机电工程等电位联结作用及施工质量控制

机电工程等电位联结作用及施工质量控制

于洋

北京市设备安装工程集团有限公司

摘要：等电位联结是一项电气安全防范的重要措施。按有关资料介绍，在用电设备发生接地故障时经总的等电位联结，所降低人体承受的接触电压为重复接地降压值的2.5倍。因此，一些先进国家的电气规范中的都将总等电位联结规定为自动切断故障电路防电击的不可缺少的一项安全措施。另外，等电位联结对雷击时引起的高电位对低电位的反击也能起到有效的防范作用。

关键词：总等电位联结、局部等电位联结、辅助等电位联结

一、等电位联结

1、总等电位联结

总等电位联结就是在建筑物每一电源进线处与进出建筑物的金属管道、金属结构构件等连成一体，一般设总等电位联结端子板，由等电位联结端子板放射连接各外露可导电部分或链接，其作用在于降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害。

2、局部等电位联结

局部等电位联结一般用于浴室、游泳池、医院手术室等特别危险场所，这些地方发生电气事故的危险性较大，要求更低的接触电压，在这些局部范围内有多个辅助等电位联结才能达到要求，这种联结称之为局部等电位联结。一般局部等电位联结都有一个端子板放射连接各外露可导电部分或者成环形。简单地说，局部等电位联结可以看成局部范围内的总等电位联结。

3、辅助等电位联结

辅助等电位联结一般是在电气装置某一部分接地故障保护不能满足切断故障回路的时间要求时，作辅助等电位联结。把两导电部分之间联结后能降低接触电压，应满足R50/Ia ，R:可同时触及的外露可导电部分和装置外可导电部分之间，故障电流产生的电压降引起接触电压的一段线路的电阻（）。Ia：切断故障回路时间不超过5S的保护电器动作电流（A），当保护电器为瞬时或短延时动作的低压断路器时，Ia值应取低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。

4、等电位联结截面要求

总等电位联结线一般为0.5×PE(PEN)线截面，但不得小于6mm2铜线或10镀锌圆钢或25×4mm镀锌扁钢，并不超过25mm2铜线。局部等电位联结一般为0.5×PE线截面，最小截面为：有机械保护时2.5mm2铜线; 无机械保护时4mm2铜线，或者为8镀锌圆钢或20×4mm镀锌扁钢，最大为25mm2铜线。辅助等电位联结当在两电气设备外露可导电部分之间为1×PE线较小的PE线截面，当在电气设备与装置外可导电部分之间为0.5×PE线截面，最小值同局部等电位联结。

二、等电位联结作用

通常我们在设计中经常采用TN接地系统，TN系统的电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置的外露可导电部分通过PE线连接。为了防止发生接地故障而引起的间接接触电击，我们一般采用漏电开关，但是它也存在一定的局限性，主要表现在：

在TN-C-S系统中，当PEN线断路，且三相负荷不平衡时，仍会使配电系统的中性点电位偏高，严重时会引起电气火灾和发生人体触电事故。

当一配电系统中不全装有漏电开关，没有装设漏电开关的用户在发生单相接地故障而保护电器不动作，导致接地电位提高，传至装有漏电开关保护的电气设备，而这时漏电开关不会动作，极易出现电击事故。

为了弥补漏电开关的不足，防止电击事故的发生，则应采用等电位联结。下面介绍等电位联结在TN系统的应用：

1、总等电位联结可降低接触电压

图1为TN-C-S系统相线和设备外露可导电部分发生短路的情况。设变压器阻抗为ZT，变压器至建筑物进线配电箱间相线和保护线阻抗分别为ZL1，ZPEN，进线配电箱至接地故障点相线和保护线的阻抗分别为ZL2，ZPE，人体阻抗为Zt鞋袜及地板电阻为RS，进线处保护线重复接地电阻为RC ，变电所接地电阻为RB。由图可知，RC和RB串联，再与ZPEN并联，并联电阻约等于ZPEN。

未作总等电位联结，人体承受的接触电压UC为ZPE和RC上的电压降。

UCId×ZPE＋Id×ZPEN×RC÷(RC＋RB)

作总等电位联结，用电设备发生上述故障时，人体所承受的接触电压为：

UCId×ZPE

Id=Ue÷(ZT＋ZL1＋ZL2＋ZPE＋ZPEN)

UC

由于线路阻抗约等于线路电阻，而R=P×L÷S

P为导体电阻率

L为导体长度

S为导体截面积

为简化计算，我们认为由变压器引至建筑物进线配电箱间线路与进线配电箱引至发生接地故障用电设备线路截面相同。

1．当保护线截面与相线截面相等时：

UC

为满足UC<50V，可以推得：LPEN>1.2LPE

2．当保护线截面为相线截面一半时：

UC<2Ue÷3(1＋LPEN/LPE)

为满足UC<50V，可以推得：LPEN>2LPE

由上可以得出，当作等电位联结时，人体所遭受的接触电压明显要小于不作等电位联结人体所遭受的接触电压。接触电压大小取决于电源至等电位联结点的距离与接地故障位置至等电位联结点的距离之比，该比值越大，人体所遭受的接触电压越小。当不能满足规范对接触电压小于50V的要求时，对TN系统必须作辅助等电位联结或局部等电位联结。

2、总等电位联结可消除TN系统外部接地故障电压所产生的危害

图2为TN-C-S系统中相线与大地直接短路的故障情况。由于作了总等电位联结，使外露可导电部分电位相同，由此可见，在TN系统中，对消除自建筑物外沿PEN线引入的危险故障电压是相当有效的。

3、总等电位联结可消除PEN线断路引起的电击危险

TN-C-S系统PEN线断路而且三相负荷严重不平衡，负荷侧中性点电位升高，使PEN线和设备外壳对地带电位。而这时漏电开关不动作，容易出现电击危险。当建筑物实施总等电位联结，外露可导电部分电位相同，就会消除这类危险。

4、总等电位联结可以减小保护电器动作不可靠带来的危险

即使保护电器失灵，发生电击时，由于设置了总等电位联结，接触电压降低了，其危险性也就大大减小了。

5、辅助等电位联结可以降低接触电压

特别是手握式、移动式设备与固定式设备由同一配电箱供电，虽然规范规定缩短固定式设备切断故障回路时间为0.4S，但这样需要增大线路截面以增大故障电流，这种方法不经济合理，而作辅助等电位联结可以消除或降低外露可导电部分的电位。

6、局部等电位联结可以保证特殊场所的电气安全

浴室属于电击危险场所，人体电击致死的主要原因是过量电流通过人体持续时间过长导致心室纤颤所致，而限制通过人体电流主要是人体的阻抗，人在洗澡时皮肤湿透而且赤足，其阻抗急剧下降，低于接触电压限值50V的接触电压即可产生过量的人体通过电流而致人死亡。为避免在浴室形成电位差而引起电击事故，浴室内应实施局部等电位联结。

三、等电位联结施工质量要求

1、施工质量控制

（1）等电位联结焊接要求

扁钢的搭接长度应不小于宽度的两倍，并采取三面施焊。

圆钢的搭接长度应不小于其宽度的两倍，并采用双面施焊。

圆钢与扁钢连接时，其搭接长度应不小于圆钢直径的六倍。

扁钢与钢管（或角钢）焊接时，除应再起接触部位两侧进行焊接时外，并在将扁钢弯成的弧面与钢管焊接。

（2）不同材质联结方法

等电位联结采用不同材质的导体连接时，可采用熔接法进行连接，也可采用压接法，压接时压接处应进行热搪锡处理。

2、试验

等电位联结安装后应进行导通性测试，测试用电源可采用空载电压4~24V的直流或交流电源，测试电源不应小于0.2A；当测得等电位端子板与等电位联结范围内的金属等导体末端之间的电阻不超过3欧姆时，应对导通不良的管道联结处作跨接线连接。

结论：

参考文献：

[1]《低压配电设计规范》（GB50054-2019)

[2]《等电位联结安装》（97SD567）

[3]《低压电气装置的安全接地和接地故障防护》王厚余

[4]关军 漏电保护器及等电位联结在TN系统接地故障保护中的应用 《建筑电气资讯》 1998，3

[5]《建筑设计安装施工》 杨南方