当中性线与保护线分开（通常在住宅进户处）后，就不能再合并（中性线的绝缘水平应与相线相同）。 因此，在住宅中采用TN-C-S 系统C，实际上就成了TN-S 系统C。 也即PEN 线在进入用户配电箱后，配电箱内分开设置了N 端子板和PE 端子板，N 与PE 线进入住宅，便互相分开，不再有任何电气连接了。

图5 TN-C-S 系统CFig.5 TN－C－S system C

2 城市住宅电气等电位联结

等电位联结是防止触电危险的一项重要安全措施，可大幅度地降低在接地情况下人所遭受的接触电压。

2.1 总等电位联结（NEB）

总等电位联结的作用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（如上、下水，热力，煤气等管道），建筑物金属结构钢筋，人工接地的接地极引线等。建筑物每一电源进线都应做总等电位联结，每个总等电位联结板的端子应互相连通。

在做总等电位连接后，TN 系统中的重复接地的接地极，已处在总等电位联结区之外，规定接地电阻值已无意义[3]。 因为住宅用户全在总等电位连接区内，人身所能遇到、因接地故障引起的接触电击电压由PE 线的电压降决定， 已与有无重复接地无关。 建筑物的钢筋和各种公用设施的金属管道本身就是良好的接地体（接地电阻不到1Ω），已经起到了比重复接地更好的作用。 通过分析，做等电位连接后，PE 线上的电压降，仅为重复接地的1／3-l／4。

2.2 局部等电位连接

根据我国国情，一般住宅的卫生间往往兼有浴室的功能，因此卫生间内均设有淋浴设备。 由于是严重潮湿场所，在洗浴时，身体电阻降低，会使电击的危险性大大增加，因而卫生间成为住宅中最容易有触电危险的地方。 卫生间做局部等电位连接的目的，是在局部范围内将人体可同时触及的有可能同时出现危险电压差的不同导电部分再作一次连接，可使故障电流引起的电压降更小、接触电压低于接触的限压值。 卫生间的局部等电位连接，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。

电击造成人身伤害事件的发生，是由于出现了危险的间接接触电压。 建筑物接地目的，就是为了减少接触电压，而在现代住宅建筑施工中，须按规范要求进行等电位联结。 这样便能获得相当低的接触电阻，极大地降低接触电压。 进行等电位联结后，还可以消除建筑物外沿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，并具有防雷电等功能。 另外，通常情况下，卫生间是电击危险最大的地方，而采用了局部等电位后，就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。而且《民用建筑电气设计规范》中明确规定：卫生间内应改防溅插座；在淋浴区域内（淋浴区及距深盆沿0.6 m 内） 严禁设置插座； 换气扇接线盒应距地2.25 m以上等，使住宅用户使用更为安全。

3 合理布置住宅电气

由于电气布置不合理，导致居民住宅的火灾事故时有发生， 给其生命财产带来不可估量的损失，必须引起高度重视。

3.1 合理安装配电盘

住宅进户线进入配电盘， 盘上装有熔断器，在熔断器中安装有保险丝。 当通过保险丝的电流超过允许的安全数值时它就会熔断。炽热的熔珠掉落，易引燃物品。 因此，不能将配电盘布置在堆放有可燃物品处的上方。 应根据家庭最大用电量来合理选用保险丝。 当选用的保险丝符合要求但又经常熔断时，应及时查找原因，并清除隐患，切不可随意更换粗保险丝或用铜丝、铁丝、铝丝代替。 对单相电度表的选择，也要参照用电总功率，只要保证用电时通过它的总电流不超过电表自身的额定电流就可以了。 有条件的家庭，宜安装合格的空气开关或漏电保护装置。 当用电量超负荷或发生人员触电等事故时，它们可以及时动作并切断电流，以防止触电事故的发生。

3.2 用电负荷对电线的要求

根据用电负荷对电线的要求，按照建设部制定并实施的新住宅标准的规定，每套住宅用户的进户线横截面不应小于10 mm2。 对普通家庭而言，灯具宜采用1.5 mm2的电线，插座用2.5 mm2的电线。 安装空调等大功率电器的线路， 则应单独走一路4 mm2的线路。 对于厨房， 因难以预料用电设备的发展，除设置较以往多一些插座外，其供电回路的容量也应适当放大。 视住宅面积大小，其配电线路选为BV－3*4 mm2。 在具体选用住宅电缆电线时，一般住户进户开关选32A 或40A，其进户线截面不小于6 mm 钢芯绝缘线，通常设计为BV－3X10 mm2。 室内的配线不小于2.5 mm2。 住宅线路必须这样，才能保证在安全允许负荷下工作，否则，电线处于超负荷状态运转， 容易使电线绝缘层的老化速度加快，如果电线芯放出的热量使绝缘层的温度超过250℃，电钮就会着火， 进而由电器起火而引发住宅火灾。因此，对电线的选择必须考虑到住宅中安全用电容量，然后再加以确定。

3.3 合理的住宅布线

合理的家居布线是家庭安全舒适生活的基本保证，应满足4 项要求：一是保证使用者的安全性；二是保证居住者所拥有的家用电器都可以正常使用；三是确保使用方便；四是电器线路的各项配置应有一定的超前性，以保证在住宅使用寿命内可以适应居住者不断变化的用电需求[4]。 对于住宅的整个用电线路来说，建议设置5 个以上的回路，同时根据使用面积进行配置。 照明回路可走两路或多路；电源插座走三至四路；厨房和卫生间各走一独立回路；空调走两至三路（一个空调回路最多带两台空调）。 这样，一旦某一线路发生短路或出现其他问题时，可使停电的范围小，不会影响住宅中其他线路的正常工作，既方便又安全。

为了保证安全用电，住宅中插座的数量也应具有“超前”意识，新的国家标准规定：住宅中插座数量不应少于12 个，但这只是保障基本要求，在参考发达国家和地区的电气标准的基础上，推荐室内的墙上固定插座数量，卧室（每间）电源插座4 组，空调插座1 组；厨房电源插座5 组，排气扇插座1 组；走廊电源插座2 组；阳台电源插座1 组。 每组插座为一个单相二孔和一个单相三孔组合。 为防止儿童触电，对儿童容易触摸到的插座，应选用带有保险挡片的安全插座，电冰箱、空调器应使用各自独立、带保护接地的三芯插座；卫生间潮湿度大，不宜安装普通插座，而应选用防溅水型插座，以防触电。 在布线过程中，应遵循“火线进开关，零线进灯头”的原则。 插座接线应做到“左零右火，接地在上”的原则。

一般家庭认为， 家用电器已安装了接地保护线，再安装漏电保护器就没有意义了，这种想法是错误的。 因平日里人们很少对接地保护线做安全检查，在家用电器因电源插座接触不良造成不能正常工作、需要对电源插座进行检修时，只检查插头与插座的零线和相线是否接触良好，而对接地保护线接触不良、人触及家用电器就会造成触电却没有引起重视。 也有一些家庭对所使用的家用电器没有采取接地保护，这样就会更危险了[5]。 若在家庭中安装了漏电保护器，家用电器就得到了保护，安全用电也就得到了保障。

4 结论

目前人们对住宅设计的要求, 已从原来的满足需要型向电气化、舒适化、功能全、美观安全方面转化。 作为住宅设计的一个重要组成部分，电气设计也有了很大发展。 住宅电气涉及居民安全，为了保证居民生活质量、提高居民生活水平，在住宅电气设计中应增强安全意识，严格执行相关标准，积极采取安全保护措施，保护居民的生命健康。

参考资料：

[1] 张燕. 住宅建筑用电安全与节能的几点措施[J]. 住宅科技，2008.（9）：30-31.

[2] 杜广朝. 电工与电气[M]. 郑州：黄河水利出版社，2008：20－26.

[3] 何群康. 对现代住宅用电容量及用电安全的探讨[J]. 浙江建筑，2003.（4）：42-43.

[4] 高明. 居民住宅如何安全用电[J]. 大众用电，2002.（5）：12-17.

[5] 段升富. 居民住宅电气火灾隐患与对策[J]. 机电信息，2011.（21）：21-22.