住宅建筑配電剩余電流保護(hù)方案探討

摘要：做好住宅建筑的剩余電流保護(hù)工作能保護(hù)建筑避免電氣火災(zāi)和電擊事故。本文結(jié)合高層住宅電流配置的特點(diǎn)，巧妙地使用了三級(jí)剩余電流保護(hù)，確保建筑供電的保護(hù)有效性和可靠性，在分析每個(gè)因素的影響后，對(duì)比選擇了RCD的參數(shù)和安裝的部位，在建筑總電源的剩余電流保護(hù)中使用母線插接箱、非消防配電總箱設(shè)300mARCD的方法，其他地方分別設(shè)置二級(jí)剩余電流保護(hù)。

關(guān)鍵詞：住宅建筑;剩余電流保護(hù);方案;電壓

進(jìn)入新時(shí)期以來(lái)，我國(guó)的高層住宅建筑建設(shè)施工項(xiàng)目越來(lái)越多，由于建筑對(duì)供電要求較高，配電剩余電流保護(hù)一直是一項(xiàng)重要的工作。但是一些住宅建筑由于沒(méi)有選擇合適的剩余電流保護(hù)方案，導(dǎo)致建筑安全性能受到影響，如何選擇正確的方案并實(shí)施成為人們關(guān)心的問(wèn)題。下面就這方面進(jìn)行討論分析。

1"剩余電流保護(hù)的作用

住宅建筑的低壓配電常采用TN接地型式，短路保護(hù)、剩余電流保護(hù)是常用的接地故障保護(hù)方式。接地故障是低壓配電線路中的帶電體與大地或與大地有連接的導(dǎo)體之間發(fā)生的短路，包括電氣設(shè)備外殼、PE線和PEN線等，它區(qū)別于一般的短路故障。接地故障為金屬性短路時(shí)，故障電流較大，可以采用短路保護(hù)兼做接地故障保護(hù)。若發(fā)生接地故障時(shí)存在較大的阻抗，故障電流就會(huì)很小，短路保護(hù)往往難以發(fā)揮作用。RCD通過(guò)電流互感器檢測(cè)故障電流（能檢測(cè)到毫安級(jí)電流），用作接地故障保護(hù)時(shí)具有很高的靈敏度，能及時(shí)切斷故障回路，避免造成電氣火災(zāi)或電擊事故。

2"高層住宅剩余電流保護(hù)方案分析

2.1"高層住宅建筑的低壓配電簡(jiǎn)述

在高層住宅建筑中，住戶、商鋪等常由公變壓器供電;公共照明、公用設(shè)備等則由物業(yè)專變壓器供電。公變壓器部分：從小區(qū)變低壓配電柜通過(guò)電纜線路供電到建筑各個(gè)單元的母線始端箱，各單元電力豎井內(nèi)安裝密集型母線，單元內(nèi)每層設(shè)母線插接箱和計(jì)量箱，通過(guò)母線插接箱向計(jì)量箱供電，再由計(jì)量箱向各住戶終端箱供電，終端箱負(fù)責(zé)戶內(nèi)用電;專變壓器部分：從物業(yè)專變壓器低壓配電柜供到建筑配電總箱（常分為消防配電總箱和非消防配電總箱），然后供電到公共照明配電箱和設(shè)備配電箱。

2.2"住戶終端箱的剩余電流保護(hù)

對(duì)于住宅建筑，GB50096第8.7.2條規(guī)定：除壁掛式分體空調(diào)機(jī)電源插座外，電源插座回路應(yīng)設(shè)置剩余電流保護(hù)裝置。擬列舉幾種可能的住戶終端箱的剩余電流保護(hù)方案進(jìn)行分析。

方案1：除壁掛式分體空調(diào)機(jī)插座外，各電源插座回路分別安裝RCD，照明回路及電源進(jìn)線不設(shè)置RCD。插座回路一般選用額定剩余動(dòng)作電流不超過(guò)30mA的一般型（無(wú)延時(shí)）RCD，兼顧直接或間接接觸電擊事故防護(hù)，能較好地保證人身安全。該方案完全符合規(guī)范要求，優(yōu)點(diǎn)是：某一插座回路RCD動(dòng)作時(shí)不會(huì)影響其他插座和照明回路。缺點(diǎn)是：戶內(nèi)照明回路發(fā)生小電流接地故障時(shí)，可能直接切斷建筑總電源進(jìn)線，影響其他住戶，不利于供電穩(wěn)定性。

方案2：電源進(jìn)線安裝30mARCD，各出線回路均不設(shè)置RCD。在規(guī)范中并未明確規(guī)定要在每個(gè)插座回路分別安裝RCD，且未規(guī)定照明回路不能設(shè)置RCD，應(yīng)該說(shuō)，該方案所有插座和照明回路共用RCD也滿足規(guī)范要求。該方案的優(yōu)點(diǎn)是不管戶內(nèi)的插座還是照明回路發(fā)生接地故障，RCD都能及時(shí)切斷住戶進(jìn)線電源，不會(huì)影響其他住戶。存在的不足是：一個(gè)插座回路發(fā)生漏電跳閘時(shí)，影響其他插座回路和照明，不便于故障排查;另外現(xiàn)代住宅中，家用電器較多，配電線路較長(zhǎng)，正常泄漏電流較大，隨著電氣設(shè)備和線路使用年數(shù)的增多，泄漏電流進(jìn)一步增大，30mA進(jìn)線RCD可能誤動(dòng)作。

結(jié)合前兩個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)，形成方案3：在電源進(jìn)線和各插座回路（除壁掛式空調(diào)機(jī)插座外）分別安裝RCD。插座回路選用30mA一般型RCD，進(jìn)線RCD的額定剩余不動(dòng)作電流應(yīng)大于保護(hù)線路的正常泄漏電流，并考慮和出線回路RCD的協(xié)調(diào)配合。住戶終端箱以單相電源進(jìn)線、單相出線的情況居多，下面做重點(diǎn)分析。

因?yàn)榧译姷氖褂们闆r是動(dòng)態(tài)的，并且泄漏電流可能隨絕緣阻抗、空氣濕度及溫度等變化，正常泄漏電流值往往難以準(zhǔn)確計(jì)算，一戶住宅的正常泄漏電流做如下估算：常用電器正常泄漏電流值約為5mA。布線主要使用1.5～4mm2聚氯乙烯絕緣電線（BV線）穿管暗敷，存在泄漏電流的主要為帶電的相線，按200m、泄漏電流52mA/km估算，泄漏電流為10.4mA。一戶總的最大正常泄漏電流約15mA。

進(jìn)線RCD的額定剩余動(dòng)作電流IΔn應(yīng)滿足IΔn≥4IXL=4×15mA=60mA，且IΔn≥3IΔncz=3×30mA=90mA。

式中，IΔn為進(jìn)線RCD的額定剩余動(dòng)作電流;IXL為一戶最大正常泄漏電流;IΔncz為插座回路的額定剩余動(dòng)作電流。

一般型RCD動(dòng)作時(shí)間在0.1s以內(nèi)，進(jìn)線RCD與插座回路RCD的動(dòng)作時(shí)間差取0.2s。進(jìn)線RCD選用IΔn為100mA，延時(shí)0.3s，可滿足可靠性和選擇性要求。衛(wèi)生間環(huán)境較為潮濕，照明回路也應(yīng)考慮間接接觸電擊防護(hù)，可以把衛(wèi)生間照明和插座設(shè)計(jì)在同一個(gè)回路，設(shè)置30mARCD進(jìn)行保護(hù)。典型的單相進(jìn)線、單相出線終端箱的系統(tǒng)圖如圖所示。商鋪等部位使用的三相進(jìn)線、單相出線終端箱的進(jìn)線可以安裝三相四極、100mA、0.3s的RCD。

圖典型的單相進(jìn)線、單相出線終端箱的系統(tǒng)圖

2.3"住宅總電源進(jìn)線的剩余電流保護(hù)

電弧性接地是引發(fā)電氣火災(zāi)的重要原因之一。電弧性接地具有較大的阻抗，其限制了故障電流，過(guò)電流保護(hù)不能及時(shí)動(dòng)作而切斷電源，幾百毫安的漏電弧可產(chǎn)生2000℃以上的局部高溫，足以引起火災(zāi)。為避免接地故障引起電氣火災(zāi)，GB50096第8.7.2條第6點(diǎn)規(guī)定：每幢住宅的總電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)或剩余電流動(dòng)作報(bào)警。防火剩余電流動(dòng)作值不宜大于500mA，在2010版IEC60364-4-42中規(guī)定不大于300mA。

住宅公變壓器配電的總電源進(jìn)線RCD可能的安裝部位是母線始端箱、母線插接箱或計(jì)量箱。在母線始端箱設(shè)置300mARCD，理論上可行，設(shè)計(jì)時(shí)使三相負(fù)荷均衡，即使單元內(nèi)住戶很多，正常泄漏電流的代數(shù)和可能很大，但三相泄漏電流的矢量和卻很小，甚至接近零，一相發(fā)生非正常漏電達(dá)300mA時(shí)，RCD動(dòng)作。但實(shí)際上，住宅主要為單相負(fù)荷，各條線路長(zhǎng)短不一，每戶電器使用情況差別很大，不可能做到三相正常泄漏電流平衡。當(dāng)始端箱RCD保護(hù)的住戶較多，各相泄漏電流差別較大時(shí)，運(yùn)行不可靠，下面舉一個(gè)例子進(jìn)行計(jì)算分析。

假如總進(jìn)線RCD保護(hù)1梯4戶，11層，共44戶，平均每相15戶。根據(jù)每戶最大15mA估算，每相正常泄漏電流可能達(dá)200mA以上。

1）假定正常泄漏電流A相200mA、B相30mA、C相30mA，相位差120°，那么三相泄漏電流矢量和為170mA，大于300mARCD的額定剩余不動(dòng)作電流150mA，可能誤動(dòng)作。

2）假定正常泄漏電流A相140mA、B相10mA、C相10mA，相位差120°，B相發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)性電弧接地，泄漏電流值達(dá)300mA。正常泄漏電流主要是對(duì)地電容電流，接地故障回路容抗遠(yuǎn)大于阻抗，正常泄漏電流相位超前故障泄漏電流，取相位差90°。通過(guò)畫矢量圖，計(jì)算4者的矢量和為198mA，即RCD檢測(cè)到的漏電流為198mA，小于額定剩余動(dòng)作電流，可能拒動(dòng)作。

始端箱安裝RCD，保護(hù)的樓層和住戶越多，各相正常泄漏電流及不平衡度就可能越大，誤動(dòng)作或拒動(dòng)作的可能性也越大。在母線插接箱或計(jì)量箱進(jìn)線安裝RCD運(yùn)行較可靠，安裝在插接箱內(nèi)最佳，這樣計(jì)量箱進(jìn)線電纜也在保護(hù)范圍內(nèi)。相比母線始端箱，此處RCD保護(hù)的住戶少，各相正常泄漏電流較小，差別也小，即RCD動(dòng)作影響范圍不大，較可靠?？紤]和下游的協(xié)調(diào)配合，可以選用額定剩余動(dòng)作電流300mA，延時(shí)0.5s動(dòng)作的三相四極RCD?？紤]下游已設(shè)置兩級(jí)剩余電流保護(hù)，本級(jí)RCD可動(dòng)作于報(bào)警，并可利用小區(qū)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，把漏電報(bào)警信號(hào)接入有人值班的消防控制室，但在消防主機(jī)上應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分漏電報(bào)警和火災(zāi)報(bào)警。從上面例子也可看出，三相四極RCD對(duì)單相用戶的電氣火災(zāi)預(yù)防并不可靠。住戶內(nèi)易燃物多，裝修時(shí)電氣布線可能較隨意，是電氣火災(zāi)的易發(fā)部位，住戶終端箱電源進(jìn)線設(shè)置的二極100mARCD靈敏度高，不受泄漏電流不平衡的影響，預(yù)防戶內(nèi)電氣火災(zāi)更可靠。

住宅的消防配電總箱對(duì)供電穩(wěn)定性要求很高，其負(fù)荷變頻電梯等正常泄漏電流較大，不宜安裝RCD。非消防配電總箱的電源進(jìn)線可以設(shè)置300mA一般型RCD，動(dòng)作于報(bào)警，并把報(bào)警信號(hào)接入消控室。

2.4"RCD安裝及等電位聯(lián)結(jié)

要保證RCD可靠運(yùn)行，除了正確選型外，還要正確安裝。安裝時(shí)必須嚴(yán)格區(qū)分N線和PE線，嚴(yán)禁PE線穿過(guò)RCD電流互感器的磁回路，嚴(yán)禁將RCD負(fù)荷側(cè)的中性線接地。RCD所保護(hù)的電氣裝置的外露導(dǎo)電部分應(yīng)經(jīng)PE線接地。接線時(shí)應(yīng)注意區(qū)分電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)，不得反接。

外露導(dǎo)電部分接地、等電位聯(lián)結(jié)是降低建筑物電氣裝置接觸電壓的基本措施。剩余電流保護(hù)應(yīng)輔以等電位聯(lián)結(jié)，才能更好的保障人身安全、預(yù)防電氣火災(zāi)。等電位聯(lián)結(jié)分總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)?？偟入娢宦?lián)結(jié)作用于全建筑物，要求將建筑物內(nèi)配電箱PE母線、接地線、金屬管及建筑鋼筋等互相聯(lián)結(jié)，形成等電位體，其作用在于使導(dǎo)電部分與大地間電位趨近，并消除自外部竄入建筑的故障電壓引起的危險(xiǎn)電位差。衛(wèi)生間因較為潮濕，應(yīng)對(duì)上述可導(dǎo)電部分再做一次聯(lián)結(jié)，形成局部等電位聯(lián)結(jié)，以進(jìn)一步減少電位差，接地故障時(shí)的接觸電壓只是故障電流分流在一小段局部等電位聯(lián)結(jié)線上的電壓降，可以大大降低。電氣裝置的PE線還應(yīng)盡量重復(fù)接地，以降低接地故障時(shí)PE線和金屬外殼的對(duì)地電壓。

3"結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高層住宅建筑中使用剩余電流保護(hù)是有效的保護(hù)方式，這個(gè)方法能夠在事故發(fā)生時(shí)及時(shí)切斷故障電流很小的接地故障回路，能夠明顯地降低住宅建筑電氣火災(zāi)和電擊事故的發(fā)生概率，對(duì)于保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的措施，值得我們推廣應(yīng)用。

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