低压成套开关设备保护接地过门线探讨

徐森，宋巍

中国质量认证中心上海分中心，上海，201206

0 引言

在电力系统中，低压成套开关设备作为一种使用范围广、安全性要求高的产品，设备存在安全问题，不仅会对安装、使用者带来人身威胁，甚至会对整个电力系统产品影响。因此中国政府将低压成套开关设备的部分产品列入了强制性产品认证目录，通过强制性认证制度，保证企业生产的成套开关设备满足安全要求。 产品保证必要的安全等级，针对不同情况，采取相应的电击防护措施。主要的防护措施有基本防护和故障保护。其中基本防护措施有：①防止直接与危险带电部件接触，利用成套设备本身适宜的结构措施，或在安装过程中采取的附加措施来获得防护；②由绝缘材料提供基本绝缘，将危险带电部分应用绝缘完全覆盖；③挡板或外壳防护，用空气绝缘的带电部件安置在外壳内部或挡板后面。

故障保护措施有：①设置保护导体，每台成套开关设备安装保护导体，以便于电源自动断开；②成套设备的所有外露可导电部分连接在一起，并连接至电源保护导体上，或者通过接地导体与接地装置连接，这种连接可以用金属螺钉、焊接或用其它导体连接来实现；③成套设备内部保护导体的设计为能够承受在的安装场地可能遇到的由为其供电的外部电路故障所引起的最大热应力和动态应力等措施。

低压成套开关设备的柜门、上盖等作为一种外露可导电部件，它们是成套开关设备上能触及到的可导电部件，在正常状况下不带电，但在故障情况下可能会成为危险带电部分。为了保证低压成套开关设备在使用过程中起到故障保护作用，采用多股保护接地过门线将门、上盖与架构相连是一种良好的保护措施。因为保护接地过门线能很好地起到故障保护作用，所以受到生产企业、电力安装公司、监管部门等单位普遍关注。低压成套开关设备的外形不同，不同结构的设备可以有单开门、双开门、上下门；低压成套开关设备的设计方案多样，不同的方案中，电器元件、仪器的安装位置也不同，因此存在不同应用部门对保护接地过门线的使用方式存在多种理解。

作者在工作中经常遇到生产企业、监管部门关于低压成套开关设备的保护接地过门线问题，本文将依据标准给出探讨。低压成套开关设备的外壳材料有金属材料和非金属材料，绝缘材料的壳体不需要连接过门线，因此本文仅探讨金属材料外壳的保护接地过门线问题。

1 分析与探讨

低压成套开关设备的类型主要包括以下几种：低压成套电力开关和控制设备、由一般人员操作的配电板（DBO）、建筑工地用成套设备（ACS）、公用电网动力配电成套设备等。低压成套开关设备常见的结构包括以下几种：固定封闭式成套电力开关设备、抽出式成套电力开关设备、固定分隔式成套开关设备等。

电力开关和控制设备的结构特点为：柜体的构架用异型钢加工拼结成结构件组装而成；柜门用转轴式活动铰链与构架相连，安装、拆卸方便；装有电器元件的仪表门用多股线与构架相连，柜内的安装件与构架间用滚花螺钉连接，整柜构成完整的接地保护电路；柜门、侧板等外观可见部件用环氧粉末静电喷涂。

配电板的结构特点为：采用轨道拼拆结构，另设N、PE专用母排及特殊接线端子，安装的电器元件手柄外露，便于操作，其他带电部件均遮盖于上盖内部或门内部，使用安全可靠。

建筑工地用成套设备和公用电网动力配电成套设备的结构特点为：由冷轧钢板弯制焊接而成，机械强度满足施工现场的正常使用时所遇到的机械应力、电气应力及热应力；用焊接方式将柜门和架构连接，焊接柜门不可拆卸[1]。

低压成套开关设备的柜型多样，针对不同的柜体结构，具体分析保护接地过门线连接的安全符合性。目前，我国低压电力成套开关设备执行GB/T7251系列标准，在该系列标准GB/T7251.1-2013《低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则》第8.4.3.2.2章“接地连接性提供的防止成套设备内部故障引起的后果的要求”规定：在盖板、门、遮板等部件上装有电压值超过特低电压限值（ELV）的电气装置，通常的金属螺钉连接和金属铰链连接则被认为足以能确保连续性。如果在盖板、门、遮板等部件上装有电压值超过特低电压限值（ELV）的器件时，应采取附加措施，以保证接地连续性[2]。

（2）解读标准条款，确定以下两个内容。

①确定特低电压限值（ELV）。GB/T3805-2008《特低电压（ELV）限值》标准用以指导正确选择人体在正常和故障两种状态下使用各种电气设备，并处于各种环境状态下可触及导电零件的电压限值，根据GB/T7251.1-2013对低压成套开关设备的使用环境和场所，特低电压限值可选择为交流55V[3]。

②确定门与设备架构的连接方式。低压成套开关设备的门与架构是金属螺钉连接和金属铰链连接[4]。

（3）按照GB/T7251.1-2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》标准，并结合电力成套开关设备的实际情况，分别研究如下不同情况：

①成套开关设备的柜门是否安装有仪表或者操作电器？

②若柜门上安装有仪表或者操作电器，这些仪表、电器的工作电压值多少？

③柜门与设备的如何连接？

（4）针对上述不同的情况，我们对保护接地过门线的连接做出如下研究分析。

①低压成套开关设备的柜门上没有安装有指示仪表和操作的电器、设备的后门，并用柜门是通过金属铰链和架构进行了连接。这种情况无需另外连接保护接地过门线（如图1所示）。

图1 无保护接地过门线示例1

②低压成套开关设备为双开门，仪表安装在上门，下门通过金属铰链和架构进行了连接。这种情况下门无需另外连接保护接地过门线（如图2所示）。

图2 无保护接地过门线示例2

③低压成套开关设备的柜门安装了仪表或者操作电器，它们的工作电压小于交流55V，并且柜门是通过金属铰链和架构进行了连接。这种情况无需另外连接保护接地过门线。

④低压成套开关设备的柜门安装了仪表或者操作电器，仪表或者操作电器的工作电压超过交流55V，不论柜门通过何种方式与架构进行了连接，都需要连接保护接地过门线（如图3所示）。

图3 有保护接地过门线示例

⑤带有金属上盖的由一般人员操作的配电板（DBO）产品，这类产品接地排（PE）的安装方式一般有两种，一种用金属螺杆将接地排直接固定在外壳，另一种用绝缘件支撑件安装接地排，然后用一根接地线将接地排与外壳连接。由于金属外壳、上盖是用喷塑或喷涂进行表面处理，上盖和外壳的可能接触不良，因此，该类产品另需增加一根将上盖和外壳连接的导线，以便可靠连接（如图4和图5所示）。

图4 配电箱保护接地线示例1

图5 配电箱保护接地线示例2

根据上述分析的情况连接或者不连接保护接地过门线，都应验证设备的故障保护措施是否符合安全要求。按照GB/T7251.1-2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》10.5.2章“成套设备外露可导电部分与保护电路之间的有效接地的连接性”规定的方法进行验证，使用接地电阻测试设备验证不同外露可导电部件是否有效地连接到进线外部保护导体的端子上，并且电路的电阻不应超过0.1Ω[5]。

2 试验

2.1 验证接地连接有效性

为了验证没有安装有仪表或者操作电器的柜门接地连接有效性，作者随机选取了8个样本进行了试验，试验使用的测试设备均为企业的接地电阻测试仪，各型号的接地电阻测试仪符合至少能输出10A交流电流。结果如下表所示。

号 柜型 测量位置 连接方式 接地电阻实测值（mΩ）序测试设备型号1 JXF 柜门 金属铰链连接 13 CC2520 2 XL-21 柜门 金属铰链连接 22 LK2678BX 3 GGD 下门 转轴式活动铰链连接 36 ET2678 4 GGD 后门 金属铰链连接 42 ET2678 5 MNS 主进线柜后门转轴式活动铰链连接 50 CC2520

6 MNS 控制柜后门转轴式活动铰链连接 54 CC2520 7 GCS 主进线柜下门转轴式活动铰链连接 47 CC2521 8 GCS 主进线柜后门转轴式活动铰链连接 48 CC2521

试验结果显示，通过上述方式连接的产品，满足标准要求的接地电阻不大于0.1Ω要求。

2.2 验证仪表或柜门

为了验证安装有超过交流55V仪表或者操作电器的柜门，需要连接保护接地线的故障保护有效性，作者在随机选取的上述样本进行了试验。结果如下表所示。

序号 柜型 测量位置 连接方式 过门线规格接地电阻实测值（mΩ）测试设备型号1 GGD 上门转轴式活动铰链连接4mm2绞合铜导线11 ET2678 2 MNS 主进线柜上门转轴式活动铰链连接4mm2绞合铜导线15 CC2520 3 MNS 控制柜上门转轴式活动铰链连接4mm2绞合铜导线17 CC2520 4 GCS 主进线柜上门转轴式活动铰链连接6mm2铜编织线8 CC2521 5 GCS 控制柜上门转轴式活动铰链连接6mm2铜编织线10 CC2521

试验结果显示，连接有保护接地过门线的产品，满足标准要求的接地电阻不大于0.1Ω要求。

通过上面的对比试验，作者发现，连接有保护接地过门线的接地电阻测试值较小；没有安装仪表或者操作电器的柜门，通常的金属螺钉连接和金属铰链连接能够符合标准要求[6]。

3 保护接地过门线的选用

低压成套开关设备是中国强制性认证目录内产品，元器件和材料的选用均有规定要求。成套开关设备内保护接地过门线大多用的是满足GB/T5023、JB/T8734《额定电压450∕750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电线和软线》标准内的BV、BVR铜导体，保护接地过门线宜选用GB/T3956-2008《电缆的导体》中绞合铜导体或软结构铜导体（见下表）。

标称截面积/mm2 20℃导体最大电阻（Ω/km）绞合导体 软导体1.5 12.1 13.3 2.5 7.41 7.98 4 4.61 4.95 6 3.08 3.30 10 1.83 1.91

建议选用2.5 mm2以上规格的绞合铜导体或软结构铜导体用于保护接地过门线。BV、BVR结构的导线颜色应为黄/绿双色，导线的端头处压接经过电镀处理的铜制冷压端头，保护接地应可靠，并留有充分的旋转余地，保证门开启导线不受损伤。

4 结语

从单个成套开关设备看，保护接地过门线的使用量很少，但在实际中，有些用户要求所有的柜门都必须连接有过门线，甚至要求所有的过门线要使用铜编织线。从资源节约和保证安全的两个角度分析，我们认为首先要确保产品符合标准规定要求，其次要符合资源节约的社会责任，做出合理的设计要求。