民用建筑物電氣設計論文

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摘要：以國家現(xiàn)行規(guī)范為基礎，對中小型民用建筑物電氣設計中漏電保護器應用的必要性進行了分析，對漏電保護器在實際工程應用中設計配置方法進行了論述。另外提出了使用電子式漏電保護器應注意的事項

關鍵詞：漏電保護配電裝置電氣設計漏電保護器

漏電保護器（RCD）在我國應用已多年，積累了不少經驗。但是在中小型民用建筑物，特別是住宅的電氣設計中，應用尚不夠重視。由于強制性國家標準《住宅設計規(guī)范》（GB50096-1999）自1999年6月1日起實施，進一步強調了居民用電的安全性和可靠性。因此，我們應重視中小型民用建筑物供配電線路設計中對漏電的保護。

一、安裝漏電保護器的必要性

接地故障（接地短路）有金屬性和電弧性兩種形式。故障點熔焊，故障點阻抗可忽略不計的接地故障為金屬性接地故障。這時設備外殼對地故障電壓Uf為PEN線和PE線上電壓降之和△U

Uf=△U=Id(ZPEN+ZPE）

=（ZPEN+ZPE）U0/Zs

=[U0(ZPEN+ZPE)]/[ZL+ZPEN+ZPE]

式中Id——接地故障電流（A）；

U0——相電壓（220V）；

ZL、ZPEN、ZPE——各為相線、PEN線、PE線阻抗(Ω)

ZS——接地故障回路總阻抗(Ω)

計算中忽略了變壓器阻抗。如果相線和PEN線截面相同，則ZPEN+ZPE=ZL

Uf=0.5U0=110V

考慮建筑物內等電位聯(lián)結減少觸電壓的作用，按IEC61200-413間接接觸防護-自動切斷電源）標準，一般情況下，可減少約20%的接觸電壓，則接觸電壓UC為：

UC=0.8Uf=0.8*110=88V>50V;此UC足以引起人身電擊事故。因此，金屬性接地故障能使設備外殼帶危險接觸電壓，其主要后果是人身電擊。

當故障電流Id足夠大時，回路首端的過流保護器（斷路器、熔斷器）也能瞬間動作，避免事故的發(fā)生。但Id值不僅與線路截面、長度有關，也與線路連接質量、布線方式以及維護管理水平等難以估量的因素有關，所以靠過流保護電源并不可靠。這就是不論TT系統(tǒng)還是TN系統(tǒng)，要求在手握式、移動式設備供電的插座回路上必須安裝額定動作電流I△n大于30mA的瞬動漏電保護器的原因所在。

發(fā)生接地故障時，故障點不熔焊而是產生電弧、電火花（密集的電火花即是電弧）的接地故障為電弧性接地故障，如圖2所示。電弧、電火花具有很大的阻抗，它限制了接地故障電流Id，使過流保護電器不能動作或延緩許久才能動作，但故障點或連接不良的PE線接頭上通過Id時迸發(fā)的電弧、電火花的局部高溫可高達2000-3000℃，很容易引燃近旁可燃物質，引起電氣火災。

由于故障電弧的阻抗大，220V相電壓大部分降落在電弧上，分配在線路上的電壓降大大減少，其結果是UC和Uf大大小于50V，因此電弧性接地故障只能引起電氣火災而不會招致人身電擊事故。

二、安裝兩級漏電保護器

只在插座回路上安裝漏電保護器的做法不能防范插座回路以外電氣線路和設備電弧性接地故障引起的電氣火災，為此應按IEC60364-4-482（火災防護）和我國《低壓配電設計規(guī)范》（GB50054-95）要求，在電源進線上再安裝一級漏電保護器，其額定動作電流一般為300mA，并帶有約0.15s的延時，以與插座回路上的漏電保護器有選擇性配合。增加這一級漏電保護器對電氣投資雖略有增加，但對防范常見多發(fā)的危險接地電弧火災卻是至關重要的。另外不可實現(xiàn)地建筑物配電線路電弧性和金屬性的接地故障進行保護。

三、四極和二極漏電保護器的應用

電氣安全的一個基本要求是盡量減少開關電器的級數(shù)和觸頭數(shù)以及線路的連接點。開關觸頭之類的活動連接和線路的固定連接由于種種原因都可能因導電不良而成為事故起因，而三相回路中的中性線導電不良危險尤甚，這是因為中性線導電不良時設備依然運轉，隱患不易被發(fā)現(xiàn)，當三相負荷嚴重不平衡時將導致三相電壓也嚴重不平衡而燒壞單相設備。所以，應盡可能限制在中性線增加觸頭。

目前存在一種誤解，即認為由于三相負荷不平衡，而中性線截面又小于相線截面，為防中性線過截而裝四極開關。但IEC364-4-473（過電流防護措施）標準和我國低壓配電設計規(guī)范都規(guī)定不必為此斷開中性線，只需在中性線上裝設過流檢測元件來斷來三根相線，使中性線不再有電流，過載問題自然迎刃而解了。另一種誤解，即認為帶有單相負荷的三相漏電保護器應采用四極的。其實漏電保護器的標準名稱是“剩余電流動作保護器”，它只能在回路中出現(xiàn)剩余電流（如絕緣損壞引起的對地泄漏電流）時動作，而與回路不平衡電流毫不相干。因此，這些誤解造成了現(xiàn)時一些四級漏電保護器的應用過濫。

四極（單相為二極）漏電保護器主要用于TT系統(tǒng)，這可用圖3來說明。TT系統(tǒng)回路有一相發(fā)生接地故障，故障電流Id在電源接地電阻Rb上產生電壓降，使中性線帶故障電壓Uf=Id*Rb，因中性線是絕緣的，此Uf一時并不引起事故，但此時若電氣設備又發(fā)生碰外殼接地故障，漏電保護器跳閘，Uf將沿著圖中虛線所示路徑傳導至設備外殼。因中性線未被切斷，如果Uf大于50V，則漏電保護器跳閘后仍難免發(fā)生電擊事故。如果TT系統(tǒng)采用的是四極或二極漏電保護器，則在斷開線的同時中性線也被斷開，從而切斷Uf的傳導路徑，事故就不致發(fā)生。TN-C系統(tǒng)因不允許PEN線通過漏電保護器而無法裝設漏電保護器。TN-S和TN-C-S系統(tǒng)內設備外殼與N線相連通，不存在上述漏電保護器動作后外殼反而出現(xiàn)故障電壓的問題。由此可知，四極或二極漏電保護器的應用與被保護回路三相負荷是否平衡無關，而與回路接地系統(tǒng)類型有關。

四、采用電子式漏電保護器應注意的事項

電子式漏電保護器制作簡單，價格低廉，是我國廣泛采用的漏電保護器類型。但它不同于電磁式漏電保護器類型。電磁式漏電保護器用故障電流的能量來脫扣，而電子式漏電保護器是用故障回路的殘壓來脫扣（發(fā)生接地故障時，回路電壓下降，此殘壓指故障時漏電保護器接線端子上的電壓，不是指公用電網的電壓負偏差）。當接地故障點靠近漏電保護器時，其值過低，不能使漏電保護器動作來避免事故的發(fā)生。因此，當采用電子式漏電保護器時，應注意漏電保護器的安裝位置不能離插座太近，以保證漏電保護器處有足夠的故障殘壓。另外，當回路的中性線斷線時，回路上的電子式漏電保護器也將因失壓而不能動作，這時如手持絕緣損壞的手握式和移動式設備將是十分危險的。因此，在使用電子式漏電保護器時，要考慮上述因素。