住宅建筑中局部等電位聯(lián)結(jié)的 作用局限性探討

翁 國 璋

[ABB(中國)有限公司 南京分公司, 江蘇 南京 210005]

0 引 言

局部等電位聯(lián)結(jié)是指在建筑物局部范圍內(nèi)將電氣裝置外露可接近導體和其他外露可接近導體的等電位聯(lián)結(jié),為用電安全所必需,對建筑物防雷和電子信息設備的防護以及其干擾必不可少,在一些電擊危險特別大的場所得到廣泛的應用,如浴室、游泳池等特別潮濕的場所內(nèi)。本文以更加直觀明了的現(xiàn)實場景來分析住宅建筑中局部等電位聯(lián)結(jié)的預期接觸電壓值以及末端配線距離對其影響,來探討局部等電位聯(lián)結(jié)的局限性。

1 計算數(shù)據(jù)來源依據(jù)

住宅建筑中的局部等電位聯(lián)結(jié)如圖1所示。

按圖1來計算預期接觸電壓的具體數(shù)值及其變化,其中進戶線及插座的導線截面按標準JGJ 242—2011《住宅建筑電氣設計規(guī)范》[1]中第6.4.6條的規(guī)定,分別選取10 mm2及2.5 mm2。

根據(jù)文獻[2]中第4章第5節(jié)中表4-23及表4-25,查得變壓器的相保阻抗(變壓器的高低電壓、接線組別按常見的選用10/0.4 kV Dyn1)及部分導線的單位阻抗,如表1、表2所示。

圖1 住宅建筑中的局部等電位聯(lián)結(jié)

表1 SC(B)9變壓器的相保阻抗 mΩ

表2 線路單位阻抗 mΩ/m

2 預期接觸電壓與戶內(nèi)配電箱到插座的配線距離變化之間的關(guān)系

設從低壓配電開關(guān)(如箱變位置)到入戶電表箱(簡稱入戶配線)的距離為50 m,從入戶電表箱到戶內(nèi)配電箱位置的距離為20 m(相當于住在6F),戶內(nèi)配電箱到插座的配線距離為X(單位m),來分析預期接觸電壓與X的關(guān)系。

當用電設備(見圖1中微波爐)處發(fā)生單相相線觸碰外殼的接地故障時,故障電流Id計算公式如下:

以630 kVA的變壓器為例,計算如下:

當圖1中的虛線做局部等電位聯(lián)結(jié)后,人雙手所承受的預期接觸電壓僅為a-b段保護導體上的故障電流Id產(chǎn)生的電壓降Uc:

因此,當Uc>50 V時,計算得X>6.52 m。即在前設條件下,當戶內(nèi)配電箱到插座的配線距離>6.52 m時,即便做局部等電位聯(lián)結(jié),人雙手所承受的預期接觸電壓仍大于安全電壓50 V。

假設從入戶電表箱到戶內(nèi)配電箱位置的距離分別為10 m、30 m、50 m,則分別求得:X(50-10)>4.41 m 時,Uc>50 V;X(50-30)>8.64 m時,Uc>50 V;X(50-50)>12.9 m時,Uc>50 V。

因此,可以得到:在入戶配線距離(如50 m)及從入戶電表箱到戶內(nèi)配電箱位置的距離(如20 m)一定的情況下,戶內(nèi)配電箱到最末端電器設備間的配線距離是有限制的,當超過一定距離(如計算的6.52 m)時,戶內(nèi)即使做局部等電位聯(lián)結(jié),并不能使故障時的預期接觸電壓降低到安全電壓以下。

另外,在入戶配線距離一定時(如50 m),隨著樓層的提高或降低,允許的戶內(nèi)配電箱到最末端電器設備間配線距離也相應地提高或降低。所以,越是低層的樓層允許的戶內(nèi)配電箱到最末端電器設備間的配線距離越短,即當戶內(nèi)配電箱到最末端電器設備(如插座)間的配線距離一定時,樓層越高,越能體現(xiàn)局部等電位聯(lián)結(jié)的優(yōu)點,這在下面分析中也會進一步證實。

3 預期接觸電壓與入戶電表箱到戶內(nèi)配電箱位置的配線距離變化之間的關(guān)系

設戶內(nèi)配電箱到插座的配線距離為6 m,而入戶電表箱到戶內(nèi)配電箱位置的距離變?yōu)閄1(單位m),其他假設條件不變,計算預期接觸電壓的數(shù)值:

當按圖1中虛線做局部等電位聯(lián)結(jié)后,人雙手所承受的預期接觸電壓僅為a-b段保護導體上的故障電流Id產(chǎn)生的電壓降Uc1:

因此,計算得X1<17.54 m。即當?shù)蛪号潆婇_關(guān)(如箱變位置)到入戶電表箱的距離為50 m,戶內(nèi)配電箱到插座的配線距離為6 m時,入戶電表箱到戶內(nèi)配電箱位置的配線距離<17.54 m,即使做局部等電位聯(lián)結(jié),人雙手所承受的預期接觸電壓仍大于安全電壓50 V。

若從低壓配電開關(guān)(如箱變位置)到入戶電表箱的距離分別為30 m、20 m時,通過計算得出結(jié)果:X1(30-6)<21.6 m時,Uc1>50 V;X1(20-6)<23.62 m時,Uc1>50 V。

從以上計算可以得到結(jié)論:在一棟高層建筑中,低壓配電開關(guān)(如箱變位置)到單元入戶電表箱的配線距離(如50 m或30 m,本段樓層說法與此對應)及其家庭戶內(nèi)配線距離(如6 m)相同的情況下,樓層越高(若一層按3 m的配線距離算),如6F(或7F)及以上的樓層,戶內(nèi)做局部等電位聯(lián)結(jié),具有非常明顯的作用,能使故障時的預期接觸電壓控制在安全電壓50 V以下;而6F(或7F)以下的樓層,戶內(nèi)做局部等電位聯(lián)結(jié),并不能使故障時的預期接觸電壓減少到安全電壓以下(但做局部等電位聯(lián)結(jié)后,能有效地降低預期接觸電壓)。

4 結(jié) 語

通過上面的計算分析可知,實施局部等電位聯(lián)結(jié)后,當發(fā)生單相接地故障時,人體預期接觸電壓值會隨著相關(guān)配電線路中各段配線距離的變化而發(fā)生變化。因此,為了保證預期接觸電壓值<50 V的安全電壓,配線距離應保證一定距離。

同時住宅建筑中,戶內(nèi)最大配線距離一定(如小于6 m)的情況下,低樓層在做好局部等電位聯(lián)結(jié)的同時,還應考慮采取其他措施,如采取輔助等電位聯(lián)結(jié)、剩余電流動作保護斷路器等,以保證用電的安全性。