PE线PEN线和等电位联结线的选用和敷设要求

PE线PEN线和等电位联结线的选用和敷设要求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。本章将讨论工频条件下用于安全目的的PE线、PEN线和等电位联结线的选用和敷设。用于高频条件下有关信息技术装置的特殊要求见第十四章的第五、六节。第一节PE线和PEN线的最小允许截面一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。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。1．机械强度要求按国际电工标准要求单根电线用作PE线时，铜线的截面有机械保护时不得小于2．5mm2，无机械保护时不得小于4mm2；铝线因易折断，其截面不论有无机械保护都不得小于16mm2。当采用多芯电缆或护套电线中的一根芯线作PE线时，或PE线与相线共处于同保护物(例如敷线管槽)内时，对此PE线无需规定按机械强度要求的最小截面。PEN线只适用于固定安装在使用中不受挠曲的线路中。从机械强度考虑，即使它是多芯电缆中的一根芯线，也要求其截面铜线不小于10mm2，铝线不小于16mm2。这是因为PEN线如果中断，事故后果尤为严重，详见第三章第四节和第十五章第二节。为策安全不得不放大PEN线截面，但这样做不但多耗费有色金属，而且也给施工带来许多困难。这也正是现时很少采用TN—C系统，普遍采用TN-C-S系统或TN—S系统的原因之一。因在这些系统中PE线的允许最小截面可大大减小，既节约投资，又方便施工。PEN线应包以绝缘，除在建筑物内只作一点接地处外其他处的绝缘强度应能耐受可能遭受的最高电压，以避免产生杂散电流。2．热稳定要求正常工作时PEN线需通过工作电流，而PE线不通过工作电流，只通过微量的回路正常泄漏电流。如果正常工作时测得PE线带有以若干安计的电流，以致RCD合不上闸或发出报警信号，则可以肯定此电流是施工中接线错误或维护不当引起的不应有的不正常电流。PE线只有在发生接地故障时才通过若干安计的故障电流，其值可能大至使PE线不能承受而烧毁，为此应按接地故障电流来检验其热稳定，见式(10-1)，不赘述。按式(10-1)进行校验十分复杂费时，为简化设计工作可采用表21—1所列值来确定发生接地故障时PE线(也包括PEN线)按热稳定要求的最小截面。表21—1PE(PEN)线按接地故障电流热稳定要求的最小截面相线截面S(mm2)PE(PEN)线最小截面(mm2)S≤1616S≤35S35S16S／２采用表21—1所列值偏于保守，但能减少设计工作量。当PE线(PEN线)与相线的材质不相同时，表21—1值应按相应电导值进行换算。有的电气同行以为表21—1值只适用于接地故障电流大的TN系统，不适用于接地故障电流小的TT系统和IT系统。其实不然，表21—1值不仅适用于接地故障电流大的TN系统，也同样适用于发生两个故障的TT系统和IT系统。这可分别用图21—1和图21—2来说明。图21—1为一TT系统，图中设备A先发生中性线碰外壳接地故障，因中性线基本为地电位，故障电流甚小，回路上的过电流防护电器以致RCD都无法动作，此故障作为第一次故障得以长期潜伏下来。但因中性线与PE线导通，此TT系统实际上已转变成为TN系统。其后如图21—1中设备B发生相线碰外壳接地故障，则如图21—1所示，PE线上流过的将是和TN系统同样大的以金属导体为通路的金属性短路电流。图21—2所示为一IT系统。如果设备A发生第一次接地故障后不能及时消除故障(例如遇到难以寻找和消除的故障，或绝缘监测器失灵未发出报警信号等情况)，其后又如图21—2所示设备B发生第二次接地故障，则故障扩大为两相短路，这时PE线上将通过两相短路电流而非微量的接地电容电流。图21－1TT系统的两个接地故障图21—2IT系统的两个接地故障国际电工标准非常慎重地考虑电气事故的防范措施，在不少情况下需考虑发生两个故障引起的危险，上述即是两例。所以不论是TT系统或IT系统都应和TN系统一样，按表21—1确定PE线按热稳定要求的最小截面。现时有一种做法，在有多个配电回路的电缆竖井内，不为每一回路配出PE线而只在竖井内设置一共用的PE线。只要此共用PE线不远离回路相线这一做法理论上是可行的。但需注意此共用PE线的截面必须不小于最大回路PE线的截面，而且各回路PE线自共用PE线的分支引出必须保证其连接导电的可靠。第二节通过大正常泄漏电流的PE线的提高机械强度措施有些电气设备的PE线需通过大幅值的正常泄漏电流，其PE线的中断可能引起电击危险。为此对通过大于10mA正常泄漏电流的这类设备的PE线需提高其机械强度，IEC规定可采取下列措施之一：(1)该PE线全长的截面增大为铜线lOmm2或铝线16mm2；(2)另加第二根相同截面的PE线，它应自设备的另一PE线接线端子引出。这一安全措施可参见第二十三章第八节的实例作进一步了解。第三节PE线的代用体除电线电缆以及裸导体外，可利用以下金属导体作为PE线的代用体：(1)电缆和护套线的金属护套、屏蔽层、铠装等金属外皮；(2)固定安装的敷线用的钢管和金属槽盒、托盘、梯架；(3)某些非电气装置的金属管道和构架，但不包括水管、燃气管和燃油管、承受机械应力的结构件、软管、悬吊线等管道结构。利用这些代用体时应注意满足以下一些要求：(1)其电导不应低于专用PE线的电导，以保证不降低自动切断电源的防护电器的动作灵敏度；(2)应保证它不受机械损伤、化学或电化学的腐蚀，以确保电路的可靠导通；(3)槽盒、托盘、梯架等应便于引出连接可靠的PE线；(4)煤气管严禁用作PE线和接地极，为此它进入建筑物后应在尽量短的距离内插入绝缘段，使之与其户外地下部分绝缘。上列对代用体的要求常难以满足，为保证电气安全仍以敷设专用的PE线为妥。第四节PE线和PEN线的敷设要求为提高TN系统中过电流防护电器兼作接地故障防护的灵敏度，应尽量降低故障回路阻抗以增大故障电流工a。在线路截面相同的条件下，回路阻抗取决于回路感抗，而回路感抗与回路电感成正比，回路电感可依式(21—1)估算式中L——回路电感，H；µ０——空间磁导率，H／m；D——通过往返电流的两导体间的距离，m；z——回路长度，m；R——回路导体的半径，m。从式(21—1)可知PE线与相线间的距离D越大，线路感抗越大，过电流防护电器动作的灵敏度越低，因此PE线或PEN线应尽量紧靠相线敷设，以减少回路感抗。曾做过这样的试验：给一回路的PE线并联敷设材质和长度都相同的第二根PE线，它与回路拉开300ram的距离。试给回路模拟产生一接地故障电流，测定结果发现90％以上的故障电流通过紧靠相线的回路PE线返回电源，只有不到10％的故障电流通过第二根距回路300mm的PE线返回电流。这一试验说明将PE线贴近相线敷设，减少了回路感抗，对提高过电流防护电器兼作接地故障防护电器的动作灵敏度十分有利。过去有将用作PEN干线的裸扁钢单独沿靠近地面的墙脚上水平敷设而将三根相线敷设在远离地面的屋架上的做法。这种做法对靠墙成排布置的电气设备分支接PEN线比较方便，但它存在两个间题，一是增大回路感抗降低了对接地故障防护的动作灵敏度，二是PEN线对地不绝缘，会产生对地杂散电流，因此这种敷设PEN线的做法是不应采用的。第五节联结线截面的确定联结线截面的确定，见表21—2。表21-2联结线的截面类别总等电位联结线局部等电位联结线辅助等电位联结线一般值不小于0.5×进线PE(PEN)线截面不小于0.5×PE线截面两电气设备外露导电部分间0.5×较小PE线截面电气设备与装置外可导电部分间0.5×PE线截面最小值6mm2铜线有机械保护时2.5mm2铜线或16mm2铝线16mm2铝线**无机械保护时4mm2铜线50mm2铁导体16mm2铁线最大值25mm2铜线或相同电导值的导线***局部场所内最大PE线截面。**不允许采用无机械保护的铝线。采用铝线时，应注意保证铝线连接处的持久导通性等电位联结端子板的截面应满足机械强度要求，并不得小于所接联结线截面。表21—2中总等电位联结线和局部等电位联结线的最大截面仅为25mm2，这是因为用于电气安全的联结线只传导电位，不传送电流或只传导很少部分的电流。从线路结构分析可知联结线是和PE线并联的，但PE线紧靠相线感抗甚小，而联结线则远离回路相线，感抗相对甚大，因此绝大部分接地故障电流是流经PE线而不是流经联结线返回电源。所以除非为减少高频阻抗的需要(例如为减少信息系统电气装置内等电位联结系统的高频阻抗)，就工频电气安全而言，不要求选用大截面的联结线。现举例说明如下：【例2l一1】某电气装置的电源进线为3×150mm2+1×70mm2的铜芯电缆，按计算值总等电位联结线的截面为0．5×70＝35(mm2)。但按表21-2的规定，可选用25mm2的铜芯联结线，以节约有色金属。【例21—2】室内只有2台用电设备和一根自来水管，两设备相距小于2．5m，其PE线铜线截面分别为25mm2及2．5mm2。由于距电源处甚远，回路阻抗大，过电流防护电器不能满足发生接地故障时在规定时间内切断电源的要求。为将故障时可能出现的接触电压限制在接触电压限值50V以下，需在其间设置辅助等电位联结线。按表21-2，两设备与水管间的辅助等电位联结线截面计算值分别为25×0．5＝12．5(mm2)和2．5×0．5＝1．25(mm2)，可分别取16mm2铜线和2．5mm2铜线(有机械保护)，两台设备间的联结线截面则取两设备的较小PE线的截面，即2．5mm2铜线(有机械保护)。【例21—3】现有厂房内的--d,间内有多台小功率用电设备和某些公用设施金属管道，其PE干线截面为铜线4ram2，因过电流防护电器防电击的动作灵敏度不够，需在该小间内补充设置局部等电位联结。按计算值应采用4×0．5＝2(mm2)，也即2．5mm2铜线，但为在现有装置中的简化施工，按表21-2采用无机械保护的明线敷设，其截面取4mm2。在电击危险大的特殊场所内(如浴室、游泳池等场所)，电气设备和金属管道结构较多，需按表21-2所列值做局部等电位联结，这将在第二十三章中予以介绍。第六节低压电气装置工频等电位联结实施中一些具体间题的探讨1．两金属管道连接处裹有黄麻或聚乙烯薄膜，是否需做跨接线两金属管道连接处包有黄麻或聚乙烯薄膜不需做跨接线，除自来水管的水表两端需做跨接线外，金属管道连接处一般不需跨接。因管道在做丝扣连接时这些包裹材料通常因破损而失去绝缘作用，所以连接处电气上依然是导通的。但施工完毕后必须对管道全长进行一次导通性的检测，如发现某一管道连接处不导通或接触电阻过大(详见第二十二章第二节)，应在该处加做跨接线。2．现时有些管道系统以塑料管代替金属管，对此应如何处理等电位联结间题做等电位联结的目的是使人体可同时触及的导电部分的电位相等或接近，以消除或减少电击危险。塑料管不是可导电物质，它不能传导或呈现电位，因此不需对它做等电位联结。但对金属管道系统内的小段塑料管需做跨接。3．在等电位联结系统内是否要对一管道系统做多次重复联结只要管道全长导通良好，原则上对一种管道系统只需做一次联结。例如在水管进入建筑物处的干管上做一次总等电位联结，在浴室内的水道干管上做一次局部等电位联结。4．是否可在户外环绕建筑物埋设一圈扁钢作总等电位联结有人建议在户外环绕建筑物埋设一圈扁钢，将各种进人建筑物的金属管道与之连接，从而既实现接地，又实现总等电位联结。这一做法是不安全的，因无法检视地下扁钢与各种管道的连接状况，如果连接处因腐蚀烂断而使该处联结失效，将无从发现而成为事故隐患。5．是否可用配电箱内的PE母排来代替接地母排和等电位联结端子板来连接联结线因配电箱内有带危险电压的相线，在配电箱内带