工業(yè)建筑等電位聯(lián)結線截面選擇淺論

趙柯宇++張勁松

摘 要：介紹接地與等電位聯(lián)結的基本概念及等電位聯(lián)接在低壓系統(tǒng)用電安全中的作用；給出在不同接地系統(tǒng)形式下，間接接觸電壓的計算方法，并根據(jù)間接接觸電壓的限值要求，推導出等電位聯(lián)結線的阻抗限值的一次表達式，進而計算給出現(xiàn)代典型工業(yè)建筑中等電位連接線截面、長度選取的方法及原則。

關鍵詞：等電位聯(lián)結 工頻接地電阻 間接接觸電壓

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（b）-0035-04

Discussion About Equipotential Bonding in Industrial Buildings

Zhao Keyu1 Zhang Jinsong2

（1.United Design Group Wuhan branch； 2.China Light Industry Wuhan Design Engineering Co.Ltd，Wuhan Hubei，430000， China）

Abstract：Introduce the basic conception of earthing、equipotential bonding and the function of equipotential bonding in security of low voltage system；Give the indirect touch voltage calculating method in different grounding earth system.Give the method、principle of selecting cables cross-sectional area and length.

Key Words：Equipotential bonding； Power frequency grounding resistance； Indirect touch voltage

在配電系統(tǒng)設計中，等電位聯(lián)結是降低接觸電壓，防止間接接觸電擊的有效措施。但在現(xiàn)有的規(guī)范和手冊中僅對等電位聯(lián)結的最大及最小截面做了相應規(guī)定，而對截面大小的選擇及相應截面的最大允許長度未給出相應的計算方法和選用原則，該文就此方面做出相應的探討，并給出典型工業(yè)廠房使用條件下等電位聯(lián)結線的選用原則。

1 接地與等電位聯(lián)結

接地（Earthing）是指將電力系統(tǒng)或電氣裝置的某些導電部分，經(jīng)接地線連接至“地”?！暗亍笔侵改芄┙o或接受大量電荷可用來作為良好的參考電位的物體，一般指大地，工程上取為零電位。接地根據(jù)作用的不同可以分為功能性接地、保護性接地和電磁兼容性接地三大類[1]。

等電位聯(lián)結（Bonding）是將電氣設備的外露可導電部分、裝置外導電部分等用金屬導體適當?shù)芈?lián)結起來，使電氣設備有故障電流流過時，人所能接觸到的兩個導體間的電位基本相等。等電位聯(lián)結與接地的含義是不同的，接地能夠切斷故障回路，防止電氣火災，也能起到電氣安全防護的作用；等電位聯(lián)結能夠減小接觸電壓，防止間接接觸電擊。因此，IEC TC64前主席D.W.M Latimer先生針對這種情況曾明確著文說明“Earthing is not bonding and binding is not earthing”[2]。

2 等電位聯(lián)結的作用與措施

等電位聯(lián)結可以降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬物體間的電位差，避免自建筑物外經(jīng)電氣線路和金屬管道引入的故障電壓的危害；減少保護電器動作不可靠帶來的危險?？偟入娢宦?lián)結在降低接觸電壓方面比接地更有效[3]，可消除沿線路傳導的故障電壓，局部等電位聯(lián)結可以有效降低故障時的接觸電壓[4]。在電氣工程中，常見的聯(lián)結措施有3種，即總等電位聯(lián)結（MEB）、輔助等電位聯(lián)結（SEB）和局部等電位聯(lián)結（LEB）。這3種等電位聯(lián)結在原理上都是相同的，不同之處僅在于作用范圍和工程做法，這些在以往的手冊和相關文獻中均有說明，此處不再贅述[5]。

3 工業(yè)廠房內(nèi)不同接地形式低壓配電系統(tǒng)等電位聯(lián)結線截面的選擇

3.1 工業(yè)廠房低壓配電系統(tǒng)的特點

現(xiàn)代工業(yè)通常占地面積較大，廠房內(nèi)變壓器眾多，接地形式多樣，TN、TT、IT系統(tǒng)在工業(yè)廠房內(nèi)均有可能應用。廠房內(nèi)基礎的地梁鋼筋全部相互連通，以整個廠房的基礎作為接地極，接地電阻通常較小，接地電阻較容易達到4 Ω甚或1 Ω的水平。廠房內(nèi)變壓器低壓側接地電阻與局部等電位聯(lián)結板的接地電阻阻值相近，計算時可以近似認為相等。廠房內(nèi)用電設備通常由變壓器出線低壓開關柜直接配至終端用電設備，且供電線路長度較長，終端用電設備距離變壓器出線低壓開關柜較遠，僅采用接至低壓柜PE母排的PE線不能滿足末端用電設備在系統(tǒng)單相接地故障時其間接接觸電壓小于50 V的要求，需采用直接接至末端用電設備的局部等電位聯(lián)結[6]。

3.2 在TN系統(tǒng)中等電位聯(lián)結線截面的選擇

3.3 TT系統(tǒng)中等電位聯(lián)接線截面的選擇

圖2所示為TT系統(tǒng)，TT系統(tǒng)在工業(yè)廠房設計中常用于給距離廠房內(nèi)變電所較遠的室外電氣設備供電，其設備端接地電阻通常較大，可達到數(shù)百歐。在無等電位聯(lián)結時，用電設備發(fā)生接地故障，這時，接地故障電流通過接地聯(lián)結線阻抗、設備端接地電阻、人體阻抗、地板和鞋襪電阻、變電所接地電阻返回變壓器低壓繞組。人體阻抗、地板和鞋襪電阻串聯(lián)后與接地聯(lián)結線阻抗、設備端接地電阻并聯(lián)。遠大于，對的分流可以忽略不計。設相線阻抗為，則人體的預期接

對于TT系統(tǒng)由于接地聯(lián)結線阻抗（為mΩ級）遠小于設備端接地電阻（為Ω級），故，從式（10）、（11）可知，TT系統(tǒng)中采用小截面長距離電纜供電，且變電所接地電阻較大時的值最小，設采用截面為（5×2.5） mm2銅芯、長度為250 m，電纜供電的用電設備，變電所接地電阻 Ω，設備端接地電阻 Ω，接地聯(lián)結線選用6 mm2銅芯、長度為10米電纜，可求得 V，遠大于50 V；當采用等電位聯(lián)結后，可求得 V，遠小于50 V，滿足規(guī)范要求。由于設備端接地電阻較大，TT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的故障電流通常僅為幾安培，甚至小于1 A，采用6 mm2銅芯導體作為接地聯(lián)結線足夠滿足故障時的載流量要求。

3.4 IT系統(tǒng)中等電位聯(lián)接線截面的選擇

圖3所示為IT系統(tǒng)，當發(fā)生第一次接地故障時，故障電流為無故障相線對地電容電流，電流較小，不切斷電路，接觸電壓也較小，一般小于50 V。如果不排除第一次接地故障，發(fā)展成二次異相接地，對于380 V或660 V（690 V）的IT系統(tǒng)，當外露可導電部分為共同接地時，故障回路的切斷應符合TN系統(tǒng)自動切斷電源的要求；當外露可導電部分為單獨或成組接地時，故障回路的切斷應符合TT系統(tǒng)自動切斷電源的要求。此時的接觸電壓的分析與等電位聯(lián)結線截面的選用亦分別與TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)相同。

4 結論

對于工業(yè)廠房中各種接地形式的低壓配電系統(tǒng)，其等電位聯(lián)結線采用規(guī)范規(guī)定的最小截面6 mm2銅芯導體即可滿足單相接地故障時間接接觸電壓小于等于50 V的要求；但各系統(tǒng)與末端用電設備相聯(lián)的等電位聯(lián)結線截面的選取受制于系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障且保護電器未能斷開低壓供電回路時流過等電位聯(lián)結線上的電流。與廠房內(nèi)的金屬平臺、金屬構架、金屬管道及非用電設備的金屬外殼相聯(lián)的等電位聯(lián)結線，因其上無電流流過，故選用6 mm2銅芯導體即可滿足要求。

不同低壓接地系統(tǒng)與末端用電設備相聯(lián)的等電位聯(lián)結線截面選取原則如下。

（1）對TN系統(tǒng)：若變壓器接地阻抗 Ω，其等電位聯(lián)結線應根據(jù)表2所列的載流量選取相應的電纜截面；若變壓器接地阻抗 Ω及以上時，根據(jù)表2，因流過等電位聯(lián)結線上的電流較小，選擇6 mm2的銅導體已可以滿足各種不同敷設條件下對其載流量的要求。

（2）對于TT系統(tǒng)：若用于對室外用電設備供電，且設備端接地電阻較大的情況下，接地聯(lián)結線選用6 mm2銅芯導體即可滿足要求；若TT系統(tǒng)用于室內(nèi)或用于對遠端其他廠房內(nèi)設備供電，設備端接地電阻較小的情況下，其接地聯(lián)結線的截面，應根據(jù)單相接地短路電流實際大小選取。

（3）對于IT系統(tǒng)：發(fā)生一次接地故障時，接觸電壓一般小于50V；發(fā)展成二次異相接地時，則應切斷相關供電回路。故其等電位聯(lián)結線選用6 mm2銅芯導體即可滿足要求。

參考文獻

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005：871.

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[3] 李志孝.總等電位聯(lián)結在TN-C-S系統(tǒng)中的作用分析[J]. 山西建筑，2003（1）：136.

[4] 陳強，錢洪偉.等電位聯(lián)結在建筑供電設計和低壓配電中的分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2013（11）：112-113.

[5] 戴紹基，李斌勝.論接地與等電位聯(lián)結[J].建筑電氣，2008

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[6] GB50054—2011，低壓配電設計規(guī)范[S].