關(guān)于電樓故障的分析

關(guān)于電樓故障的分析

近年來(lái)，“電樓”在一些地方被廣泛使用。所謂“電樓”是指在樓內(nèi)的電氣設(shè)備金屬外殼常常帶電壓,使人有麻電感的樓房。更有甚者,不止一地的“電樓”內(nèi)浴室發(fā)生沐浴人被電擊致死的慘事,鬧得樓內(nèi)住戶(hù)人心惶惶,但原因卻未見(jiàn)查明,麻電依舊。有些住戶(hù)不得不遷出“電樓”,以避電災(zāi)。這些情況說(shuō)明我國(guó)用電安全水平的低下,引起不少電氣同行的關(guān)注。筆者未去現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,不了解具體情況,只能依據(jù)媒體報(bào)導(dǎo)對(duì)這種“電樓”現(xiàn)象試作一些簡(jiǎn)單分析,不盡正確,僅供同行參考和批評(píng)指正。1設(shè)備pe線(xiàn)傳導(dǎo)樓內(nèi)用電設(shè)備外殼帶電壓的原因是很多的,最常見(jiàn)的是用電設(shè)備相線(xiàn)絕緣損壞碰金屬外殼短路,使外殼帶對(duì)地故障電壓Uf。為減少電位差以保證電氣安全,在同一個(gè)樓內(nèi)的所有用電設(shè)備必須共用一個(gè)接地,也即所有用電設(shè)備接外殼的PE線(xiàn)是連通的。因此一臺(tái)故障設(shè)備的故障電壓Uf可沿PE線(xiàn)傳導(dǎo)到其他設(shè)備上,使若干無(wú)故障的設(shè)備也帶電壓。為了避免這種碰外殼短路引起的電擊傷人事故,在工業(yè)與民用建筑電氣設(shè)計(jì)中都需將設(shè)備外殼連接PE線(xiàn)接地以降低故障電壓,并導(dǎo)通故障電流返回電源。同時(shí)在設(shè)備電源回路上安裝保護(hù)電器(斷路器、RCD等),在故障電流作用下及時(shí)切斷電源。按國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在常用的220VTN系統(tǒng)內(nèi)這一切斷時(shí)間要求不大于0.4s(手持式設(shè)備)和5s(固定式設(shè)備)。因此在發(fā)生設(shè)備相線(xiàn)碰外殼短路時(shí),外殼上帶電壓的時(shí)間是十分短暫的。這種碰外殼短路不會(huì)引起樓內(nèi)用電設(shè)備外殼長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)帶電壓而使人不時(shí)感到麻電的“電樓”現(xiàn)象。210高壓側(cè)接地故障作為低壓用戶(hù)電源的10/0.4kV變電所內(nèi)的高壓側(cè)如果發(fā)生接地故障,因我國(guó)10kV地區(qū)電網(wǎng)大多為不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng),接地故障電流不過(guò)10～20A,在變電所接地電阻上產(chǎn)生的電壓降或故障電壓不大。因此變電所內(nèi)設(shè)備外殼的保護(hù)接地和低壓側(cè)中性線(xiàn)的系統(tǒng)接地可共用一個(gè)接地。高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)不跳閘只報(bào)警,但管理人員應(yīng)在2h內(nèi)排除故障以免故障擴(kuò)大。在排除故障前故障電壓可沿PEN線(xiàn)或PE線(xiàn)傳導(dǎo)至無(wú)等電位聯(lián)結(jié)作用的樓房?jī)?nèi)的用電設(shè)備上使人有麻電感。但變電所高壓側(cè)發(fā)生接地故障的幾率很小,且故障持續(xù)時(shí)間不超過(guò)2h,這種故障也不致引起持續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間的使人麻電的“電樓”現(xiàn)象。這些年由于電網(wǎng)的發(fā)展,我國(guó)一些大城市(如北京、上海、廣州等)城區(qū)內(nèi)的10kV電網(wǎng)采用了經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)。其接地故障電流可達(dá)數(shù)百安培,變電所接地電阻上的故障電壓降可超過(guò)千伏。如果變電所設(shè)備外殼的保護(hù)接地和低壓中性線(xiàn)的系統(tǒng)接地由于城區(qū)擁擠狹窄條件的限制而仍共用一個(gè)接地,則此上千伏的故障電壓將竄至低壓系統(tǒng)內(nèi),引起種種嚴(yán)重的電氣事故。它要求變電所高壓側(cè)迅速切斷電源。限于篇幅,本文不多陳述。由于電源被迅速切斷,不會(huì)引發(fā)持續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間的“電樓”現(xiàn)象。3等電位串聯(lián)接射線(xiàn)當(dāng)一以TN系統(tǒng)供電的樓房,其電源線(xiàn)路的相線(xiàn)發(fā)生接大地故障時(shí),例如架空線(xiàn)墜落在水塘內(nèi)或墜落在基礎(chǔ)埋在泥土內(nèi)的非電金屬結(jié)構(gòu)支架上時(shí),接地故障電流Id將經(jīng)泥土大地而不是經(jīng)PE線(xiàn)或PEN線(xiàn)返回變電所的10/0.4kV變壓器,如圖1所示。由于受變電所接地電阻RB和故障點(diǎn)接地電阻RE的限制(RB應(yīng)計(jì)及與其并聯(lián)的重復(fù)接地的接地電阻的影響),故障電流Id不大,不足以使回路的過(guò)電流防護(hù)電器動(dòng)作來(lái)切斷電源,此故障將長(zhǎng)期存在。Id在RB上產(chǎn)生的故障電壓Uf=Id·RB將沿圖中虛線(xiàn)所示經(jīng)PEN線(xiàn)和PE線(xiàn)傳導(dǎo)至用電設(shè)備外殼上。如果樓房?jī)?nèi)不具備有效的等電位聯(lián)結(jié),此Uf可能在持續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使樓內(nèi)的人有麻電感而成為“電樓”。如果Uf>50V,將有使人電擊致死的危險(xiǎn)。而在浴室內(nèi)因人體表皮濕透人體阻抗大幅下降,大于12V的電壓就可致人死命。這就是“電樓”浴室內(nèi)沐浴人被電死的一個(gè)可能原因。在這種故障情況下即使切斷樓房的總閘也不能消除“電樓”現(xiàn)象,因?yàn)榭傞l不允許切斷將故障電壓Uf導(dǎo)入樓內(nèi)的PE線(xiàn)或PEN線(xiàn)。也許有同行提出如在樓房電源進(jìn)線(xiàn)處將PE線(xiàn)或PEN線(xiàn)作重復(fù)接地,使其電位為零V地電位就可消除麻電現(xiàn)象。這一說(shuō)法是不成立的。因?yàn)橹貜?fù)接地總有若干Ω的接地電阻,其上必然要產(chǎn)生電壓降而仍然帶一定的電壓,使設(shè)備外殼帶電壓。只能在樓房?jī)?nèi)作等電位聯(lián)結(jié),使其內(nèi)大件可導(dǎo)電部分都處在同一電位水平上而不出現(xiàn)電位差,才可消除這一相線(xiàn)接大地故障引發(fā)的“電樓”現(xiàn)象。關(guān)于等電位聯(lián)結(jié)的作用原理和設(shè)置要點(diǎn)請(qǐng)參閱電力出版社出版的筆者拙著《低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)》第六章及其他有關(guān)章節(jié)。為節(jié)約篇幅,本文不贅述。這里需要說(shuō)明,由于老舊樓房?jī)?nèi)諸多金屬導(dǎo)電部分在地下和地上互相的接觸,老舊樓房?jī)?nèi)可具有一定的自然等電位聯(lián)結(jié)的作用,但它不能保證可靠有效。4“斷零”與“斷樓”問(wèn)題我國(guó)因沿襲五、六十年代前蘇聯(lián)的老概念,常將低壓配電線(xiàn)路的N線(xiàn)或PEN線(xiàn)(過(guò)去稱(chēng)“零線(xiàn)”)截面取為相線(xiàn)的1/2甚至1/3。因其截面過(guò)小,機(jī)械強(qiáng)度不夠,而在線(xiàn)路施工中又常不注意連接質(zhì)量,使連接點(diǎn)受力或受腐蝕,容易發(fā)生中性線(xiàn)斷線(xiàn)或連接點(diǎn)不導(dǎo)電的所謂“斷零”事故。大家比較熟知的是“斷零”后如果三相負(fù)載不平衡導(dǎo)致三相電壓不平衡引起燒壞單相用電設(shè)備事故。詎不知它還可使中性線(xiàn)、PEN線(xiàn)以及PE線(xiàn)對(duì)地帶電壓,從而使設(shè)備外殼帶電壓,這可用圖2電路圖和圖3相量圖來(lái)說(shuō)明。圖2有“斷零”故障的三相四線(xiàn)電路中三相各帶有阻抗不等的負(fù)載Z1、Z2及Z3,現(xiàn)假設(shè)各Z值關(guān)系為Z1>Z2>Z3。在“斷零”情況下雖然三個(gè)線(xiàn)電壓都仍為380V不變,“斷零”點(diǎn)前的相電壓也都仍為220V不變,但從圖3中虛線(xiàn)所示可知“斷零”點(diǎn)后的“零點(diǎn)”從O點(diǎn)漂移到O′點(diǎn),三相電壓已不均衡,各按Z值比例改變?yōu)?37V、221V、202V,偏差過(guò)大的電壓將縮短單相用電設(shè)備的使用壽命。與此同時(shí)O′點(diǎn)的對(duì)地電壓不再為0V,而是升高為20V。因TN系統(tǒng)中PE線(xiàn)是與中性線(xiàn)連通的,這樣PE線(xiàn)和所接設(shè)備外殼也都對(duì)地帶20V電壓。在干燥房間內(nèi)這20V電壓不過(guò)使人有麻電感,而在浴室內(nèi),這20V電壓完全足以使沐浴人被電擊致死。按這一分析,中性線(xiàn)發(fā)生“斷零”可能是導(dǎo)致“電樓”現(xiàn)象的另一個(gè)原因。上述Z值和電壓值只是為了便于說(shuō)明的舉例值。當(dāng)Z值變化時(shí)各電壓值也隨之變化。麻煩的是有的連接不實(shí)的“斷零”以若即若離、時(shí)斷時(shí)通的現(xiàn)象出現(xiàn)。筆者一次協(xié)助消防部門(mén)鑒定電氣火災(zāi)起因時(shí)就曾在一自架空線(xiàn)分支引出進(jìn)戶(hù)線(xiàn)的分支連接處發(fā)現(xiàn)這種連接不實(shí)有電弧燒蝕痕跡的“斷零”接頭。這種時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的“斷零”故障使“電樓”現(xiàn)象更為撲朔迷離。例如樓內(nèi)有時(shí)麻電,有時(shí)不麻電,有時(shí)燈光閃爍,有時(shí)不閃爍,而原因卻難以找出。有的同行認(rèn)為樓房做了重復(fù)接地后,以大地通路代替中斷的中性線(xiàn)通路,就可避免“斷零”危害,這一說(shuō)法是難以成立的。因?yàn)橹行跃€(xiàn)阻抗以若干mΩ計(jì),大地阻抗以若干Ω計(jì),相差懸殊,大地通路不能代替中性線(xiàn)通路來(lái)消除“斷零”后果。關(guān)于這一問(wèn)題的分析以及“斷零”的防范措施請(qǐng)參閱拙著內(nèi)第十五章,不多述。樓房?jī)?nèi)如實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)可消除“斷零”引起的麻電,但不能解決縮短設(shè)備使用壽命的問(wèn)題。5建筑電氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)時(shí)我國(guó)生活水平提高,家用電器增多,但由于用電安全措施不到位,電氣事故隨之增多,“電樓”現(xiàn)象也在各地“應(yīng)運(yùn)”而生。出現(xiàn)“電樓”現(xiàn)象的一個(gè)重要原因是我國(guó)建筑電氣設(shè)計(jì)安裝中的瑕疵較多。例如本文內(nèi)提及的等電位聯(lián)結(jié)、“斷零”防范等重要安全措施在建筑電氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)早有嚴(yán)格規(guī)定,但我國(guó)此前長(zhǎng)期在一些建筑電氣的設(shè)計(jì)安裝和規(guī)范編制中對(duì)國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)的采用并未得到應(yīng)有的重視。香港雖已回歸祖國(guó)多年,但由于內(nèi)地一些有關(guān)建筑電氣規(guī)范水平不高,迄今香港只承認(rèn)等同