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关于民用建筑照明回路加穿PE线的探讨
2014-9-5 16:19:06   来自:本站   作者:管理员   点击:1111

摘要: 现代民用建筑照明回路中,住宅中插座的选型、布置位置、数量和安装高度都直接关系到住户今后的使用效果,是现代住宅电气设计中十分重要的内容。同时,PE线、PEN线、等电位联结线以及前述的接地线关系人身和财产安全,国际电工标准十分重视其选用和敷设。本文对民用建筑中照明回路加穿PE 线的相关问题进行了分析探讨, 提出了在照明回路中加装带剩余电流动作保护的断路器的建议, 以彻底消除对本层或上层住户安全威胁。

关键词:民用建筑;照明回路;PE线,理工职称论文发表

1、引言

我国是一个照明用电急剧增长的发展中国家。随着我国经济的发展,对照明供电可靠性的需求将越来越高,并且已从简单照明型向改善环境用电型和生活艺术用电型转变。而我国一些地区的电气线路设计往往片面强调节约投资,线路容量设计得偏低,就像瓶颈一样制约着照明用电的发展,更谈不上适应现代照明用电负荷增长的需要。现代照明电气线路的敷设方式以暗敷设为主,因暗埋电气线路是难以更换或增加的,它必须一步到位来满足远期负荷的需要。由于经济的发展和人民生活水平的提高及照明技术和照明电器设备的不断发展和创新,远期负荷是很难估算的,我们只能借鉴国外经验并结合国情来合理设计我国目前的照明电气线路。

2、民用建筑的规范概述及对其认识

《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16 - 2008) 第12. 3. 5 条规定: “当采用金属接线盒、金属导管保护或金属灯具时, 交流220 V 照明配电装置的线路,宜加穿1 根PE 保护接地绝缘导线。” 其相应的说明条文为: “照明配电装置的线路,一般没有加PE 线,但在大量的楼房工程中, 上楼层的地面就是下楼层的顶板。下层照明装置线路的无保护对上层是一种威胁。” 显然, 条文规定的金属线盒、金属导管保护的线路, 加穿PE 保护线的目的是消除对上层住户的安全威胁; 金属灯具( I 类灯具) 的照明线路, 加穿PE保护线的目的是消除对本层住户的触电危险。

上述规范所述对上层住户的安全威胁是指:当带电绝缘导线发生“碰管(盒)” 时,照明线路断路器的保护(短路、过载) 不动作,使金属管长时间带电。当带电导管所在顶板潮湿时, 由于硅酸盐水泥的导电性,造成上楼层的地面带电出现高电位,对上层住户产生安全威胁; 对金属灯具是指:当带电绝缘导线“碰壳” 或受潮绝缘降低时,照明线路断路器不动作,使金属外壳长时间带电,对本层住户构成威胁。

3、照明回路不配出PE 线时,断路器不能可靠切断故障电路的分析

按设计规范, 照明线路均装有带短路和过载保护的小型断路器, 能否切断“碰管(盒)” 故障电路, 取决于故障电流的大小及断路器保护特性两个因素。

3.1 对TT 系统

3.1.1 电路“碰管(盒)” 故障电流的大小对不穿PE 线的照明回路,电路“碰管(盒)”故障电流的大小主要取决于电源电压和故障回路(相线→ 故障点→ 导管及其并联结构钢筋→ 建筑物接地装置→ 电源变压器中性点接地装置) 电阻的大小。其中, 相线、导管电阻一般较小, 建筑物及变压器中性点接地电阻之和一般不大于5 Ω (建筑物防雷共用接地装置)。故障点接触电阻的大小决定于“碰管(盒)” 故障点的接触情况, 故障回路电阻是一个难以准确确定的值, 可能很小(< 1 Ω), 亦可能很大(数十或数百Ω), 故障电流当然亦难以准确确定。但若忽略导线、导管、故障点的电阻, 故障电流的可能最大值为: Idmax≤ 220 V / 5 Ω ≤ 44 A。当然, 由于故障点接触电阻的影响, 故障电流实际数值也可能远远小于Idmax。

3.1.2 小型断路器的动作特性

照明回路一般采用C 特性的小型断路器, 具有短路、过负荷保护, 其动作特性为: a . 短路保护的动作电流为5 ~ 10 倍的额定电流IN 。由其特性曲线可知, 当通过电流为5 IN时, 动作时间可达60 s; 当通过电流为10 IN 时, 动作时间不大于0. 1 s。以常用的C10A、C16A 规格为例, 则其动作电流为: 对于IN = 10 A, 当要求动作时间≤0 . 1 s, Id ≥ 100 A ; 当要求动作时间≤ 60 s, Id ≥50 A。对于IN = 16 A, 当要求动作时间≤ 0 . 1 s,Id ≥ 160 A ; 当要求动作时间≤ 60 s, Id ≥ 80 A。

显然, 均远远大于故障电流的最大值, 断路器短路保护不可能动作。

b . 过负荷保护的动作电流为(1. 45~ 2. 55) IN 。即当通过电流Id = 1.45 IN ,其动作时间小于1 h;当Id = 2.55 IN , 其动作时间大于1 s 小于120 s。因1. 45 IN的动作时间过长, 不宜考虑, 故C10A、C16A规格断路器,其动作电流为: 当IN = 10 A 时, Id ≥25.5 A; 当IN = 16 A 时, Id ≥ 40. 8 A。显然,其动作电流与故障电流的最大值相近,过负荷保护可能动作。但当故障点接触电阻较大时, 过负荷保护可能不动作。所以,过负荷保护亦难以完全消除“碰管(盒)”故障引起的威胁。而且,由于过负荷保护的动作电流( 1.45 IN ~ 2.55 IN )和动作时间(1 s ~ 1 h)均大于建筑物电源进线处带剩余电流动作保护的断路器的动作电流(300 ~ 500 mA)和动作时间(0 . 1 ~ 1 s),往往造成越级动作,扩大停电范围,影响无故障用户正常用电。

3.2 对TN 系统

对TN 系统,电路“碰管(盒)”故障电流的大小,主要取决于电源电压和故障回路(相线→ 故障点→ PE 线→ 电源N 线或PEN 线)电阻的大小。当忽略较小的相线、PE 线、N 线电阻时, 最大故障电流取决于故障点接触电阻的大小:当为金属性短路时,故障电流将大于断路器的动作电流,断路器可靠动作;当故障点接触电阻较大时,将可能发生断路器无法迅速切断故障的现象,难以完全消除“ 碰管(盒)”故障引起的威胁。在配电检修中经常发现, 照明回路金属接线盒内接头绝缘破损或进水受潮绝缘降低,发生导体“碰管(盒)”时,住户照明回路断路器往往未动,而建筑物电源进线处带剩余电流动作保护的断路器动作,造成整栋建筑停电。

4、保护措施分析

4.1照明回路加穿1 根PE 线

PE线和PEN线的截面应同时满足机械强度和对接地故障电流热稳定的要求,PEN线还应满足通过负载电流时的允许载流量和电压降等要求。回路内如果带电导体中断,电灯就不亮,电动机就停转或发出异声,人们可及时觉察并修复故障,在这时间内并未失去接地,后果并不严重。但接地如果不导通,设备照常工作而无异象,故障不能及时觉察,但这时电气装置已失去接地,待发生电击、电气火灾等事故后,才发现灾祸与接地中断有关,这时已无法弥补损失,所以PE线和PEN线的导通比带电导体的导通更重要。

照明回路加穿PE 线后,故障回路的变化是:故障电流通过PE线返回电源中性点,其故障回路电阻值大大减小,增大了故障电流,一般考虑为金属性短路, 过电流保护可兼作接地故障保护,这在《低压配电设计规范》(GB 50054 - 95) 中也是明确的。

4.2 将照明回路断路器改为带剩余电流动作保护的断路器

对于TT 系统,用剩余电流动作保护装置作接地故障保护是合适的。但Ⅰ类灯具仍需连接PE 线,通过结构钢筋作故障电流返回通路是危险的。

对于TN 系统,如上文分析,一般考虑接地故障为金属性短路,但实际中可能存在接地故障接触电阻, 此时故障电流不大, 过电流保护灵敏度可能不够。这时就需用剩余电流动作保护来作接地故障保护为保证照明回路在允许剩余电流值以内时可靠供电, 仅在发生“碰管(盒)” 故障时及时切断故障电路,其动作电流可根据回路正常漏电情况按30 mA≤ I△ ≤ 100 mA ( t ≤ 0. 1 s )选择。

此时,即使故障回路电阻达数百Ω,如1 000 Ω时, 故障电流仍可达Id ≥ 220 V / 1 000 Ω = 0 . 22 A= 220 mA > > I△,均能保证可靠、迅速切断故障回路, 完全消除上述安全威胁。

至于I△ > 30 mA 时故障瞬间是否会发生触电危险? 因为此时人体与故障回路中PE 线及导管(以及并联结构钢筋) 并联,且人体电阻远大于导管电阻,流过人体的故障电流很小,是安全的。即使导管断路,故障电流全部流过人体,由于带剩余电流动作保护的断路器的迅速切断故障回路,其值仍小于30 mA•s 的安全值, 如:I△ = 100 mA, t <0. 1 s, 则I △•t = 10 mA•s, < 30 mA•s 。显然, 对人体是安全的。

5、结论

照明回路加装PE线,不能保证发生不同“ 碰管( 盒)”故障时,均能使照明回路故障断路器可靠动作,无法完全消除条文所述长时间带电的安全威胁。而且,容易发生越级跳闸, 扩大停电范围。或者是照明回路可装带剩余电流动作保护的断路器(30 mA≤ I△≤100 mA, t ≤ 0. 1 s);对I 类灯具(可能安装的I 类灯具) 照明回路,应加穿PE 线并与灯具金属外壳可靠连接,以作防触电保护。文章结合我国照明新技术、新设备的发展和应用,论述了民用建筑照明回路加穿PE线的进展与正确性。

参考文献:

[1] 浅析住宅照明电气插座及其回路设计探讨

[2]照明回路

[3] 《民用建筑电气设计规范》(JGJ16 - 2008)

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