ELE0501_老旧建筑的配电系统

因为工作原因,今年对三栋老旧建筑的配电系统进行评估。这些建筑依照上世纪的标准设计,与现行规范要求差距较大,存在一定的电击风险。
1、现状

建筑物A为六层办公楼;建筑物B为八层商住混用楼;建筑物C为十层公寓住宿楼。

这三栋建筑的共性包括:

  • 坐落于山区小城,建成时间较早,均在2005年之前
  • 建筑物本体未设置变压器,进线电压为0.4kV,进线电缆埋地或桥架敷设引入
  • 进线电缆为(3+1)芯,没有做重复接地
  • 建筑物内部馈出无PE线,分配电箱的进线采用(3+1)芯电缆,房间内单相设备配电采用2根电线
  • 进线箱内未设置SPD
  • 很少使用漏电开关

对于这种配电系统,可以称为“不完整的TN-C系统[1]”,也可以称为“不接地TT系统”。据不完全统计,在成都、武汉也有很多老旧小区采用此配电系统,而上海老旧小区多采用TT系统[2]

TN-C系统要求N和PE共用一根导体,但冰箱、电脑等家用电器内的N和PE端子是独立、相互绝缘的,若要形成TN-C系统就必需把室内墙体三孔插座的PE孔、N孔与进户N线联通。经过检查,实际上墙体暗装的插座内PE孔是悬空的,所以为“不完整的TN-C系统” 。

从TT系统的角度看,远端供电变压器中性点直接接地,但建筑进线没有重复接地,建筑物内的设备也未接地,所以为“不接地TT系统”。

2、危险分析

若保持现状,一旦发生漏电,是比较危险的。

假设房间里有一张木质计算机桌(与楼板绝缘),电脑的金属机箱放置在桌面上,某种意外导致机箱外壳带电,由于缺少“反馈”回路,这时候开关是不会动作的。人一旦触摸到机箱,将会在“机箱-人体-楼板-大地”之间形成电流通路,人生的旅程也就差不多到头了。

楼板的钢筋混凝土为不良导体,且一般楼板上铺有地板砖或木地板,人穿着塑料或橡胶鞋,这样会形成通路吗?如果你用试电笔测试一下房间的插座,它真的会亮,说明形成了通路。

按“击穿理论”解释,平时这些物体呈现出绝缘或高电阻状态,但是在AC220V电压下被击穿为导体。

还有一种“电容理论”,人体脚底与楼板的钢筋相当于电容的两级,电容有“通交流阻直流”的特征,导致人体反复充、放电而崩溃。不过,教科书上说:人体站在干燥的木板凳上单手触摸L线是不会导电的。可以这样分析:由电容公式C=Q/U和C=εS/4πkd可知,极板的距离d与电容大小C、电量大小Q成反比。也就是说,极板距离小到一定程度,短时间内充放电量太大,导致人体无法承受。

3、改为TN-C-S

按照现行规范,最好的方式是对建筑物开挖并重新铺设接地极,并将配电系统改为TN-C-S,建筑物内需要重新布线,增加PE线。但是此方法涉及改造范围太大,停电周期长,而且需要大量资金,单凭个人的能力基本很难推动这样的工程实施。

4、改为TN-C

改为TN-C,只需要把墙体内插座的N孔和PE孔导通,再把插座回路改为漏电开关即可。但是TN-C用电设备外壳也与N相连,故障电流会通过N线,L和N电流矢量和仍然为零,漏电开关不会动作。

不过从另一方面来看,若认为L线和N线导体截面相同,忽略故障点的接触阻抗,设备金属外壳的预期接触电压为220/2=110V。当人体接触到设备外壳时,会有电流从人体大地,形成漏电。若电流≥30mA,理论上漏电开关将会动作;而小于30mA,人体则可以承受。设备一开始漏电不动作,而人体接触后才有可能动作,实质上这是一种赌博。

5、仅增加漏电保护

建筑物内包括照明、插座等,所有终端馈出回路均改为漏电保护开关。IEC认为TT系统的接触电压难以估算[3]。按第3条假设的电脑漏电方式来看,对于“不接地TT系统”则可以近似认为会有220V电压加持在“人体-楼板”这一通路中。当电流≥30mA,理论上漏电开关将会动作,而小于30mA,人体则可以承受,这仍然是赌博。

不过本系统与TN-C比较,唯一的优点就是:洗衣机或冰箱漏电时,有可能会在“设备外壳-楼板-大地”之间形成电流通路,导致漏电开关动作,而非人去触碰后才动作。

参考文献

[1] 李光曦,冯涛. 老旧小区用电安全调查及改造建议[J]. 智能建筑电气技术, 2017,11(5):59-62,67.

[2] 刘千里. 上海地区住宅小区采用TT系统接地型式的思考[J]. 建筑电气, 2002,21(3):17-23.

[3] 中机中电设计研究院有限公司. GB50054-2011 低压配电设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2012.

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