關(guān)于電樓故障的分析

關(guān)于電樓故障的分析

近年來，“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)住戶人心惶惶,但原因卻未見查明,麻電依舊。有些住戶不得不遷出“電樓”,以避電災(zāi)。這些情況說明我國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)場調(diào)查,不了解具體情況,只能依據(jù)媒體報導對這種“電樓”現(xiàn)象試作一些簡單分析,不盡正確,僅供同行參考和批評指正。1設(shè)備pe線傳導樓內(nèi)用電設(shè)備外殼帶電壓的原因是很多的,最常見的是用電設(shè)備相線絕緣損壞碰金屬外殼短路,使外殼帶對地故障電壓Uf。為減少電位差以保證電氣安全,在同一個樓內(nèi)的所有用電設(shè)備必須共用一個接地,也即所有用電設(shè)備接外殼的PE線是連通的。因此一臺故障設(shè)備的故障電壓Uf可沿PE線傳導到其他設(shè)備上,使若干無故障的設(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)計中都需將設(shè)備外殼連接PE線接地以降低故障電壓,并導通故障電流返回電源。同時在設(shè)備電源回路上安裝保護電器(斷路器、RCD等),在故障電流作用下及時切斷電源。按國際電工標準規(guī)定,在常用的220VTN系統(tǒng)內(nèi)這一切斷時間要求不大于0.4s(手持式設(shè)備)和5s(固定式設(shè)備)。因此在發(fā)生設(shè)備相線碰外殼短路時,外殼上帶電壓的時間是十分短暫的。這種碰外殼短路不會引起樓內(nèi)用電設(shè)備外殼長時間持續(xù)帶電壓而使人不時感到麻電的“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10kV地區(qū)電網(wǎng)大多為不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),接地故障電流不過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)備外殼的保護接地和低壓側(cè)中性線的系統(tǒng)接地可共用一個接地。高壓側(cè)發(fā)生接地故障時不跳閘只報警,但管理人員應(yīng)在2h內(nèi)排除故障以免故障擴大。在排除故障前故障電壓可沿PEN線或PE線傳導至無等電位聯(lián)結(jié)作用的樓房內(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)時間不超過2h,這種故障也不致引起持續(xù)的長時間的使人麻電的“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數(shù)百安培,變電所接地電阻上的故障電壓降可超過千伏。如果變電所設(shè)備外殼的保護接地和低壓中性線的系統(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,不會引發(fā)持續(xù)的長時間的“電樓”現(xiàn)象。3等電位串聯(lián)接射線當一以TN系統(tǒng)供電的樓房,其電源線路的相線發(fā)生接大地故障時,例如架空線墜落在水塘內(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,接地故障電流Id將經(jīng)泥土大地而不是經(jīng)PE線或PEN線返回變電所的10/0.4kV變壓器,如圖1所示。由于受變電所接地電阻RB和故障點接地電阻RE的限制(RB應(yīng)計及與其并聯(lián)的重復接地的接地電阻的影響),故障電流Id不大,不足以使回路的過電流防護電器動作來切斷電源,此故障將長期存在。Id在RB上產(chǎn)生的故障電壓Uf=Id·RB將沿圖中虛線所示經(jīng)PEN線和PE線傳導至用電設(shè)備外殼上。如果樓房內(nèi)不具備有效的等電位聯(lián)結(jié),此Uf可能在持續(xù)的長時間內(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。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,因為總閘不允許切斷將故障電壓Uf導入樓內(nèi)的PE線或PEN線。也許有同行提出如在樓房電源進線處將PE線或PEN線作重復接地,使其電位為零V地電位就可消除麻電現(xiàn)象。這一說法是不成立的。因為重復接地總有若干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。只能在樓房內(nèi)作等電位聯(lián)結(jié),使其內(nèi)大件可導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)置要點請參閱電力出版社出版的筆者拙著《低壓電氣裝置的設(shè)計安裝和檢驗》第六章及其他有關(guān)章節(jié)。為節(jié)約篇幅,本文不贅述。這里需要說明,由于老舊樓房內(nèi)諸多金屬導電部分在地下和地上互相的接觸,老舊樓房內(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”問題我國因沿襲五、六十年代前蘇聯(lián)的老概念,常將低壓配電線路的N線或PEN線(過去稱“零線”)截面取為相線的1/2甚至1/3。因其截面過小,機械強度不夠,而在線路施工中又常不注意連接質(zhì)量,使連接點受力或受腐蝕,容易發(fā)生中性線斷線或連接點不導電的所謂“斷零”事故。大家比較熟知的是“斷零”后如果三相負載不平衡導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、PEN線以及PE線對地帶電壓,從而使設(shè)備外殼帶電壓,這可用圖2電路圖和圖3相量圖來說明。圖2有“斷零”故障的三相四線電路中三相各帶有阻抗不等的負載Z1、Z2及Z3,現(xiàn)假設(shè)各Z值關(guān)系為Z1>Z2>Z3。在“斷零”情況下雖然三個線電壓都仍為380V不變,“斷零”點前的相電壓也都仍為220V不變,但從圖3中虛線所示可知“斷零”點后的“零點”從O點漂移到O′點,三相電壓已不均衡,各按Z值比例改變?yōu)?37V、221V、202V,偏差過大的電壓將縮短單相用電設(shè)備的使用壽命。與此同時O′點的對地電壓不再為0V,而是升高為20V。因TN系統(tǒng)中PE線是與中性線連通的,這樣PE線和所接設(shè)備外殼也都對地帶20V電壓。在干燥房間內(nèi)這20V電壓不過使人有麻電感,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,中性線發(fā)生“斷零”可能是導致“電樓”現(xiàn)象的另一個原因。上述Z值和電壓值只是為了便于說明的舉例值。當Z值變化時各電壓值也隨之變化。麻煩的是有的連接不實的“斷零”以若即若離、時斷時通的現(xiàn)象出現(xiàn)。筆者一次協(xié)助消防部門鑒定電氣火災(zāi)起因時就曾在一自架空線分支引出進戶線的分支連接處發(fā)現(xiàn)這種連接不實有電弧燒蝕痕跡的“斷零”接頭。這種時隱時現(xiàn)的“斷零”故障使“電樓”現(xiàn)象更為撲朔迷離。例如樓內(nèi)有時麻電,有時不麻電,有時燈光閃爍,有時不閃爍,而原因卻難以找出。有的同行認為樓房做了重復接地后,以大地通路代替中斷的中性線通路,就可避免“斷零”危害,這一說法是難以成立的。因為中性線阻抗以若干mΩ計,大地阻抗以若干Ω計,相差懸殊,大地通路不能代替中性線通路來消除“斷零”后果。關(guān)于這一問題的分析以及“斷零”的防范措施請參閱拙著內(nèi)第十五章,不多述。樓房內(nèi)如實施等電位聯(lián)結(jié)可消除“斷零”引起的麻電,但不能解決縮短設(shè)備使用壽命的問題。5建筑電氣國家標準現(xiàn)時我國生活水平提高,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”而生。出現(xiàn)“電樓”現(xiàn)象的一個重要原因是我國建筑電氣設(shè)計安裝中的瑕疵較多。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際標準內(nèi)早有嚴格規(guī)定,但我國此前長期在一些建筑電氣的設(shè)計安裝和規(guī)范編制中對國際電工標準的采用并未得到應(yīng)有的重視。香港雖已回歸祖國多年,但由于內(nèi)地一些有關(guān)建筑電氣規(guī)范水平不高,迄今香港只承認等同