PE線PEN線和等電位聯(lián)結(jié)線的選用和敷設(shè)要求

1、PE線PEN線和等電位聯(lián)結(jié)線的選用和敷設(shè)要求 PE線、PEN線、等電位聯(lián)結(jié)線以及前述的接地線關(guān)系人身和財產(chǎn)安全，國際電工標準十分重視其選用和敷設(shè)。本章將討論工頻條件下用于安全目的的PE線、PEN線和等電位聯(lián)結(jié)線的選用和敷設(shè)。用于高頻條件下有關(guān)信息技術(shù)裝置的特殊要求見第十四章的第五、六節(jié)。第一節(jié)PE線和PEN線的最小允許截面一回路內(nèi)如果帶電導(dǎo)體中斷，電燈就不亮，電動機就停轉(zhuǎn)或發(fā)出異聲，人們可及時覺察并修復(fù)故障，在這時間內(nèi)并未失去接地，后果并不嚴重。但接地如果不導(dǎo)通，設(shè)備照常工作而無異象，故障不能及時覺察，但這時電氣裝置已失去接地，待發(fā)生電擊、電氣火災(zāi)等事故后，才發(fā)現(xiàn)災(zāi)禍與接地中斷有關(guān)，這時已無法

2、彌補損失，所以PE線和PEN線的導(dǎo)通比帶電導(dǎo)體的導(dǎo)通更重要。PE線和PEN線的截面應(yīng)同時滿足機械強度和對接地故障電流熱穩(wěn)定的要求，PEN線還應(yīng)滿足通過負載電流時的允許載流量和電壓降等要求。1機械強度要求按國際電工標準要求單根電線用作PE線時，銅線的截面有機械保護時不得小于25 mm2，無機械保護時不得小于4mm2；鋁線因易折斷，其截面不論有無機械保護都不得小于16 mm2。當采用多芯電纜或護套電線中的一根芯線作PE線時，或PE線與相線共處于同保護物(例如敷線管槽)內(nèi)時，對此PE線無需規(guī)定按機械強度要求的最小截面。PEN線只適用于固定安裝在使用中不受撓曲的線路中。從機械強度考慮，即使它是多芯電纜

3、中的一根芯線，也要求其截面銅線不小于10mm2，鋁線不小于16mm2。這是因為PEN線如果中斷，事故后果尤為嚴重，詳見第三章第四節(jié)和第十五章第二節(jié)。為策安全不得不放大PEN線截面，但這樣做不但多耗費有色金屬，而且也給施工帶來許多困難。這也正是現(xiàn)時很少采用TNC系統(tǒng)，普遍采用TN-C-S系統(tǒng)或TNS系統(tǒng)的原因之一。因在這些系統(tǒng)中PE線的允許最小截面可大大減小，既節(jié)約投資，又方便施工。PEN線應(yīng)包以絕緣，除在建筑物內(nèi)只作一點接地處外其他處的絕緣強度應(yīng)能耐受可能遭受的最高電壓，以避免產(chǎn)生雜散電流。2熱穩(wěn)定要求正常工作時PEN線需通過工作電流，而PE線不通過工作電流，只通過微量的回路正常泄漏電流。如果

4、正常工作時測得PE線帶有以若干安計的電流，以致RCD合不上閘或發(fā)出報警信號，則可以肯定此電流是施工中接線錯誤或維護不當引起的不應(yīng)有的不正常電流。PE線只有在發(fā)生接地故障時才通過若干安計的故障電流，其值可能大至使PE線不能承受而燒毀，為此應(yīng)按接地故障電流來檢驗其熱穩(wěn)定，見式(10-1)，不贅述。按式(10-1)進行校驗十分復(fù)雜費時，為簡化設(shè)計工作可采用表211所列值來確定發(fā)生接地故障時PE線(也包括PEN線)按熱穩(wěn)定要求的最小截面。表211 PE(PEN)線按接地故障電流熱穩(wěn)定要求的最小截面 相線截面S(mm2)PE(PEN)線最小截面(mm2)S<1616<S35S>35S1

5、6S采用表211所列值偏于保守，但能減少設(shè)計工作量。當PE線(PEN線)與相線的材質(zhì)不相同時，表211值應(yīng)按相應(yīng)電導(dǎo)值進行換算。有的電氣同行以為表211值只適用于接地故障電流大的TN系統(tǒng)，不適用于接地故障電流小的TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。其實不然，表211值不僅適用于接地故障電流大的TN系統(tǒng)，也同樣適用于發(fā)生兩個故障的TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。這可分別用圖211和圖212來說明。圖211為一TT系統(tǒng)，圖中設(shè)備A先發(fā)生中性線碰外殼接地故障，因中性線基本為地電位，故障電流甚小，回路上的過電流防護電器以致RCD都無法動作，此故障作為第一次故障得以長期潛伏下來。但因中性線與PE線導(dǎo)通，此TT系統(tǒng)實際上已轉(zhuǎn)變成為T

6、N系統(tǒng)。其后如圖211中設(shè)備B發(fā)生相線碰外殼接地故障，則如圖211所示，PE線上流過的將是和TN系統(tǒng)同樣大的以金屬導(dǎo)體為通路的金屬性短路電流。圖212所示為一IT系統(tǒng)。如果設(shè)備A發(fā)生第一次接地故障后不能及時消除故障(例如遇到難以尋找和消除的故障，或絕緣監(jiān)測器失靈未發(fā)出報警信號等情況)，其后又如圖212所示設(shè)備B發(fā)生第二次接地故障，則故障擴大為兩相短路，這時PE線上將通過兩相短路電流而非微量的接地電容電流。圖211 TT系統(tǒng)的兩個接地故障    圖212 IT系統(tǒng)的兩個接地故障國際電工標準非常慎重地考慮電氣事故的防范措施，在不少情況下需考慮發(fā)生兩個故障引起的危險，上

7、述即是兩例。所以不論是TT系統(tǒng)或IT系統(tǒng)都應(yīng)和TN系統(tǒng)一樣，按表211確定PE線按熱穩(wěn)定要求的最小截面?，F(xiàn)時有一種做法，在有多個配電回路的電纜豎井內(nèi)，不為每一回路配出PE線而只在豎井內(nèi)設(shè)置一共用的PE線。只要此共用PE線不遠離回路相線這一做法理論上是可行的。但需注意此共用PE線的截面必須不小于最大回路PE線的截面，而且各回路PE線自共用PE線的分支引出必須保證其連接導(dǎo)電的可靠。第二節(jié)通過大正常泄漏電流的PE線的提高機械強度措施有些電氣設(shè)備的PE線需通過大幅值的正常泄漏電流，其PE線的中斷可能引起電擊危險。為此對通過大于10mA正常泄漏電流的這類設(shè)備的PE線需提高其機械強度，IEC規(guī)定可采取下列

8、措施之一：(1)該PE線全長的截面增大為銅線lOmm2或鋁線16mm2；(2)另加第二根相同截面的PE線，它應(yīng)自設(shè)備的另一PE線接線端子引出。這一安全措施可參見第二十三章第八節(jié)的實例作進一步了解。第三節(jié)PE線的代用體除電線電纜以及裸導(dǎo)體外，可利用以下金屬導(dǎo)體作為PE線的代用體：(1)電纜和護套線的金屬護套、屏蔽層、鎧裝等金屬外皮；(2)固定安裝的敷線用的鋼管和金屬槽盒、托盤、梯架；(3)某些非電氣裝置的金屬管道和構(gòu)架，但不包括水管、燃氣管和燃油管、承受機械應(yīng)力的結(jié)構(gòu)件、軟管、懸吊線等管道結(jié)構(gòu)。利用這些代用體時應(yīng)注意滿足以下一些要求：(1)其電導(dǎo)不應(yīng)低于專用PE線的電導(dǎo)，以保證不降低自動切斷電源

9、的防護電器的動作靈敏度；(2)應(yīng)保證它不受機械損傷、化學(xué)或電化學(xué)的腐蝕，以確保電路的可靠導(dǎo)通；(3)槽盒、托盤、梯架等應(yīng)便于引出連接可靠的PE線；(4)煤氣管嚴禁用作PE線和接地極，為此它進入建筑物后應(yīng)在盡量短的距離內(nèi)插入絕緣段，使之與其戶外地下部分絕緣。上列對代用體的要求常難以滿足，為保證電氣安全仍以敷設(shè)專用的PE線為妥。第四節(jié)PE線和PEN線的敷設(shè)要求為提高TN系統(tǒng)中過電流防護電器兼作接地故障防護的靈敏度，應(yīng)盡量降低故障回路阻抗以增大故障電流工a。在線路截面相同的條件下，回路阻抗取決于回路感抗，而回路感抗與回路電感成正比，回路電感可依式(211)估算式中L回路電感，H；µ空間磁導(dǎo)

10、率，Hm；D通過往返電流的兩導(dǎo)體間的距離，m；z回路長度，m；R回路導(dǎo)體的半徑，m。從式(211)可知PE線與相線間的距離D越大，線路感抗越大，過電流防護電器動作的靈敏度越低，因此PE線或PEN線應(yīng)盡量緊靠相線敷設(shè)，以減少回路感抗。曾做過這樣的試驗：給一回路的PE線并聯(lián)敷設(shè)材質(zhì)和長度都相同的第二根PE線，它與回路拉開300ram的距離。試給回路模擬產(chǎn)生一接地故障電流，測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)90以上的故障電流通過緊靠相線的回路PE線返回電源，只有不到10的故障電流通過第二根距回路300mm的PE線返回電流。這一試驗說明將PE線貼近相線敷設(shè)，減少了回路感抗，對提高過電流防護電器兼作接地故障防護電器的動作靈敏

11、度十分有利。過去有將用作PEN干線的裸扁鋼單獨沿靠近地面的墻腳上水平敷設(shè)而將三根相線敷設(shè)在遠離地面的屋架上的做法。這種做法對靠墻成排布置的電氣設(shè)備分支接PEN線比較方便，但它存在兩個間題，一是增大回路感抗降低了對接地故障防護的動作靈敏度，二是PEN線對地不絕緣，會產(chǎn)生對地雜散電流，因此這種敷設(shè)PEN線的做法是不應(yīng)采用的。第五節(jié)聯(lián)結(jié)線截面的確定聯(lián)結(jié)線截面的確定，見表212。表21-2聯(lián)結(jié)線的截面 類別總等電位聯(lián)結(jié)線局部等電位聯(lián)結(jié)線輔助等電位聯(lián)結(jié)線一般值不小于0.5×進線PE(PEN)線截面不小于0.5×PE線截面兩電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分間0.5×較小PE線截面電氣設(shè)備

12、與裝置外可導(dǎo)電部分間0.5×PE線截面最小值6 mm2銅線有機械保護時2.5mm2銅線或16 mm2鋁線16 mm2鋁線*無機械保護時4mm2銅線50 mm2鐵導(dǎo)體16 mm2鐵線最大值25 mm2銅線或相同電導(dǎo)值的導(dǎo)線*局部場所內(nèi)最大PE線截面。*不允許采用無機械保護的鋁線。采用鋁線時，應(yīng)注意保證鋁線連接處的持久導(dǎo)通性等電位聯(lián)結(jié)端子板的截面應(yīng)滿足機械強度要求，并不得小于所接聯(lián)結(jié)線截面。表212中總等電位聯(lián)結(jié)線和局部等電位聯(lián)結(jié)線的最大截面僅為25 mm2，這是因為用于電氣安全的聯(lián)結(jié)線只傳導(dǎo)電位，不傳送電流或只傳導(dǎo)很少部分的電流。從線路結(jié)構(gòu)分析可知聯(lián)結(jié)線是和PE線并聯(lián)的，但PE線緊靠相

13、線感抗甚小，而聯(lián)結(jié)線則遠離回路相線，感抗相對甚大，因此絕大部分接地故障電流是流經(jīng)PE線而不是流經(jīng)聯(lián)結(jié)線返回電源。所以除非為減少高頻阻抗的需要(例如為減少信息系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的高頻阻抗)，就工頻電氣安全而言，不要求選用大截面的聯(lián)結(jié)線。現(xiàn)舉例說明如下：【例2l一1】某電氣裝置的電源進線為3×150 mm2+1×70 mm2的銅芯電纜，按計算值總等電位聯(lián)結(jié)線的截面為05×7035(mm2)。但按表21-2的規(guī)定，可選用25 mm2的銅芯聯(lián)結(jié)線，以節(jié)約有色金屬?！纠?12】室內(nèi)只有2臺用電設(shè)備和一根自來水管，兩設(shè)備相距小于25m，其PE線銅線截面分別為25 m

14、m2及25 mm2。由于距電源處甚遠，回路阻抗大，過電流防護電器不能滿足發(fā)生接地故障時在規(guī)定時間內(nèi)切斷電源的要求。為將故障時可能出現(xiàn)的接觸電壓限制在接觸電壓限值50V以下，需在其間設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)線。按表21-2，兩設(shè)備與水管間的輔助等電位聯(lián)結(jié)線截面計算值分別為25×05125(mm2)和25×05125(mm2)，可分別取16 mm2銅線和25 mm2銅線(有機械保護)，兩臺設(shè)備間的聯(lián)結(jié)線截面則取兩設(shè)備的較小PE線的截面，即25mm2銅線(有機械保護)?！纠?13】現(xiàn)有廠房內(nèi)的-d,間內(nèi)有多臺小功率用電設(shè)備和某些公用設(shè)施金屬管道，其PE干線截面為銅線4ram2，因過電流

15、防護電器防電擊的動作靈敏度不夠，需在該小間內(nèi)補充設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)。按計算值應(yīng)采用4×052(mm2)，也即25 mm2銅線，但為在現(xiàn)有裝置中的簡化施工，按表21-2采用無機械保護的明線敷設(shè)，其截面取4 mm2。在電擊危險大的特殊場所內(nèi)(如浴室、游泳池等場所)，電氣設(shè)備和金屬管道結(jié)構(gòu)較多，需按表21-2所列值做局部等電位聯(lián)結(jié)，這將在第二十三章中予以介紹。第六節(jié)低壓電氣裝置工頻等電位聯(lián)結(jié)實施中一些具體間題的探討1兩金屬管道連接處裹有黃麻或聚乙烯薄膜，是否需做跨接線兩金屬管道連接處包有黃麻或聚乙烯薄膜不需做跨接線，除自來水管的水表兩端需做跨接線外，金屬管道連接處一般不需跨接。因管道在做絲

16、扣連接時這些包裹材料通常因破損而失去絕緣作用，所以連接處電氣上依然是導(dǎo)通的。但施工完畢后必須對管道全長進行一次導(dǎo)通性的檢測，如發(fā)現(xiàn)某一管道連接處不導(dǎo)通或接觸電阻過大(詳見第二十二章第二節(jié))，應(yīng)在該處加做跨接線。2現(xiàn)時有些管道系統(tǒng)以塑料管代替金屬管，對此應(yīng)如何處理等電位聯(lián)結(jié)間題做等電位聯(lián)結(jié)的目的是使人體可同時觸及的導(dǎo)電部分的電位相等或接近，以消除或減少電擊危險。塑料管不是可導(dǎo)電物質(zhì)，它不能傳導(dǎo)或呈現(xiàn)電位，因此不需對它做等電位聯(lián)結(jié)。但對金屬管道系統(tǒng)內(nèi)的小段塑料管需做跨接。3在等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)內(nèi)是否要對一管道系統(tǒng)做多次重復(fù)聯(lián)結(jié)只要管道全長導(dǎo)通良好，原則上對一種管道系統(tǒng)只需做一次聯(lián)結(jié)。例如在水管進入建筑

17、物處的干管上做一次總等電位聯(lián)結(jié)，在浴室內(nèi)的水道干管上做一次局部等電位聯(lián)結(jié)。4是否可在戶外環(huán)繞建筑物埋設(shè)一圈扁鋼作總等電位聯(lián)結(jié)有人建議在戶外環(huán)繞建筑物埋設(shè)一圈扁鋼，將各種進人建筑物的金屬管道與之連接，從而既實現(xiàn)接地，又實現(xiàn)總等電位聯(lián)結(jié)。這一做法是不安全的，因無法檢視地下扁鋼與各種管道的連接狀況，如果連接處因腐蝕爛斷而使該處聯(lián)結(jié)失效，將無從發(fā)現(xiàn)而成為事故隱患。5是否可用配電箱內(nèi)的PE母排來代替接地母排和等電位聯(lián)結(jié)端子板來連接聯(lián)結(jié)線因配電箱內(nèi)有帶危險電壓的相線，在配電箱內(nèi)帶電檢測等電位聯(lián)結(jié)和接地狀況時，易不慎觸及危險電壓而引發(fā)電氣事故，如停電檢測則對工作和生活又帶來諸多不便。所以應(yīng)在配電箱外另設(shè)接地

18、母排或等電位聯(lián)結(jié)端子板，以便在不帶電條件下安全地進行檢測。6總等電位聯(lián)結(jié)的接地母排和局部等電位聯(lián)結(jié)端子板之間是否要連通因這兩者間的關(guān)系并非一配電系統(tǒng)內(nèi)上下級配電箱之間送電與受電的關(guān)系，不需在兩者間作電氣導(dǎo)通。實際上兩者間已存在通過PE線、金屬結(jié)構(gòu)、管道的自然導(dǎo)通。就電擊防護而言，等電位聯(lián)結(jié)的作用只是使人體伸臂范圍內(nèi)(25m內(nèi))所接觸的電位相等或接近而已。人體不可能同時觸及兩個相距甚遠的帶不同電位的金屬部分。如果在這兩者間作聯(lián)結(jié)，不過是對上下級配電箱間的PE線并聯(lián)一個阻抗大許多的導(dǎo)體而已，并沒有實用意義。同理，也沒有必要在電纜豎井內(nèi)設(shè)置一垂直的聯(lián)結(jié)各樓層的聯(lián)結(jié)干線，見第六章第二節(jié)。7總等電位聯(lián)結(jié)

19、系統(tǒng)的電位可能高于戶外地電位，是否需在建筑物出入口處采取均衡電位措施以降低跨步電壓對于1000V及以下的工頻低壓電氣裝置不必考慮跨步電壓的危害，因這一跨步電壓不足以造成對人體的傷害。關(guān)于等電位聯(lián)結(jié)的設(shè)置，我國從20世紀90年代開始已在有關(guān)建筑電氣規(guī)范中作出規(guī)定，取得了一定的成效，但就實施的廣度和深度而言，尚不盡如人意。其中有管理和體制的間題，就電氣設(shè)計安裝而言，圖紙深度不夠是重要原因。在我國的設(shè)計文件中沒有像國外設(shè)計那樣附有標明等電位聯(lián)結(jié)的聯(lián)結(jié)位置、聯(lián)結(jié)線的材質(zhì)和截面等技術(shù)要求的施工簡圖，承包單位往往借口缺乏圖紙依據(jù)而拒絕施工等電位聯(lián)結(jié)。這樣做的結(jié)果難免給電氣裝置日后的運作留下許多事故隱患，這是我們建筑電氣從業(yè)人員應(yīng)予重視的一個間題。第七節(jié)地面等電位對地下金屬部分密度的要求在一般干燥場所的建筑物內(nèi)，如離人體站立處的地下等電位聯(lián)結(jié)金屬部分不超過lOm，即可認為滿足地面等電位的要求，否則應(yīng)增設(shè)地下等電位聯(lián)結(jié)金屬部分，以滿足此lOm最大距離