现代家居配电设计探讨概要.doc

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现代家居配电设计探讨
王吾明 (厦门市工业设计院 361004)

[提要] 分析现代家居采用三相配电的危害性，主张采用单相配用电；
分析现代家居用电安全的隐患，主张扩大装设保护人身安全
漏电保护的用电范畴，介绍几种类型住宅的配电接线方式。
[关键词] 单相配电 漏电保护 住宅配电接线方式

On Current House Power Distribution Design
Wang wuming
(Xiamen Industry Design Institute 361004)
[Synopsis] The essay analyses the harmfulness of the three–phase power distribution in current house，and claims to adopt the single-phase power distribution；It analyses hidden perils of safe utilization of electric power，and claims to expand electro-category of creepage protection installment to protect personal safety, and introduces several types of house power distribution connection mode。
[Keywords] single-phase power distribution creepage protection house power distribution connection mode

随着居民生活水平的提高，家庭居住条件显著变化。主要体现在大面积，多居住空间。家庭供用电相应的变化是：大用电量、超多回路的用电需求；确保供电可靠、用电安全方能体现以人为本的现代生活。因此，对家居的供用电设计日益重要，千万不可等闲视之。
1 家居采用三相供电的严重弊端
对家居的供用电设计，首先是如何正确选择供电方式。由于大用电量的特点，一般习惯地采用三相电源向住家供电，但它潜伏着严重的危害性，已有学者对此做了详细地分析，下面引用其中的分析结果。
1.1高电压的潜在危险性
采用三相供电，也就是380/220V进户用电电压，对于普通用户，380V的高电压比起220V更有危险性，一旦触电更没有生命安全保证。世界上比较发达的国家，有的甚至已采用110V电压等级作为家庭用电。
1.2断中性线的潜在危害性
根据《住宅设计规范》要求，住户三相供电必须选用能同时切断N线的4P进线总开关。由此造成总进线N线的开断潜在危险增加，如接线头的松动，或N极开关接触不良都可能造成总进线N线的开断。一旦总线N线断开，同时又碰上住户三相用电不平衡，或者是任一相与N线产生开路或短路故障时，就会产生以下严重后果，参见图1。
1.2.1断N线时三相不平衡
当三相用电电流的平均值与最大或最小一相用电电流的最大差值与平均值的比值，即三相最大不平衡度达到57%时，经计算，得出最高一相的相电压值超出额定电压的+31%，最低一相的相电压值偏离额定值-9%，中性点偏离电压68V（实际上就是负载侧N线对地电压值）。这时高电压相势必造成用电设备严重超载，绝缘损坏，烧毁用电设备。低电压相的用电设备不能正常使用，甚至导致损坏用电设备。中性线对地带有68V电压，超出50V安全电压，已构成触电危险。

图1 住户三相用电接线简图
1.2.2断N线时一相没负载
一相没负载时相当于该相开路，负载电阻无穷大，即Rc=∞，这时A、B相负载串接在UAB线电压间，加在各相负载的电压与负载正常的额定使用容量成反比进行分配，即额定容量大的负载因为电阻小分配到的电压低，反而消耗的功率小，容量小的负载正好相反。假设当一相的负载正常额定使用容量是另一相的3倍时：
RA=12Ω PA=4kW
如 RB=4Ω 、 PB=12kW ；当C相断相时产生的结果是
PA=6.9kW UAN =288V ΔUA = +31%
PB=2.3kW 、 UBN =96V ，与额定电压的偏离 ΔUB= -56% ，
中性点严重偏移，即这时N线对地电压达147V。不难看出造成的后果与上面1.2.1相同。在实际使用中这种情况是完全可能的，如仅两相有用电，且其中一相是部分照明，另一相是大功率的电热器或空调器，功率相差甚至不止3倍。
1.2.3断N线时一相又与N线短接
发生这种现象是最危险的故障，如C相与N线短接，由于N线断开没有短路电流，不但C相没法用电，也没法产生短路电流促使C相开关过流迅速动作。A、B两相用电都加上UAC、UBC线电压380V，电压偏离达最大值+73%，势必烧毁用电设备。这时C相虽然没有短路电流，但通过回路N线和短路点流过A、B相负载电流的矢量和，流回电源。不管该负载电流值能否促使C相开关过流保护动作，故障都无法排除，假设分路的C相开关跳开，故障变成上述1.2.2节的情况即一相断开没负载。此外，这时中性点达到最大偏移，N线对地电压220V，所以说这种故障是最危险的。
1.2.4结论
从上述的分析结果，除了380V进户高电压的危险外，断中性线的潜在危害性，也是相当严重的。它可能使用电设备所承受的电压，远远超过规范上所规定的最大值——最不利时供电电压质量应保证在+5%、—10%范围。用电设备不能正常运行，或因过压过流而烧毁，甚至祸及使用者。另外，N线断开时，如果三相用电负荷不平衡度不是很大，则存在的故障隐患难以察觉，更增加用电的不安全性。因此，对家居用电，作者建议不采用三相供电，主张采用单相供电，可杜绝三相供电的潜在危害性。即使由于住家面积超大用电量非常大也可以根据空间特点划分多个小空间，采用同相的单相多回路方式，向各个小空间供电。
2 当前家居用电的安全隐患
根据《住宅设计规范》规定，住家照明回路、空调回路可以不设漏电保护，所以大都按照这个原则进行用电回路设计。但是，对于卫生间和厨房照明，卧室床头壁灯、落地空调等用电，却埋下了安全隐患。根据各地用电事故通报，甚至酿下了人身安全事故，不能不引起电气设计人员的重视，如果这些用电范畴也采用漏电保护，可以消除一些不该发生的安全事故。
3 介绍几种住户配电箱的接线方式
住户的用电配电箱接线方式，与用电量大小、套房的使用面积大小、居住空间个数、住宅的中高级性质等，都有直接的关系，下面介绍几种常用接线方式。
3.1一类住宅套型的接线方式
按照《福建省“住宅设计规范”电气专业实施细则》（以后简称《细则》）的规定，这类套型2个居住空间，使用面积34～45㎡，1个卫生间，电气设计计算负荷不小于4kW，其住户配电箱的接线方式建议采用图 2。

图2 住户配电箱接线方式一
这类住宅套型面积小、空间个数少，相应的回路少，建议总开关加漏电保护，既安全又经济实用。为方便使用插座回路都选16A的，但应注意各种大用量的设备应错开使用，避免过载跳总开关。总开关根据住宅的中高级性质、面积大小差别，高级的较大面积的选32A，一般的选25A。
3.2 二、三类住宅套型的接线方式
按《细则》规定，这类住宅3个居住空间，使用面积46～68㎡，一般在厦门地区大都设计2个卫生间，计算负荷不小于6kW，其住户配电箱接线建议采用图3。

图3 住户配电箱接线方式二
上述图中插座回路兼供局部照明。
3.3四类住宅套型的接线方式
按《细则》规定：四类住宅为居住空间4个，使用面积69～100㎡，计算负荷不小于8kW。根据具体情况对于四类住宅中，使用面积在69～80㎡，2个卫生间的并非高级住宅，计算负荷近似按8kW计算，建议可仍旧采用上述图—3接线。对于81～100㎡，甚至150㎡左右，3个卫生间的，建议按图4设计住户配电箱接线，但也并非绝对的。

图4 住户配电箱接线方式三
3.4四类以上的复式住宅套型接线方式
对于复式住宅使用面积在200㎡以下，大小居住空间不超过6个，卫生间不超过4个，作者认为总进线开关仍旧可选用单相63A，即计算负荷约12.5kW，建议按图5设计住户配电箱接线。

图5 住户上、下层配电箱接线方式
对于面积、空间数、用电负荷再大的复式住宅，如果一路63A没法满足用电需要，作者认为可采用上、下层各一路同相的单相负荷供电，总开关可分别选用40A或63A，应该就能满足用电要求，住户箱接线方式可参照上述几种方式进行选择。
3.5别墅住宅的接线方式
对于别墅，除了有3相用电设备，如家居集中空调，必须采用三相供电，否则还是建议多回路的同相的单相供电方式对于三相供电的别墅住户总配电箱接线，建议参照图6设计。

图6 别墅住户总配电箱接线方式
别墅的每层配电箱仍选用单相供电，接线方式可参照上述的几种方式，每层若多回路供电应选同相的单相供电方式。三相用电设备直接从总箱放射式供出，仅总箱总开关选用4P，总进线PE应做好重复接地，缩短总N线的长度，减少总N线的连接点，最大可能地消除断总N线的不利因素。此外，建议在总N线与PE线之间设置过电压继电保护装置，监视N线对地的电压，可整定在≤50V，瞬时跳进线总开关，确保别墅用电安全。为防止断N线影响保护的跳闸，总开关跳闸线圈宜选用～380V线电压电源。
4 几个技术和安全方面的问题
4.1人身安全漏电保护与主开关的选用配合问题
关于30mA人身安全漏电保护与主开关电流大小选用配合问题，准确地说，漏电流取决于用电线路和接入线路中各种各样用电设备的对地固有漏电流，包括分布电容和漏电导的漏电流，线路越长接入设备越多，固有漏电流越大，单相用电近似于代数和，三相用电是三相的矢量和，与主开关电流值并无直接关系。但是，住宅的居住空间多，使用面积大，相应的用电设备就多，用电线路就长，选用的总开关电流也就大，所产生的固有漏电电流也就大，因此两者还是有内在的正比关系。有资料表明，一套4居住空间、两卫，使用面积不大于100㎡。对这样的居室，一般选用40A左右的总开关进行供电也就满足了。鉴于上述理由，一般配漏电保护30mA的单相开关，建议不宜大于40A。当然也存在跳总开关影响全户供电的不利因素。主要看设计者的着眼点、选用开关质量、管线施工质量、开发商或业主的意见等而定。
4.2壁挂式空调的漏电保护
对于分体壁挂式空调，为了美观，个别人把室内机与衣柜组合安装；室外机的金属机座安装在与窗户或阳台的金属防护栏杆连成一体的金属支架上，或是安装在可以触及到的阳台栏板上。这些都存在有发生不安全的隐患，如漏电触电、漏电产生火灾等。为了确保安全起见，无论是落地柜式或壁挂分体式空调，建议有条件的情况能纳入漏电保护最好。
4.3关于安全可靠的相对性与绝对性
确切地说安全与可靠是相对的。因此，不可能对做出绝对相同的规定，它与各地的经济发展水平、人民生活水平、管理规范、制度完善等息息相关。

参考资料
[1]《住宅设计规范》GB50096-1999（2003年版）
[2] 黄家室《从断中性线的危害性引发的构想》[J]，建筑电气5—1、2004期

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