對住宅保護接地有關問題的再認識

帥  輝

(陜西省安康市建筑設計研究院725000安康)

    隨著強制性規(guī)范《住宅電氣設計規(guī)范))GB50096—1999于1999年6月1日的開始實施，原先合乎規(guī)范要求的TN-C系統(tǒng)已不再使用于住宅低壓配電系統(tǒng)了。現代住宅電氣的設計和安裝有了明確的依據。新規(guī)范是“以人為本”，在保證“適用、安全、衛(wèi)生、美觀”的前提下，對住宅安全方面提出了相當嚴格的要求。新的《住宅設計規(guī)范》與舊規(guī)范GBJ96—86相比較，在安全方面的要求更為嚴格，主要有下列4點：

    (1)每棟住宅總電源進線斷路器應具有漏電保護功能。

    (2)除空調電源插座外，其他電源插座電路應設有漏電保護功能。

    (3)住宅配電系統(tǒng)的設計應采用TT、TN—C—S或TN—S接地方式，并進行等電位聯接。

    (4)衛(wèi)生間等潮濕場所宜采用局部等電位聯結。

    按以上要求，對居民住宅安裝的電氣設備，可使住戶的居住更為安全。

1、不宜采用TN-C系統(tǒng)的原因

    用電設備的接地，一般分為保護性接地和功能性接地。保護性接地又分為接地和接零兩種形式。所謂“接地”是指用電設備外露可導電部分對地直接的電氣連接。而接零則是指外露可導電部分通過保護線（PE）或PEN線與供電系統(tǒng)的接地點進行直接電氣連接（交流系統(tǒng)中，接地點即為中性點）。

    TN-C系統(tǒng)被稱為三相四線系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的中性線(N)與保護線(PE)是合一的，稱PEN線。由于 TN—C系統(tǒng)中采用的是保護接零，即用電設備的外露可導電部分與PEN有良好的導線連接。當用電設備發(fā)生接地故障時，由于PEN線阻抗小，較大的短路電流使保護裝置迅速動作，反應靈敏度高。但由于TN— c系統(tǒng)需要依靠PEN線中的不平衡電流來維持三相電壓的平衡，所以TN—C系統(tǒng)一般使用于三相負荷較平衡的場合。目前，住宅用戶大部分是單相用戶，難以實現三相負荷的平衡，PEN中將有較大的、不穩(wěn)定的不平衡電流流過，而且大量家電設備使用中產生的高次諧波也疊加在中性線N上，使中性線接地電位偏移。一旦PEN發(fā)生斷路故障或PEN線接觸電阻增大時，中性點電位將嚴重地偏移，使家電設備外露可導電部分的金屬外殼帶電，造成電擊事故的發(fā)生。而且接地故障最易引發(fā)電氣火災。所以新規(guī)范中已明確規(guī)定住宅供電已不再使用TN—C系統(tǒng)了。

2、《住宅設計規(guī)范》已明確規(guī)定，住宅供電系統(tǒng)應采用"I T、TN—S、或TN—C—S方式。

    需要說明的幾點：l、以前的《建筑電氣設計技術規(guī)范》，曾把接零看成是接地的方式之一，而采用統(tǒng)一的術語“接地”，這樣容易引起概念混淆，特別是隨著低壓網系統(tǒng)接地形式多樣化，更有必要把接地與接零兩者的區(qū)別加以明確，以便減少實際工作中出現的問題。2、原規(guī)程只是籠統(tǒng)提出零線在規(guī)定的地方應重復接地，而工作零線(中性線即N線)一般是不應重復接地的。再裝有漏電流保護裝置后的PEN線更是不容許重復接地。因為一旦重復接地，將會造成漏電保護裝置發(fā)生誤動作或拒絕動作。

    在《民用建筑電氣設計規(guī)范》14.2.1條中，對低壓電氣系統(tǒng)的接地形式已有了明確的定義。

    2.1 TN系統(tǒng)。電力系統(tǒng)有一點直接接地，按照中性線與保護線組合情況又可分為三種形式：

    (1)TN—S系統(tǒng)，也稱三相五線制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是三相四線加PE線的接地系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的中性線(N)與保護線(PE)是分開的，用電設備外露可導電部分接在PE線上。一般當住宅樓內有獨立變壓器時便采用TN—S系統(tǒng)。由于TN—S系統(tǒng)中性線N與保護接地線PE除在變壓器中性點共同接地外，兩線從變壓器低壓母線處便分開了，所以與TT系統(tǒng)一樣，不管中性點N是否帶電，pE線均不帶電，與PE線連接的設備外殼同樣均不會帶電。而且在TN—S系統(tǒng)中，發(fā)生電氣故障時，通過PE線接地電流較大，一般熔斷器、斷路器都能動作切斷電源(靈敏度高)。因此TN—S接地系統(tǒng)明顯提高了使用安全性。在用戶配電箱內，PE線與接地線排的總接地端子板連接。

    (2)TN—C—S系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一點直接接地，用電設備的外露可導電部分通過保護線與接地點連接，系統(tǒng)中前一部分線路的中性線N與保護線是合一的，第二部分是TN—S系統(tǒng)，即N與PE線是分開的。采用TN—C—S系統(tǒng)時，當中性線與保護線分開后(通常在住宅進戶處)就不能再合并(中性線的絕緣水平應與相線相同)。因此在住宅中采用TN—C—S系統(tǒng)，實際上就成了TN—S系統(tǒng)。也即PEN線在進入用戶配電箱后，配電箱內分開設置了N端子板和PE端子板，N與PE線進入住宅便互相分開不再有任何電氣連接了。

    (3)TN-C系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的中性線與保護線是合一的。

    2.2 TT系統(tǒng)亦為三相四線系統(tǒng)。系統(tǒng)有一點直接接地，系統(tǒng)無PE線。用電設備的外露可導電部分(PE)  線接至與電力系統(tǒng)接地點無直接關聯的接地極上。TT系統(tǒng)的特點是中性點N與保護接地線無一點電氣連接，即N與PE線是分開的，適用于公共電網供電的住宅，一般每棟住宅樓各有單獨的接地極和PE線。所以不管三相負荷是否平衡，中性線是否帶電，PE線均不會帶電，用電設備外露導電部分亦不會帶電，保證了使用安全。當用電設備發(fā)生單相接地故障時，由于TT系統(tǒng)單相短路保護的靈敏度比TN系統(tǒng)低(TT系統(tǒng)以大地為故障電流通路，與電源和PE線的接地電阻有關，故障電流小)，熔斷器和短路器往往不能立即動作，造成設備外殼帶電。所以必須采用漏電保護來切斷電源，才能提高TT系統(tǒng)觸電保護的靈敏度，使TT系統(tǒng)更為安全可靠。

    需要附帶說明的是，TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)不存在誰優(yōu)誰劣。由于TN系統(tǒng)適合于三相平衡的場所，而住宅及智能大廈因單相負荷較大，難以實行三相負荷的平衡。因此，TT系統(tǒng)目前已在住宅(特別在別墅)中被大量采用。另外，計算機網絡通信及數字通訊要求的電壓質量(電壓偏移、電壓波動、電壓頻率、諧波、三相平衡等)較高，TN-C系統(tǒng)因有諧波疊加，中性線上接地電位不穩(wěn)定的漂移，而對人身不安全及無法取得合格的基準電位，使精密電子設備不能準確運行，所以絕不能作為計算機系統(tǒng)的供電方式。TN—C—S、 TN—S接地系統(tǒng)均具備安全性和可靠性的基準電壓，所以可作為計算機系統(tǒng)的接地系統(tǒng)。TT系統(tǒng)不管三相負荷是否平衡，PE線不會帶電，所以正常運行時， TT系統(tǒng)類似于TN—s系統(tǒng)，具有較好的安全性和取得合格的基準接地電位。隨著大容量的漏電保護器的應用，該系統(tǒng)越來越在計算機網絡系統(tǒng)供電中得到使用，但目前因公共電網電源質量不高，采用的較少。

3、接地故障的防范

    接地故障不同于一般的電氣短路故障。而是帶電導體通過金屬材料與大地發(fā)生的短路故障。由于接地故障比較隱蔽，經常是多次火災的起因，而且往往還伴隨著接地故障而發(fā)生電擊人身傷害事故。因此，為了住宅居住人員的安全，有必要加強對接地故障的防范。

    3.1不能隨意更改接地系統(tǒng)。若原先采用的是TN— C—S系統(tǒng)(100KVA以上變壓器，中性點接地電阻為4歐，PE線接地電阻為l0歐)改變?yōu)?/span>TT系統(tǒng)。當發(fā)生  用電設備金屬外殼單相接地短路時，由于PE線未按TT系統(tǒng)的接地電阻要求接地，必然使設備金屬外殼帶上較高的電壓(理論計算達157V)，從而發(fā)生間接  電擊事故。

    3.2嚴禁PE線與N線連接。若PE線與N線連接便成了TN-C系統(tǒng)，其不良后果前面已討論過了。

    3.3每套住宅總電源進線斷路器應具有漏電保護功能。除空調電源外，其他電源插座應設置漏電保護裝置。通過兩極保護分別起到防電氣火災和防電擊的作  用。住宅內家用電器通常由插座供電，電源插座上應安裝額定電流不大于30MA的快速漏電保護器，以防止電擊造成的人身傷害事故。而當發(fā)生電弧性接地故  障時，由于電弧有很大阻抗，限制了接地故障電流，使斷路器、熔斷器不能及時切斷電源造成火災。所以要在住宅的電源進線處安裝額定動作電流為300MA的  漏電保護器，并帶有0.15S的延時，可以避免電氣火災的發(fā)生(低于500MA的電弧能量尚不足以引燃起火)。

    3.4作等電位和局部等電位連接。等電位聯結是防止觸電危險的一項重要安全措施，它可大幅度地降低在接地故情況下人所遭受的接觸電壓。由分析結果可  知，它比重復接地降低接觸電壓幅度的效果要好很多。這樣，即使在接地故障保護失靈的情況下，也能達  到在較大限度范圍內消除觸電傷亡事故。

    (1)總等電位聯結(MEB)。作用在于降低建筑物內間接接觸電擊的接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除來自建筑物外經電氣線路和各種金屬管  道引入的危險電壓故障的危害。通過配線箱近旁的總等電位聯結端子板(接地母排)，將下列導電部分互相連通：進線配線箱的PE母排；公用設施的金屬管道(如上、下水、熱力、煤氣等管道)；建筑物金屬結構鋼筋；人工接地的接地極引線等。建筑物每一電源進線都應做總電位聯結，每個總等電位聯結板的端子應互相連通。

    在做總等電位連接后，TN系統(tǒng)中的重復接地的接地極，已處在總等電位聯結區(qū)之外，規(guī)定接地電阻值已無意義了。因為住宅用戶全在總等電位聯接區(qū)內，人身所能遇到因接地故障引起的接觸電擊電壓，由PE線的電壓降決定，已和有無重復接地無關。建筑物的鋼筋和各種公用設施的金屬管道本身就是極良好的接地體(接地電阻不到l歐)，已經起到了比重復接地更好的作用。通過分析，做等電位連接后，PE線上的電壓降，僅為重復接地的1／3～1／4。

    (2)局部等電位聯接。衛(wèi)生間因其特別潮濕的原因，成為電擊最大的場所，衛(wèi)生間做局部等電位連接的目的，是在局部范圍內將人體可同時觸及的有可能同時出現危險電壓差的不同導電部分再作一次聯接，可使故障電流引起的電壓降更小，接觸電壓低于接觸的限壓值。衛(wèi)生間的局部等電位聯接，將下列導電部分互相連通：PE母線或PE干線；公用設施的金屬管道；建筑物的鋼筋網和金屬結構等部分。

    電擊人身傷害事件的發(fā)生，是由于出現了危險的間接接觸電壓。建筑物接地目的就是為了減少接觸電壓，而現代住宅建筑施工中，須按規(guī)范要求進行等電位聯結，這樣便獲得了相當低的接觸電阻，極大地降低了接觸電壓。進行等電位聯結后，還消除了建筑物外沿PE線竄人的危險故障電壓，消除電磁場干擾，減少保護器動作不可靠所帶來的危害以及防雷電等。另外，通常情況下，衛(wèi)生間是電擊危險最大的地方，因采用了局部等電位后，將身體有可能接觸到的任何導電部分作了等電位連接，使故障電流引起的電壓降更小。而且在《民用建筑電氣設計規(guī)范》中明確規(guī)定：衛(wèi)生間內應改防濺插座；在淋浴區(qū)域內(淋浴區(qū)及深盆外沿0.6米內)嚴禁設置插座；換氣扇接線盒應距地2.25米以上等措施，使住宅用戶使用更為安全。新的《住宅設計規(guī)范》貫徹“以人為本”的思想，在總則中增加了“住宅設計應以人為核心”這一條，更充分考慮了住宅的安全性。

參考文獻：

[1]行業(yè)標準《民用建筑電氣設計規(guī)范GJ／Tl6—92

[2]國家標準《住宅電氣設計規(guī)范))GB50096—1999

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)