重复接地与等电位联结的探讨.doc

重复接地与等电位联结的探讨
张巧兰 陈季健
（浙江当代建筑设计研究院 浙江杭州 310001）

摘要：
本文分析了TN-C-S配电系统通过MEB端子板实现重复接地的做法所暗藏的安全隐患，指出PEN线应在进户处实施重复接地后采用总等电位联结线与MEB端子板作总等电位联结。

关键词： 重复接地系统 等电位联结 三相不平衡电流 安全电压

作为住宅电气重要的安全措施，在当前的住宅建筑电气设计中总等电位联结的设计已成为一个必不可少的设计内容，住宅供配电系统的接地也是电气设计中一个至关重要的环节；众所周知，低压配电系统有各种不同的接地制式，其中在住宅建筑中常用的TN系统在建筑的进线处均须重复接地（民规14.5.3.1）该接地方式与总等电位联结端子板的接地两者之间的关系，有关规范和相关标准图集都未有明示，因此，在当前的建筑电气设计中出现了各种不同的做法，甚至暗存安全隐患。为此，笔者想对其中出现的问题提出一点浅见，和各位同行探讨。
1．重复接地与等电位联结在电气设计中存在的问题
其中典型的做法如图1所示：

图1

设计者将PEN线的重复接地作为总等电位联结线接入了MEB端子板，通过总等电位联结端子板接地。经与设计者探讨，其观点是标准图集并未有重复接地的做法，仅有总等电位联结端子板的接地，通过总等电位联结端子板接地，也实现了系统的重复接地，因此不须另做重复接地了。这说法似乎也有道理，因为配电系统确实在该处实现了重复接地。但笔者认为，此做法混淆了TN-C-S配电系统重复接地和总等电位联结接地的概念，而且埋下了一定的安全隐患。

2．对安全隐患的分析

根据国标图集02D501-2《等电位联结安装》中PEN线和等电位联结线的定义：“PEN线—指兼有PE线和中性线作用的回路导线，其中中性线和相线一样，也是回路的带电导体，它正常时通过单相电流，三相不平衡电流和某些谐波电流，这些电流引起的电压降使它正常时对地可带几伏电压。而等电位联结线---它不在配电回路内，不是回路导体，它基本上不传送电流（包括故障电流）只传导电位，使建筑物内可导电部分电位相等或接近。故障电流通过它返回电源的回路电抗远大于PE线，虽然它与PE线电路上并联，但分流极小，因此它的截面一般也比PE线小。”从这段说明来看，在电路上PE线本身是有重复接地的。而上图的做法，将等电位联结线作为PEN线重复接地的联结线，使本来不属配电回路的等电位联结线成为配电回路的一部分，正常状态下原经重复接地处分流流入大地的三相不平衡电流和谐波电流均流经等电位联结线，并通过总等电位联结端子板流入大地；使总等电位在正常状态下也产生一定的对地电压。那么这个电压有多大呢？我们知道，N线的电流等于三相电流的矢量和，当三相负荷均衡时，中性线电流为零，而通常住宅建筑的电气负荷以单相负荷为主，基本上不可能做到三相完全平衡，因此中性线电流是始终存在的，在三相负荷的不平衡度较大时，中性线电流可接近最大的相线电流。试以一梯两户11层的小高层为例，安装容量以每户6千瓦计，需要系数设为0.65, cosφ=0.85, 相电流计算值达150A以上, 三相不平衡的情况下，或由于谐波电流等因数，零线电流可能达到甚至超过最大的相线电流，也就是说, 在三相负荷的不平衡度较大,各种条件不利时,N线上的电流有可能达到以上的相电流计算值。该电流一部分经PEN线流回电源端，一部分经重复接地端流入大地；按上图的接法，若总等电位端子板的接地电阻为一欧姆，只要上述的零线电流有三分之一流入大地，即可使总等电位端子板处的对地电压达到甚至超过50V的安全电压。此零线电流属于正常状态下的工作电流，不会造成回路跳闸。而当建筑内的电气回路发生过载或对零短路故障时，对地电位还将远远超过此安全电压。
诚然，通过总等电位联结使整体建筑的电位处于同一个电位上， 从理论上来说，处于建筑内的人员应该是安全的，但是请注意，此电位是在未发生电气故障的情况下长期存在的，安全是建立在总等电位联结的完整和正确的前提下，当总等电位联结部分联线不完整或是接触电阻偏大，就会产生危险的电位差。举例来说，如果自来水进水管总等电位联结线断线或因接线故障，锈蚀等原因造成开路或接触电阻增大，则建筑的电位处于被零线电流抬高的电位进水管处于室外大地的地电位，当两者之间的电位差超过50伏时，人站在地面上接触水龙头就有触电的危险。而建筑物和室外大地之间跨步电压更是不可避免。建筑对地电位差的存在的情况下，如等电位端子板对地各处的联结点有松动，接触不良的情况就有打火的危险。由于零线电流持续存在的原因，此电位不会像静电电位那样通过短暂的放电而消失；也不会像接地故障电流那样使漏电开关动作而开断电路，一旦打火的情况发生，可能因零线电流的持续而持续，成为极大的火灾隐患。因此笔者认为，在正常情况下，人为地提高建筑的对地电位，即便有总等电位联结等安全措施，仍然潜藏着不安全因数。

3．对应措施与正确的做法

综上所述，我们认为TN-C-S系统的PEN线不能也不应通过总等电位端子板实现重复接地；这样的做法实际上是使建筑内电气接地制式部分地形成了TN-C制。对建筑电气的安全带来了隐患。正确的做法是应该将PEN线在进户处做重复接地，接地后PE线和N线严格分开，PE线通过配电箱的PE母排用等电位联结线与总等电位端子板联结；这样才符合等电位联结线的定义----不在配电回路内，不是回路导体，基本上不传送电流（包括故障电流）只传导电位，使建筑物内可导电部分电位相等或接近。而N线和总等电位端子板不作电气连结，其正常时通过的单相电流，三相不平衡电流和某些谐波电流直接在建筑的进户处与大地构成通路，不对建筑的总等电位产生影响。这样的做法使PE线在正常状态下并无电流流过，通过总等电位端子板的接地使建筑的总电位和建筑内的各类设备的可导电金属外壳均处于同一个等于或接近地电位的水平上，当电路发生漏电，碰壳等接地故障时，漏电保护开关动作，使电路跳闸开断；短时间的对地电压升高则由于总等电位联结的作用使建筑内人员处于安全的环境内。电路设计如图2所示：

图2

4．结语
配电系统的TN-C-S接地制式在住宅建筑设计中应用普遍，采用总等电位端子板实现重复接地的做法在当前的建筑电气设计中时有所见，图审单位也往往未予足够重视。由于标准图集对此并无明确图示，设计人员对此问题常持不同意见，时有争议；如文中观点有误，希望能抛砖引玉以求行家真知灼见，不吝赐教。

参考文献：
　 1．民用建筑电气设计规范　JGJ/T 16-92 中国建筑东北设计研究院主编 中国计划出版社 1993年出版
2．低压配电设计规范　GB50054-95 中华人民共和国机械工业部主编 中国计划出版社 1995年出版
3．住宅设计规范 GB50096-1999 2003年版 中华人民共和国建设部主编 中国建筑工业出版社1999年出版，2003年第二版
　　　　　4．等电位联结安装 图集号02D501-2 中国航空工业规划设计研究院主编 中国建筑标准设计研究所出版

2007年 1 月 30日