低压电气设计中若干安全问题探究

【摘　要】本文结合多年工作实践，就低压电气设计若干安全问题进行了探究，并提出了自己的一些见解和认识，供同行参考。

【关键词】电气设计；安全问题；措施

随着经济社会的发展，建筑的结构和功能将更加复杂，建筑物内的用电设备和装置越来越多，其对电气设计的安全合理性提出了更高的要求。本文将阐述个人在设计中体会到的几点防触电和电气火灾的安全措施。

1.防直接接触电击

防直接接触电击主要通过带电部分绝缘覆盖、设置遮栏或外护物以及阻挡物、或将带电部分置于伸臂范围以外的措施进行防护，并加装30mARCD瞬动型漏电保护装置作为后备保护。很明显，前三者目的旨在通过设置“障碍物”让人体远离带电体，而RCD则是用以防范障碍物被人无意识移走造成的安全隐患。值得注意的是，RCD只能作为后备措施，不能替代上述主要措施。因为如果人体同时触及的是一回路的相线和中性线，人体将遭受电击，而根据RCD的工作原理可知，故障电流在RCD电流互感器磁路内产生的磁场方向相反互相抵消，故RCD将无法动作。或者RCD因质量等种种原因动作缓慢，不能及时切断电源，根据交流电流通过人体的电流时间效应可知仍有电击致命危害。因此作为电气设计从业者，在防直接接触电击设计中应综合考虑以上防护措施以及后备保护措施，而障碍物的设置细则应查阅相关规范，严格执行。

2.防间接接触电击

所谓间接接触电击指当电气装置因绝缘破损发生接地故障，原本不带电的电气设备外露导电部分因此带对地故障电压，人体接触此故障电压而遭受的电击。间接接触电击的防护由电气设备设计和电气装置设计两部分相互结合实现。

电气设备的设计由生产商在产品设计和制造中配置实施，而电气装置的设计则由电气设计人员完成。就我国现状而言，I类设备使用最为普遍，与人们的日常生活息息相关，本文将着重讨论I类设备电气装置的设计，其合理的防间接接触电击的方法有：

（1）设备外露导电部分经PE线作保护接地。

（2）自动切断电源。

（3）设置总等电位联结、卫生间等特殊场所局部等电位联结。

所谓总等电位联结就是指在建筑物的电源进线处将进线处PE母排或PE干线、接地干线、水干管、采暖空调干管、燃气干管、建筑物金属构件等导电部分互相连通。TN系统中，发生相线碰设备金属外壳故障时，故障电流返回电源的通路为PE线或PEN线，如果通路各连接点导电良好，故障电流大，在回路首端设置过电流保护电器或RCD漏电保护电器能迅速及时跳闸，从而切断电源，避免触电危险(值得注意的是TN—C系统不能装设RCD)。而当一回路未发生接地故障，该TN系统内其他回路发生接地故障时，未发生故障的回路并未流过故障电流，该回路防护电器无法动作，但故障电压却沿PE线或PEN线传导使得未发生故障的回路设备外露导电部分呈故障电压，引来电击危险。此时就需要设置总等电位联结装置来防间接接触电击。建筑物作了总等电位联结后，电气装置的PE线和外露导电部分、电气装置外导电部分和接地系统互相连通，因而建筑物内各导电部分电位相等或接近，从而降低接触电压，避免触电，同时也可以防止由建筑物外部导入危险电位发生触电事故。

设计中，供手持或移动设备使用的插座带PE极，且前端用带漏电保护功能的断路器作保护，既是这个道理。

TT系统中，发生接地故障时，故障回路阻抗由部分金属导体、电源侧系统接地电阻、负荷侧保护接地电阻组成，其值较TN系统大，故障电流较小，最有效的切断电源措施是采用高灵敏度的RCD漏电保护器。此时可再采用总等电位联结作为后备措施，大大降低接触电压。

IT系统一般用于对供电连续性要求较高或者对防电击要求很高的场所。其电源侧不接地，当系统发生第一次接地故障时，故障电流只能通过非故障相导体对地电容返回电源，阻抗极大，因此故障电流非常小，不引发电击危险，可不切断电源。当发生第二次接地故障时，故障电流可经负荷端的PE线(或接地极)返回电源，此时故障电流大，应按TN或TT系统切断电源方式装设过电流保护器、RCD漏电保护器来切断电源。值得注意的是，IT系统必须装设绝缘监测器，用以监测第一次接地故障，发出报警信号。

3.防电气线路火灾

近年由于电线短路、超负荷等原因造成的家庭火灾居高不下，而接地电弧性短路又是最危险多发的电气火灾隐患。对于线路的保护除合理设置过电流保护器外，线路本身的设计也应考虑诸多因素。

电气短路可分为相间短路和单相接地短路。相间短路一般能够产生较大的短路电流，该短路电流使过流保护装置动作，及时切断电源，较少发生电弧性短路。单相接地短路可分为金属性短路和电弧性短路，金属性短路电流大，过流保护装置短时间内切断电源，起火危险并不大，而电弧性短路由于故障点接触不良，未被熔融而进发出高温电弧或电火花。发生电弧性短路的故障点阻抗较大，短路电流并不大，过电流断路器难以动作，从而使电弧持续存在。据测，仅略大于O.5A的电流产生的电弧温度即可高达2000～30000C以引燃可燃物，而且电弧的维持电压低至20V时仍可使电弧连续稳定存在，难以熄灭。这种短路电弧常成为电气火灾的点火源。要防止电弧性接地短路，应装设带漏电保护功能的断路器。线路末端装设30mA的瞬动型RCD漏电保护断路器，建筑物进线处还应装设带漏电保护功能的三相四线断路器，漏电动作电流可选300mA或500mA(500mA以下电弧能量尚不足以引燃起火)，带0.5-0.3s延时，两级配合实现选择性保护。为防建筑总进线开关处RCD频繁跳闸被拆，RCD可按只报警不跳闸设置，同时也可酌情按区域按层增设带漏电保护功能的断路器，缩小事故范围，方便检测。

为防止高电位沿线路侵入造成的电器毁坏和火灾隐患，进户处应设置SPD电涌保护器。

电气线路长期过载和老化是引起火灾的一个重要原因。老化与发热有直接关系，如果按满负荷计算，电缆7年就会老化，而更换导线又比较麻烦，故在设计线缆的配置及敷设时应考虑远期发展留有一定余量，并尽可能采用电缆桥架或线槽明敷，方便今后的换线或增容。电气火灾发生时，线缆燃烧产生的剧毒烟气将对人员构成重要的威胁。所以电气线路宜采用低卤、低烟、阻燃、耐火电线电缆。合理设置线缆，不得共用N线。两个单相回路为同一相时，共用N线，设计人员有时忽视N线载流量，往往与相线选择同截面导线，引起N线超负荷，绝缘老化起火；两个单相支路为不同相时，共用N线，当N线断线时，两相负荷变成串连回路，负荷两端电压为380V，这样就很容易引起电器损坏起火。

电气线路中的谐波电流是新出现的电气火灾隐患，由于电气技术的发展，非线性负荷的电气设备日益增多，例如气体放电灯、电视机、计算机、微波炉、变频调速设备等。这类设备的负荷电流含有多次谐波电流，这些谐波电流进入公用电网可引起电源电压畸变、波形失真、损耗增加，并可使电气线路(特别是中性线N)过载发热。奇次谐波在中性线上叠加后中性线电流可能超过相线电流，造成中性线过热而埋下电气火灾隐患。如果中性线截面选取不合理，而三相负载不平衡比较严重并且存在较大的谐波电流，那么，在不平衡电流及谐波电流的作用下，可能使中性线损坏甚至烧断，引起电气设备的绝缘受损，易使单相设备烧坏，甚至发生火灾。对此，只能采取增大线路截面，特别是增大中性线截面的办法，以减小回路阻抗，这样减少高次谐波电流在回路阻抗上产生的谐波电压，可相应减少线路的谐波含量；或者装设有源(或无源)谐波滤波器、谐波抵消器来滤除或抵消谐波分量。

4.结束语

以上是个人在设计实践及学习中的些微体验和积累，作为关乎人们生命财产安全的电气设计者，本人将再接再厉，不断学习，设计中遵循安全实用的原则，贡献自己微薄的力量。

【参考文献】

［１］王厚余.低压电气装置的设计安装和检验（第二版）．北京：中国电力出版社，2007．