等电位的设计，安装

1 住宅等电位联结设计探讨3700
住宅等电位联结设计探讨
摘要：文章主要对住宅重复接地及等电位联结进行了阐述，并结合实际提出了实施等电位联结应注意的问题。

等电位联结作为一项有效的、最基本的安全保护措施，已逐步为大多数人所接受。特别是在住宅设计中，等电位联结已作为一项国家级强制性条文加以贯彻实施，其重要性是不容质疑的。但在实际应用中，仍存在贯彻规范不够彻底或出现偏差的地方。笔者现根据日常工作的体会对这一问题进行剖析。
1 重复接地及等电位联结的意义
正常情况下，用电设备的金属外壳是不会带电的。然而，由于导线绝缘破损，带电导线线芯可能触及用电设备外壳，从而在设备外壳上产生危险电压等原因，当人不慎触及故障带电设备外壳时就会引发电击事故。所以，规范规定引入建筑物的总电源应进行重复接地并采取等电位联结措施。现以住宅设计中常见的TN—S系统为例分析当配电回路发生相线对地短路(相线碰壳)故障时，在未采取任何保护措施(如图1、图2所示)、实施重复接地(图3、图4)和实施等电位联结措施(图5、图6)三种情况下人体接触电压的差别。
1．1 系统未采取任何保护措施
图1为系统未采取任何措施时相线接地故障的接线图，图2为其等效电路图。RA为变压器中性点的工作接地电阻，RB为PE线引入住宅单元计量总箱的重复接地电阻，RS为故障设备处的对地接触电阻，其值一般远大于RA和RB。ZL为相线阻抗，ZPE1为室外部分PE线的阻抗，ZPE2为室内部分PE线的阻抗。Id为故障短路电流，由图2的等效电路图很容易得出此时设备外壳的对地接触电压Uj：
Uj=Id×(ZPE1十ZPE2)=Id×ZPE2+Id×ZPE1 (1)
即此时的接触电压为整个PE线(室内和室外两段PE线的总长)压降。
1．2 系统进行重复接地
当系统在进入建筑处进行了重复接地之后(见图3和图4)，由于RA和RD之和一般远大于ZPE1，为了简化计算，我们可以假设故障短路电流Id全部从ZPEl流过，此时的接触电压Uj：（附1）
比较(1)、(2)两式，由于RB的分压作用，系统进行了重复接地之后接触电压值比未做重复接地时要小，若能将重复接地电阻RB进一步降低，则可使接触电压值进一步降低。
1．3 系统进行重复接地同时做等电位联结
图5和图6为系统实施了重复接地和等电位联结后的接线图和等效电路图。由图6可以得出：
Uj=Id×ZPE2 (3)
此时的故障接触电压只取决于室内部分PE线的压降，相比于(2)式已大大降低，从而保证了人身安全。从图5和图6还可以看出，进行了总等电位联结以后的故障接触电压与重复接地电阻值无关，也就是说，在实施了总等电位联结以后，重复接地已无意义。
尽管如此，规范仍规定必须采用重复接地，这主要是考虑总等电位联结作用的范围是有限的，对于那些位于总等电位联结范围以外的用电设备，重复接地仍是一种重要的保护方式；其次，由于目前在施工环节上还存在对等电位联结认识不够、施工不规范等问题，若等电位联结存在问题，而又不做重复接地，将会大大危及整栋住宅楼的安全。
还有一种情况，变压器高压侧发生单相接地故障(变压器高低压侧采用共同接地装置)，从而使PE线带上危险高电压，该电压沿PE线从外部传人住宅内，若进行了等电位联结，则等电位体相应也带有此危险电压，因而不会产生电位差，就好像鸟站在高压电线上而不会产生电击一样，不会对人产生伤害。一般高压侧发生接地故障时，高压配电系统只进行报警，而不跳闸，因而这种高压危险仍持续存在，若不进行等电位联结将十分危险。
因此等电位联结作为一种基本的安全保护措施，是其它保护措施所不能替代的。比如，漏电断路器只能对其出线侧的接地故障进行保护，却无法对外来危险电压实施保护，因此只能是等电位联结保护之外的一种辅助保护措施，其重要性是无法与等电位联结相比的。另外，在实施了等电位联结措施以后，我们不能按照过去的习惯思维认为零线是安全的，因为由上面所说的外来高电压及三相负荷不平衡引起电位漂移等，仍有可能使零线带上高电压。





2 住宅等电位联结设计探讨3700
2 住宅楼进行等电位联结应注意的问题
2．1 小区变配电所的位置对总等电位联结的影响
或许有人认为，实施了总等电位联结以后就可以万事大吉了。其实不然，这里需要设计人员注意的是，若变配电所离住宅楼很近，或者有些变配电所就设在住宅楼内，发生相线与设备外壳接触短路时，设备外壳仍有可能带上危险电压(超过50V)。
这里仍利用图5和图6来进行说明。由于在设计选择进户电缆时一般使PE线截面是相线截面的一半，因而PE线的阻抗值将是相线阻抗值的两倍，当发生相线碰壳故障时，PE线将承受近2／3的相电压，即147V，若变配电所与供电点的距离小到使ZPE1小于或等于ZPE2，
则室内部分的PE线承受的压降将大于等于147V的一半，即73．5V，这显然是不允许的。解决这一问题的措施是：
(1)在通过计算确定超过危险电压的地方再次实施局部等电位联结，并且使该危险区域的配电系统PE线以最短距离与局部等电位联结母排联结，这是最主要的也是最稳妥的方法；
(2)在满足供电半径并保证经济合理的条件下适当确定变配电所的位置，以避免上述情况的出现；
(3)采用漏电断路器对内部接地(漏电)故障实施保护。
2．2 住宅内部的局部等电位联结
目前，住宅楼土建施工已基本上不允许采用预制空心楼板，取而代之的是混凝土现浇楼板，楼板内的钢筋网即是最好的等电位联结体。若能在末端用户箱内将引入的PE线与楼板钢筋再联结一次，将大大增强用户的安全性。这样做只需利用扁钢将楼板钢筋与末端用户箱的箱体外壳可靠联结即可，无需设置专用的局部等电位联结箱。住宅设计规范虽然未做此规定，但设计人员完全可以灵活运用规范，在设计中加上此条要求，且不会给施工单位和业主带来难处或增加投资。
2．3 卫生间的局部等电位联结
2．3．1 卫生间局部等电位联结与总等电位联结及引入的PE线的联结
在校对审查中经常发现，设计人员在设计当中没有要求卫生间的局部等电位联结箱与本单元总等电位联结箱及进户处的PE线进行联结，从而导致局部等电位联结失效。
如图7，卫生间局部等电位联结既未与总等电位联结体联结，又未与进户处的PE线联结，若卫生间用电设备如热水器外壳对相线漏电，刚好漏电断路器又失灵，此时则与图3重复接地的情形相近，设备外壳很有可能带危险电压。
若局部等电位联结与总等电位联结进行了联结(图9)或局部等电位联结与进户处的用户箱PE线进行了联结(图8)，则不会发生上述情形。特别是图8，Uj仅为PE3这一小段(仅住宅内部PE线的长度)的压降，降低危险电压的程度最为明显。
2．3．2 卫生间局部等电位联结箱与卫生间内外露可导电部分的联结
由于目前给排水管道及支管上使用的是非金属材料，加之目前住宅在交付用户之前都不安装卫生洁具，这就给了施工单位提供了偷工减料的借口，卫生间的局部等电位联结箱内仅有接地干线且形同虚设。究其原因，还是设计环节上做得不到位，设计人员仅仅以文字形式说明了卫生间等电位联结的具体做法，比如要求局部等电位联结箱内铜排与卫生间内的所有金属门窗、金属管道、金属地漏、金属水龙头等进行联结，但并未给出联结的详图，使施工方无从进行。其实，国家标准图集《等电位联结安装》(02D501-2)已给出了详细的图例，电气设计人员完全可以参考该图集并结合建筑专业提供的卫生间布置图设计出详细的平面及立面联结图，在所有可能有外露金属物的地方都标注管线及如何与局部等电位联结等，以方便用户在二次装修时利用这些管线就近与金属物联结，从而避免了施工方出现的上述问题。
3 对住宅等电位联结设计的再思考
《住宅设计规范》(GB 50096-1999)规定宜在住宅卫生间内进行局部等电位联结，而并未规定对每套住宅内部全面实施等电位联结，笔者认为其原因有二。
(1)在住宅内部，卫生间是电气安全环境最为恶劣的区域，此处因为有电热水器以及其他用电设备的存在，很容易发生电击事故，故特别规定要在此处设局部等电位联结；
(2)过去，一般的砖混住宅楼只有卫生间和厨房的楼板为现浇楼板，利用其楼板钢筋作为等电位体比较方便，而住宅内其他地方楼板全部为预制空心楼板，因而在整个住宅内实施局部等电位联结难度较大，施工不便，并且工程造价也可能随之提高。
然而，现在许多地方已明令禁止在住宅内采用空心楼板，所有住宅的楼板必须全部采用现浇楼板。也就是说，在有上述规定的地区已具备丁在每套住宅内实施全面的局部等电位联结的条件，整个现浇楼板即是很好的等电位联结体。虽然，《住宅设计规范》(GB 50096-1999)及国家标准图集《等电位联结安装》(02D501—2)并未要求在整个住宅内部都实施等电位联结，但我们完全可以利用楼板钢筋使整个住户内形成一个等电位联结体。判断一个新的做法或者说超过规范标准的设计是否可行的原则，是在满足建筑物功能或者安全性大幅提高的同时，投资增加不大或者反而减少，对施工的方便性、工期的影响较小甚至可以忽略不计。如此说来，我们为何不能利用建筑物天然的等电位体——钢筋呢?如果能够在每套住宅的进户箱内将楼板钢筋与箱体金属外壳利用扁钢可靠联结(PE线已连接到了用户箱的PE端子上)，或者也在用户箱的附近设置局部等电位联结箱，将户内楼板钢筋、用户箱外壳、其他的金属物体如金属管道等都联结到该局部等电位联结箱内，形成整套住宅范围内有效的等电位区域，那么就可以省掉卫生间的局部等电位联结箱，也可以省掉从总等电位联结箱到局部等电位联结箱的接地干线(-40×4镀锌扁钢)，形成了如图8的效果，Uj=Id×ZPE3，大大降低了故障接触电压。
参考文献
1 《住宅设计规范》(GB 50096-1999)
2 《江苏省住宅设计标准》(DB32／380-2000)
3 《等电位联结安装》(01D501-2)
4 《民用建筑电气设计规范》(JGJ／T16-92)