住宅建筑中局部等电位联结的 作用局限性探讨

翁 国 璋

[ABB(中国)有限公司 南京分公司, 江苏 南京 210005]

0 引 言

局部等电位联结是指在建筑物局部范围内将电气装置外露可接近导体和其他外露可接近导体的等电位联结,为用电安全所必需,对建筑物防雷和电子信息设备的防护以及其干扰必不可少,在一些电击危险特别大的场所得到广泛的应用,如浴室、游泳池等特别潮湿的场所内。本文以更加直观明了的现实场景来分析住宅建筑中局部等电位联结的预期接触电压值以及末端配线距离对其影响,来探讨局部等电位联结的局限性。

1 计算数据来源依据

住宅建筑中的局部等电位联结如图1所示。

按图1来计算预期接触电压的具体数值及其变化,其中进户线及插座的导线截面按标准JGJ 242—2011《住宅建筑电气设计规范》[1]中第6.4.6条的规定,分别选取10 mm2及2.5 mm2。

根据文献[2]中第4章第5节中表4-23及表4-25,查得变压器的相保阻抗(变压器的高低电压、接线组别按常见的选用10/0.4 kV Dyn1)及部分导线的单位阻抗,如表1、表2所示。

图1 住宅建筑中的局部等电位联结

表1 SC(B)9变压器的相保阻抗 mΩ

表2 线路单位阻抗 mΩ/m

2 预期接触电压与户内配电箱到插座的配线距离变化之间的关系

设从低压配电开关(如箱变位置)到入户电表箱(简称入户配线)的距离为50 m,从入户电表箱到户内配电箱位置的距离为20 m(相当于住在6F),户内配电箱到插座的配线距离为X(单位m),来分析预期接触电压与X的关系。

当用电设备(见图1中微波炉)处发生单相相线触碰外壳的接地故障时,故障电流Id计算公式如下:

以630 kVA的变压器为例,计算如下:

当图1中的虚线做局部等电位联结后,人双手所承受的预期接触电压仅为a-b段保护导体上的故障电流Id产生的电压降Uc:

因此,当Uc>50 V时,计算得X>6.52 m。即在前设条件下,当户内配电箱到插座的配线距离>6.52 m时,即便做局部等电位联结,人双手所承受的预期接触电压仍大于安全电压50 V。

假设从入户电表箱到户内配电箱位置的距离分别为10 m、30 m、50 m,则分别求得:X(50-10)>4.41 m 时,Uc>50 V;X(50-30)>8.64 m时,Uc>50 V;X(50-50)>12.9 m时,Uc>50 V。

因此,可以得到:在入户配线距离(如50 m)及从入户电表箱到户内配电箱位置的距离(如20 m)一定的情况下,户内配电箱到最末端电器设备间的配线距离是有限制的,当超过一定距离(如计算的6.52 m)时,户内即使做局部等电位联结,并不能使故障时的预期接触电压降低到安全电压以下。

另外,在入户配线距离一定时(如50 m),随着楼层的提高或降低,允许的户内配电箱到最末端电器设备间配线距离也相应地提高或降低。所以,越是低层的楼层允许的户内配电箱到最末端电器设备间的配线距离越短,即当户内配电箱到最末端电器设备(如插座)间的配线距离一定时,楼层越高,越能体现局部等电位联结的优点,这在下面分析中也会进一步证实。

3 预期接触电压与入户电表箱到户内配电箱位置的配线距离变化之间的关系

设户内配电箱到插座的配线距离为6 m,而入户电表箱到户内配电箱位置的距离变为X1(单位m),其他假设条件不变,计算预期接触电压的数值:

当按图1中虚线做局部等电位联结后,人双手所承受的预期接触电压仅为a-b段保护导体上的故障电流Id产生的电压降Uc1:

因此,计算得X1<17.54 m。即当低压配电开关(如箱变位置)到入户电表箱的距离为50 m,户内配电箱到插座的配线距离为6 m时,入户电表箱到户内配电箱位置的配线距离<17.54 m,即使做局部等电位联结,人双手所承受的预期接触电压仍大于安全电压50 V。

若从低压配电开关(如箱变位置)到入户电表箱的距离分别为30 m、20 m时,通过计算得出结果:X1(30-6)<21.6 m时,Uc1>50 V;X1(20-6)<23.62 m时,Uc1>50 V。

从以上计算可以得到结论:在一栋高层建筑中,低压配电开关(如箱变位置)到单元入户电表箱的配线距离(如50 m或30 m,本段楼层说法与此对应)及其家庭户内配线距离(如6 m)相同的情况下,楼层越高(若一层按3 m的配线距离算),如6F(或7F)及以上的楼层,户内做局部等电位联结,具有非常明显的作用,能使故障时的预期接触电压控制在安全电压50 V以下;而6F(或7F)以下的楼层,户内做局部等电位联结,并不能使故障时的预期接触电压减少到安全电压以下(但做局部等电位联结后,能有效地降低预期接触电压)。

4 结 语

通过上面的计算分析可知,实施局部等电位联结后,当发生单相接地故障时,人体预期接触电压值会随着相关配电线路中各段配线距离的变化而发生变化。因此,为了保证预期接触电压值<50 V的安全电压,配线距离应保证一定距离。

同时住宅建筑中,户内最大配线距离一定(如小于6 m)的情况下,低楼层在做好局部等电位联结的同时,还应考虑采取其他措施,如采取辅助等电位联结、剩余电流动作保护断路器等,以保证用电的安全性。