配电系统的安全防护中,电气装置的电击防护是十分重要的设计内容。在GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》中,电击防护分为直接接触防护及间接接触防护。
在工频时,垂直接地干线的最小截面为50 mm2;高频或高层建筑时,垂直干线截面还要酌情增加。具体做法详见图3。

电气设计时,设计人员都要进行各类保护电器选用设计,为什么要这样做?答曰:为了安全。再进一步询问,无非是各类保护电器动作的解释。直到接触IEC后,才知道“电击防护”,才知道选用保护电器是“间接接触防护的自动切断电源防护措施”,也就是说“电击防护”是引进IEC后才知晓的。
2016年11月住建部发布的《建筑工程设计文件编制深度规定(2016年版)》并未按GB 50054 - 2011第5章要求对电击防护的电气设计提出相应的深度规定。“深度规定”都如此,建筑电气设计忽略或者不重视电击防护就不足为奇了。
这些忽略或不重视主要表现在电气设计说明成百上千字,竟无“电击防护”一席之地!往往将配电系统接地方式纳入防雷接地中;将防电击附加措施的RCD归入开关的选用;将另一附加措施:“等电位联结”不是与防雷设计的等电位要求混淆,就是并列在管道的设计中等等。
更有甚者,要求按照GB
50057 -
2010《建筑物防雷设计规范》中等电位连接部件的最小截面作为设计浴室的防电击等电位依据,虽说这两种等电位联结(连接)的目的都是为了安全,然而两者安全防范对象、各自的特点等等均不相同,“此等电位连接非彼等电位联结”,两者不能通用,不能混为一谈。
RCD在防电击保护的设计中是使用较为广泛的保护电器设备,RCD与断路器在工作机理、用途及使用范围是不同的,它是“间接接触防护的自动切断电源防护措施”的附加措施之一。有的设计者在设计说明中要求RCD动作时间小于0. 4 s,这种要求全面吗?
GB 50054 - 2011 5. 2. 9条第2款规定“供给手持式电气设备和移动式电气设备用电的末端线路或插座回路,TN系统的最长切断时间”当标称电压为220 V,不应超过0. 4 s。显然,RCD是能满足这个要求的,许多厂家表示在IΔn时(即额定剩余动作电流为30 mA),RCD的动作时间可以达到 ≤ 0. 1 s。显然上述要求能满足规范的要求,然而设计者却忽略了GB 50054 - 2011 5. 1. 12条的规定:“额定剩余动作电流不超过30 mA的剩余电流动作保护器,可作为其他直接接触保护措施失效或使用者疏忽时的附加防护,但不能单独作为直接接触防护措施。”这表明RCD不仅是自动切断电源间接接触的附加防护,还是直接接触的附加防护。这是因为RCD在剩余电流为IΔn时,t ≤ 0. 1 s;在 ≥ 5IΔn(即5 × 30 = 150 mA)时,其动作时间仅为0. 04 s,远远小于规范要求的直接接触时间;当系统电压在120 V < U0 ≤ 230 V,最长的切断时间不超过0. 2 s的要求,是可以作为直接接触的附加防护。所以设计者对RCD动作时间的要求是不妥的。
自动切断电源防护措施中,要重视附加防护措施的功效及实施
在自动切断电源防护措施中,不言而喻,应选用优质的保护电器,确保自动切断电源防护措施可靠实施。然而对“电”的安全而言,一定确保不能出现“万一”的情况。再者,接地故障是一种发生几率远大于带电导体间的短路故障。接地故障分金属性短路及电弧性起火,故障情况比较复杂,据统计断路器90
%
的故障跳闸是接地故障所致,但接地故障并不都能令断路器跳闸,它的存在给人们的安全造成极大的危害。为此“自动切断电源防护措施”的附加防护措施应运而生。
大部分建筑物的配电设计都采用TN系统。规程、规范都规定TN系统在采用自动切断电源措施时,一定要辅以等电位联结。
在GB
16895. 21 - 2011 / IEC 60364 - 4 - 41:2005《低压电气装置 第4 - 41部分:安全防护
电击防护》及GB 50054 -
2011都规定在低压配电系统中采用自动切断电源的防电击防护措施,以及该措施失效时的附加保护措施。对于TN系统而言,等电位联结是十分重要的且必须的附加保护之一。
为了说明原因,还得从TN系统的接线特点说起:TN系统的第一个字母表示电源的一点(通常是中性点N)与大地直接连接,第二个字母表示电气装置外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地。也就是说,TN系统电源侧的PE线是与负荷侧全程贯通的。这样,当电源侧或负荷侧某处接地故障,故障电压会通过PE线传到其他负荷的外露可导电金属外壳,例如电动伸缩门的金属外壳。TN系统这种“城门失火,殃及池鱼”的特点,设计者应给予关注。
之前媒体报道的浙江小女孩爬在未运行的电动门上玩耍、深圳一名保安无意触及静止的电动门均遭电击,不幸身亡,经查门卫处的配电箱并未发生过故障,恐怕都与系统内传导的危险故障电压有关!
根据电气设备和电气装置防间接接触电击的组合防护,可以将电气设备分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,最为广泛使用的电气设备是Ⅰ类,它是藉自动切断电源和经PE 线接地而实现间接接触电击防护,这是在配电设计中采用最多的一种电击防护。
各类保护电器如断路器、熔断器等因各种原因可能拒动,无法起到保护作用,所以要辅以附加保护来弥补其不足。而等电位联结及剩余电流保护装置就是自动切断电源保护措施的两个附加保护措施。
防电击设计中,等电位联结常分为总等电位联结及辅助等电位联结。总等电位联结虽然能大大地降低接触电压,但当建筑物离电源较远,建筑物内保护线路过长,则保护电器的动作时间和接触电压都可能超过规定的限值,为此可采取辅助等电位联结或局部等电位联结。
IEC 60364标准所规定的辅助等电位是2. 5 m伸臂范围内可同时触及的导电部分之间的联结。辅助等电位联结能使2. 5 m伸臂范围内可能出现的电位差降至0 V或接近0 V。
局部等电位联结好似我们自己的命名,现行IEC标准中未见此提法。局部等电位联结可视为局部范围内的“总等电位联结”,但它与总等电位联结的关系并非总配电箱与分配电箱之间的上下级关系。实施局部等电位联结使降低接触电压值须小于安全电压限值50
V,方能认为局部等电位联结是有效的。
可见,无论局部等电位联结还是辅助等电位联结,其目的在于是接触电压减低至安全电压限值50 V以下或接近0 V,而不是缩短保护电器动作时间。
等电位联结作为附加保护不能单独使用,一定要与自动切断电源保护联合实施。还要说明的是等电位联结能保护人身安全,是不能保护电气设备的。
剩余电流保护器的原理是基于基尔霍夫定律,即电流流入同一节点之和等于零。它不同于TN系统与T T系统关于尽量减小电抗(阻抗)或电阻的基本思想。
现在各国多采用电流型剩余电流保护器(RCD)。追溯至1928年,德国人提出的“人体触及带电导体时所通过的电流,以剩余电流互感器检测,并在人受伤害之前快速切断电流,从而达到保护的目的”的专利,这无疑是从事电器灾害预防工作的人所希望的理想保护方式。
RCD对电气回路接地故障的防护非常有效。由于其工作原理所限,RCD不能防止别处故障沿PE线或装置外导电部分传导来的故障电压所引起的电击事故,所以,RCD不是万能的,这点应引起设计人员重视!
还需说明的是,设计人员只注意额定剩余动作电流IΔn的选用,以为IΔn越小越好,因为灵敏度高嘛!但往往忘记了还有一个IΔn0需要考虑!
IΔn0是额定剩余不动作电流。规范对此的解释是:额定剩余不动作电流的优选值为0. 5IΔn,如采用其他值时应大于0. 5IΔn。通常,对于IΔn = 30 mA的RCD,其额定剩余不动作电流IΔn0 = 0. 5 IΔn = 0. 5 × 30 mA = 15 mA。
制造厂告知IΔn、IΔn0的含义是:对于IΔn = 30 mA的RCD,当其泄漏电流大于15 mA时,RCD一定动作;泄漏电流小于15 mA时,RCD一定不动作。泄漏电流在 > 15 mA及 < 30 mA区间内,RCD可能动作,也可能不动作,均属于正常状态。
有人以为IΔn的选值越小越好,其实不然。通常IΔn0 ≥ 2 Ix(Ix为正常运行时的最大泄漏电流),已知IΔn = 2 IΔn0,所以IΔn ≥ 4 Ix,如果不满足这个式子,或者说IΔn选得太小,则会造成RCD误动。