公路隧道局部等电位联结问题研究

易雷，魏昱，吴宏伊

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

公路隧道配电通常采用TN-C-S或TN-S系统接地型式[1]。TN系统中，当保护电器未能及时切断电源时，等电位联结能有效降低接触电压，避免触电事故发生[2]。由于公路隧道构筑物的特殊性，其配电系统的供电距离一般较长，仅在隧道洞口设置总等电位联结，难以保证安全性，必须合理的设置局部等电位联结。

1 局部等电位联结的重要性

如图1，电源点距离隧道洞口总等电位联结端子排（后简写为MEB）距离为l0，用电设备至MEB距离为l1。当隧道内电气装置发生单相接地故障时，相线L和PE线流过短路电流Id。若保护电器未能动作，则电气装置带故障电压，由于隧道洞口总等电位联结作用，该故障电压Uf等于故障电流流过a、b点之间PE线产生的压降Ua-b[3]。

图1 隧道总等电位联结示意图

隧道作为狭长型的交通建筑物，其供电半径往往较大，并且由于隧道内环境等因素的影响，变电所的选址受到很大的限制，导致隧道内存在大量的长距离配电线路。当配电线路过长时，其相保阻抗会较大，发生单相接地故障时的故障电流较小，保护电器的动作时间容易超过规定值[4]，接触电压Uf通常也大于50V。因此为保障人身安全，还需要在洞内增设局部等电位联结，以降低该故障电压，使其小于安全电压限值50V[5]。

2 局部等电位联结设置间距

如图2，电源点与隧道洞口MEB的距离为l0，在隧道洞内按照间距li（i=1,2， ,n-1）设置n-1处局部等电位联结（后简称为LEB），将隧道内配电箱PE排、金属管道、电缆桥架等装置外可导电部分连接。

图2 隧道局部等电位联结示意图

为便于分析，将电源点至MEB之间的相导体、PE导体电阻计为Rph.0、RPE.0；MEB与LEB之间的相导体、PE导体电阻计为Rph.1、RPE.1，相邻LEB间的相导体、PE导体电阻计为Rph.i、RPE.i，绘制短路时等效电路图，如图3。

图3 故障回路等效电路图

隧道配电系统低压线路长度较长，且多采用电缆，其线路阻抗远大于电力系统阻抗，且电缆的电抗又远小于电阻[6]，工程计算中系统阻抗和电缆电抗均可忽略不计。此时，线路末端单相短路故障电流[7]的计算可公式简化为：

当电气设备发生接地故障时,故障电压Uf由于局部等电位联结LEBn-1的作用降低为故障电流流过a、bn点之间PE线产生的压降Ua-bn：

为保证接触电压Uf≤50V，则需满足：

按照相线、PE线导体截面积之比不同，分为以下两种情况分析：

（1）当PE线和相线截面积相等时，有公式：

式中i=0，1， ，n；r为线缆单位长度电阻，（Ω/m）。

公式（2）代入公式（1）得到：

变换可得：

推导可得：

进一步推导可得：

（2）当PE线截面积为相线截面积的一半时，有公式：

式中rPE为PE线单位长度电阻，（Ω/m）。

公式（4）代入公式（1）得到：

变换可得：

推导可得：

3 结论

当公路隧道配电系统采用TN系统接地型式时，为保证接触电压小于或等于50V，除在隧道洞口设置总等电位联结外，还应在隧道内设置局部等电位联结，相邻局部等电位联结之间的间距应满足下面公式：

式中：

k——当配电线路PE线截面与相线截面相等时取0.83；当配电线路PE线截面为相线截面的一半时取0.52。

在实际工程中，MEB和LEB应在隧道土建施工阶段预留到位，并与隧道衬砌钢筋、锚杆、钢拱架等连通相连接[8]。由公式（6）不难推导出，因此可按照最小距离l1，即k×l0的等间距预留局部等电位联结端子排。机电设备安装施工时，再将末端配电箱PE排、金属管道、电缆桥架、金属线槽等装置外可导电部分在此端子板上互相联结，即可使该用电场所成为一个等电位法拉第笼，笼内的故障接触电压可降低到50V以下，实现有效的电击防护[9]。