電擊防護-保護等電位聯(lián)結(jié)之我見

馬亞雄， 高 磊， 盧 歡

(中國海誠工程科技股份有限公司，上海 200031)

0 引言

保護等電位聯(lián)結(jié)作為電擊防護措施之一，工程建設(shè)中便于實施且效果顯著，應(yīng)用十分廣泛。但在實際設(shè)計工作中，由于對其基本原理理解不足、概念術(shù)語不清晰及設(shè)置要求不明確，導(dǎo)致大部分設(shè)計人員對保護等電位聯(lián)結(jié)不重視、設(shè)置不合理或不經(jīng)濟。本文僅對電擊防護措施中的保護等電位聯(lián)結(jié)進行探討，期望可以解答上述問題，對用于爆炸危險場所、抗電磁干擾及雷電防護等的保護等電位聯(lián)結(jié)，不在本文探討之列。

1 簡要介紹

保護等電位聯(lián)結(jié)，顧名思義就是將要求范圍內(nèi)的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分聯(lián)結(jié)在一起，使之不超過可直接接觸電壓限值。就人體電擊防護而言，參考《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊(第四版)》(以下簡稱“手冊”)或GB/T 3805-2008《特低電壓(ELV)限值》中要求，可直接接觸電壓限值一般推薦為：一般干燥環(huán)境，AC 50V；一般潮濕環(huán)境，AC 25V； 一般水下環(huán)境，AC 12V。根據(jù)其作用不同，保護等電位聯(lián)結(jié)可分為總等電位聯(lián)結(jié)和輔助等電位聯(lián)結(jié)。

總等電位聯(lián)結(jié)的作用：將進入建筑物的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分進行聯(lián)結(jié)，防止建筑物外傳入危險電位。此為自動切斷電源電擊防護措施的必選項，因為建筑物內(nèi)保護電器無法檢測到建筑物外設(shè)備的故障電流，但故障電壓卻可以傳導(dǎo)至建筑物內(nèi)。

輔助等電位聯(lián)結(jié)的作用：將某個區(qū)域內(nèi)的可同時觸及的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分進行聯(lián)結(jié)，使其電位差保持在安全范圍內(nèi)。此處應(yīng)注意，較于時間較早的GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱GB50054)，最新的GB/T 16895.3-2017《低壓電氣裝置 第5-54部分：電氣設(shè)備的選擇和安裝 接地配置和保護導(dǎo)體》(以下簡稱16895.3)的附錄B可看出，已無“局部等電位”之概念。

為方便后續(xù)論述和表達更加直觀，以16895.3附錄B為基礎(chǔ)，給出圖示1。

圖1 保護等電位聯(lián)結(jié)和接地配置示例

2 具體分析

2.1 總等電位聯(lián)結(jié)

通常在總配電間設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)端子箱，在設(shè)備機房(如水泵房、空調(diào)機房、燃?xì)獗黹g等)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)端子板，上述兩者均和接地裝置連接，整體認(rèn)為是總等電位聯(lián)結(jié)。

上述做法不妥之處：各類金屬管線應(yīng)在進入建筑物處，進行保護等電位聯(lián)結(jié)。接地裝置內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋作為總等電位的延伸部分將各等電位端子連接，當(dāng)鋼筋采用綁扎方式連接時，其連接認(rèn)為是不可靠的。依據(jù)見：16895.3的附錄C中C.3.5“基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋僅有鐵絲所做的綁扎連接不適用于保護目的”，此處保護應(yīng)包括雷電防護和電擊防護。

正確的做法可參考國標(biāo)圖集15D502《等電位聯(lián)結(jié)安裝》(以下簡稱15D502)，作為總等電位聯(lián)結(jié)組成部分的各等電位端子應(yīng)通過環(huán)形導(dǎo)體連接起來，且應(yīng)各自接地，保證進入建筑物的各類管線就近進行保護等電位聯(lián)結(jié)，如圖1所示。

總等電位保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體截面，見GB50054第3.2.15款或16895.3第544.1款。此處應(yīng)注意，不同于時間較早的GB50054稱PE導(dǎo)體為“保護導(dǎo)體”，最新的16895.3第541.3.6款明確“用于電擊防護時，保護導(dǎo)體包括保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體、保護接地導(dǎo)體和接地導(dǎo)體”，如圖1所示“1和5”，PE導(dǎo)體應(yīng)為“保護接地導(dǎo)體”。

2.2 輔助等電位聯(lián)結(jié)

通常在設(shè)置滿足要求的總等電位聯(lián)結(jié)的基礎(chǔ)上，還需根據(jù)具體情況設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)。設(shè)置輔助等電位的情況有：在一般場所，根據(jù)GB 50054 第5.2.5款，要求在保護電器不能在規(guī)定時間內(nèi)可靠切斷電源時，即：自動切斷電源措施失效，對TN系統(tǒng)不滿足GB 50054第5.2.8款要求，或不滿足《19DX101-1 建筑電氣常用數(shù)據(jù)》(以下簡稱“19DX101-1”)表4.31的要求，才在某個區(qū)域設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)。在特殊場所(GB16895系列標(biāo)準(zhǔn)中的第7部分)中，如浴室、游泳池等是基于其直接接觸電壓限值要求更嚴(yán)格出發(fā)；牛棚等農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖場所是基于動物電擊耐受能力低于人體出發(fā)；游藝場所、臨時施工場所等基于實際管理困難、人員復(fù)雜出發(fā)等，設(shè)置保護等電位聯(lián)結(jié)作為附加保護措施。

通常情況下，采用保護電器(如斷路器、熔斷器等)實現(xiàn)自動切斷電源措施，可滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，即保護電器能在規(guī)定時間內(nèi)可靠切斷電源，亦或可采取減小斷路器瞬時脫扣電流、減小線纜阻抗、采用RCD等措施，來優(yōu)先滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，一般情況下僅需要在特殊場所設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)。

在實際設(shè)計，在廚房、分配電間、車間等處設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)，主要是基于主觀感覺該類場所是潮濕環(huán)境、用電設(shè)備多、可活動空間小等，存在電擊危險，安全起見設(shè)置了輔助等電位聯(lián)結(jié)。其實當(dāng)自動切斷電源措施有效時，是本來可以不設(shè)置的。

如圖1所示，輔助等電位聯(lián)結(jié)“SEBT”并沒有和區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋聯(lián)結(jié)，也沒有接地裝置T1連接。因為輔助等電位聯(lián)結(jié)的目的，僅僅是保證某個區(qū)域內(nèi)人可同時觸及的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分不存在危險電位差，區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋是不可觸及部分。設(shè)置輔助等電位端子(箱)，是為了方便實施和便于檢驗，極限情形下，甚至可以直接將某個區(qū)域內(nèi)人可同時觸及的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分直接用保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體聯(lián)結(jié)，也可達到輔助等電位聯(lián)結(jié)的作用。不與接地裝置連接，是因為該區(qū)域內(nèi)已經(jīng)通過用電設(shè)備的PE導(dǎo)體，和接地裝置進行了連接，如圖1中SEBT處至MET處的1的路徑。與接地裝置進行聯(lián)結(jié)，屬于總等電位聯(lián)結(jié)的內(nèi)容，輔助等電位聯(lián)結(jié)無此內(nèi)容。將輔助等電位和接地裝置連接，會導(dǎo)致正常泄漏電流和故障電流沿PE導(dǎo)體之外的路徑回流，如圖1中SEBT處至MET處的虛線5的路徑，是不期望的路徑。至于16895系列標(biāo)準(zhǔn)中的第7部分提到的特殊場所，如游泳池、家畜養(yǎng)殖場所等利用結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)或設(shè)置金屬網(wǎng)格，其目的是電位均衡，并非是為了輔助等電位聯(lián)結(jié)。

輔助等電位保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體的截面，由GB50054第3.2.16款或16895.3第544.2款可知：聯(lián)結(jié)外露可導(dǎo)電部分的保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體，和區(qū)域內(nèi)PE導(dǎo)體的截面有關(guān)，因為該部分保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體可能會通過正常泄露電流和接地故障電流；聯(lián)結(jié)外界可導(dǎo)電部分的保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體，應(yīng)滿足GB50054第3.2.14.3款或16895.3第543.1.3款要求，即最低機械強度要求。因此，在用電設(shè)備容量較大的車間、廚房和分配電間設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)時，不同于總等電位保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體截面有不大于25mm2的限制要求，輔助等電位保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體截面可能會超過25mm2，這顯然是不合理且不經(jīng)濟的。而且大部分I類用電設(shè)備，其內(nèi)部都會有和PE導(dǎo)體聯(lián)結(jié)的端子，如配電箱門內(nèi)、燈具內(nèi)等。若再在這些區(qū)域設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)，勢必會出現(xiàn)不便于施工、影響美觀、破壞設(shè)備外觀等情形，這顯然也是不合理且不經(jīng)濟的。

根據(jù)GB/T 17045-2008《電擊防護 裝置和設(shè)備的通用部分》中3.6節(jié)可知，外界可導(dǎo)電部分為非電氣裝置的組成部分，且易引入電位(通常為地電位)的可導(dǎo)電部分。如廚房內(nèi)的水槽(排水軟管為塑料)、與地絕緣的金屬桌子(桌角墊有橡膠)、金屬椅子等，由于無法引入地電位，不應(yīng)屬于外界可導(dǎo)電設(shè)備，此類設(shè)備亦無可用于等電位聯(lián)結(jié)的端子，無需進行輔助等電位聯(lián)結(jié)。因此，某些區(qū)域內(nèi)并不是所有可導(dǎo)電部分都需要進行等電位聯(lián)結(jié)。

正確的做法是：一般場所，當(dāng)自動切斷電源措施失效時，對于可同時觸及的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分，需設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)；特殊場所，應(yīng)按照16895系列標(biāo)準(zhǔn)中的第7部分的要求，針對可同時觸及的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分，設(shè)置輔助等電位用于附加保護。

2.3 橋架等電位聯(lián)結(jié)

當(dāng)前現(xiàn)行的很多規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，要求“橋架應(yīng)各段用保護聯(lián)結(jié)導(dǎo)體跨接、且每30m需要和PE導(dǎo)體聯(lián)結(jié)，首尾應(yīng)可靠接地”。通常采取在橋架內(nèi)設(shè)置扁鋼或者橋架各段跨接，就近與等電位聯(lián)結(jié)端子聯(lián)結(jié)措施實現(xiàn)上述要求。此處應(yīng)注意，在國際上是沒有“橋架”一詞，只有導(dǎo)管conduit、管槽ducting、槽盒trunking、托盤tray、梯架ladder。國內(nèi)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中在術(shù)語使用中會出現(xiàn)“橋架”，是不準(zhǔn)確的，準(zhǔn)確的術(shù)語可參照GB/T 2900.71-2008《電工術(shù)語電氣裝置》第3.6章節(jié)。

實際情況中，大部分橋架位于人不可觸及的位置，不存在電擊危險。配電間等處可觸及橋架，其內(nèi)部敷設(shè)的大部分是帶有非金屬護套的電纜。依據(jù)GB 16895.21-2011《低壓電氣裝置 第4-41部分：安全防護 電擊防護》(以下簡稱“16895.21”)第412.2.4款，該類布線系統(tǒng)基本絕緣為基本保護，非金屬護套為故障保護，滿足雙重絕緣或者加強絕緣的要求，為II類設(shè)備，可不必再采取其他電擊防護措施。

根據(jù)17045中3.6節(jié)的注可知，用于敷設(shè)帶有非金屬護套線纜的橋架，僅在配電箱故障或者用電設(shè)備故障時，會因為接觸到帶電的外露可導(dǎo)電部分(配電箱外殼或用電設(shè)備外殼)而變成帶電體，此時橋架不被認(rèn)為是外露可導(dǎo)電部分。

因此，關(guān)于橋架(金屬配管類同)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)的要求，對用于敷設(shè)帶有非金屬護套線纜的橋架，從電擊防護措施的保護等電位聯(lián)結(jié)而言，是非必須的。若要跨接，不僅需要滿足機械強度要求。因為，當(dāng)橋架或金屬線管和PE導(dǎo)體連接時，可能會將故障電流分流，如圖1中的虛線5所示。

3 結(jié)束語

就電擊防護措施而言，實際設(shè)計中的基本原則為：一般場所中應(yīng)該以總等電位聯(lián)結(jié)和保護電器自動切斷電源為主，布線系統(tǒng)應(yīng)該以自動切斷電源和雙重絕緣或加強絕緣為主，在自動切斷電源失效時，采用輔助等電位聯(lián)結(jié)補充；特殊場所應(yīng)該以RCD(30mA)和輔助等電位聯(lián)結(jié)等作為附加保護。因此，電擊防護措施中保護等電位聯(lián)結(jié)的設(shè)置，應(yīng)該是有限的、便于施工、便于檢驗且經(jīng)濟合理的。對于目前設(shè)計中的通常做法，如分配電間、車間內(nèi)等采用與接地裝置連接的一圈扁鋼作為等電位聯(lián)結(jié)、橋架內(nèi)設(shè)置通長扁鋼等，可能是因為未設(shè)置單獨的PE導(dǎo)體而以扁鋼或建筑物鋼筋作為PE導(dǎo)體的遺留做法，或是出于雷擊防護或者抗電磁干擾而設(shè)置的等電位聯(lián)結(jié)。