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低壓電氣裝置同時出現(xiàn)兩個故障及其防護措施

文檔作者：王厚余文檔來源：中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月13日
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低壓電氣裝置同時出現(xiàn)兩個故障及其防護措施
王厚余(中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京市 100120)
Two Simultaneous Faults of Low-voltage Electrical Equipment and Its Protective M easures
Wang Houyu(China Aviation Planning and Construction Development Co．，Ltd．，Beijing 100120，China)
Abstract This paper describes the IEC standard’S
focusing on the risk of two faults which occur
simultaneously in low—voltage electrical equipment and
the understanding of the two independent protective
measures， and stresses the importance of correct
understanding and implementation of the IEC standards
to ensure personal and property safety．
Key words Two faults Independent protective
measures Determination of the cross．section of PE
conductor IT system Selection of RCD
摘 要 闡述IEC標(biāo)準(zhǔn)對低壓電氣裝置中同時出
現(xiàn)兩個故障危險性的重視和對IEC標(biāo)準(zhǔn)兩個獨立防
護措施的理解 強調(diào)應(yīng)正確理解和執(zhí)行IEC標(biāo)準(zhǔn)以確
保人身和財產(chǎn)安全
關(guān)鍵詞 兩個故障 獨立防護措施PE線截面
積確定 IT系統(tǒng) RCD選用
建筑電氣國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC／TC64標(biāo)準(zhǔn))十分重視
對低壓裝置中同時出現(xiàn)的兩個故障的防護．筆者的拙
著中不少提及它，但語焉不詳，不時被同行質(zhì)詢。不
惴淺陋，本文擬陳述一下對這一問題的認(rèn)識。拋磚引
玉，聊供同行討論和批評。
1 在各類接地系統(tǒng)PE線截面積的確定中
IEC全都考慮了兩個故障的同時出現(xiàn)
為滿足熱穩(wěn)定要求．IEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定當(dāng)PE線與
相線材料相同時．為簡化設(shè)計不論哪種接地系統(tǒng)PE
線的截面積均可簡捷地按表1確定。
表1 PE線最小截面積
Tab．1 Minimum cross—section of PE conductor
相線截面積S／mm2 PE線最小截面積，mm2
S ≤ 16 S
16 35 ／2
有的同行認(rèn)為此表只適用于接地故障電流大
的TN系統(tǒng)．不適用于接地故障電流小的TT系統(tǒng)
和IT系統(tǒng)．這兩種系統(tǒng)表列截面積偏大 懷疑IEC
標(biāo)準(zhǔn)中此表有誤．這一觀點顯然不全面 因它沒有考
慮TT系統(tǒng)內(nèi)同時出現(xiàn)兩個接地故障的可能性 圖1
所示的TT系統(tǒng)同時出現(xiàn)兩個接地故障．接地故障電
流 并非經(jīng)大地而是全部經(jīng)金屬性通路返回電源。
其 值為經(jīng)PE線的線間短路電流值。這里IEC標(biāo)
準(zhǔn)中的表列值是按同時出現(xiàn)兩個故障來規(guī)定的
IT系統(tǒng)在出現(xiàn)一個接地故障時．接地故障電流
，， 僅是兩非故障相的對地電容電流的向量和，其值更
L1
L2
L3
N
=
圖l TT系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)兩個接地故障時，故障電流 經(jīng)
金屬性通路返回電源
Fig．1 The fault current／d returns to power through the metallic
path when two ground faults occur in the TT system
作者信息
王厚余，男，中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，研究員，電話：010—62039071(宅)
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小。但如兩臺設(shè)備同時出現(xiàn)接地故障(異相)。故障
電流，，／也流經(jīng)PE線而形成相問短路，情況和上述相
同．不多贅述
2 lT系統(tǒng)為防同時出現(xiàn)的兩個接地故障要
求裝設(shè)絕緣監(jiān)測器
IT系統(tǒng)電源設(shè)備的星形結(jié)點(中性點)不接地
當(dāng)發(fā)生一個接地故障時， 如圖2所示，故障電流 ，
僅為兩非故障相的對地電容電流的向量和 其值甚
小，既不電擊傷人．也不跳閘停電 兇此在發(fā)達(dá)國家
它被大量應(yīng)用在對供電連續(xù)性要求高的重要工業(yè)與民
用電氣裝置中
IT系統(tǒng)如果出現(xiàn)兩個接地故障．如圖3所簡示．
它將成為線間短路而不得不跳閘．從而失去不問斷供
電的優(yōu)越性 為此IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定存IT系統(tǒng)中必須裝
設(shè)岡示絕緣監(jiān)測器 以便在出現(xiàn)第一個故障時報警．
趕在未 現(xiàn)第二個故障前排除故障．避免同時出現(xiàn)兩
個故障對重要負(fù)荷引起供電中斷的嚴(yán)重事故 從這里
我們也可以看 IEC標(biāo)準(zhǔn)對同時出現(xiàn)兩個故障的危害
和對其采取防范措施的重視
= ‘ ：
圖2 IT系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障時，故障電流，f『
僅為微小的對地電容電流
Fig．2 The fau]t current lfI is only a small capacitive earth
current when the first ground fault occurs in the IT system
圖3 IT系統(tǒng)內(nèi)的兩個接地故障引發(fā)中斷供電
Fig．3 Power supply inten'uption caused by two ground
faults in the IT system
4
_ Aug 2011 v01．3 8
436
3 IEC對同時出現(xiàn)兩個故障的兩個獨立防
護措施的規(guī)定
防電擊是個復(fù)雜的電氣安令措施 對電氣裝 干¨
電氣設(shè)備都通用的罔際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61140 Pr t ti(小
again~st electric shock——COinIn0T1,aspects Jor instdlation
and equipment第4．2．1條．對兩個故障的 個
防護措施有嚴(yán)格和具體的規(guī)定 覘譯求如卜：
“4．2．1 兩個獨立防護措施的防護
兩個獨立的防護措施中的每一一個措施應(yīng)沒計僻使
這兩個防護措施在有關(guān)技術(shù)委員會的規(guī)定條件卜郁小
易于失效
兩個獨立的防護措施應(yīng) 互相影響 這樣．
中之一失效時不致降低另一獨立的防護措施的效能
兩個獨立的防護措施同時失效是不太nf能的．
而通常不需要予以考慮 這時藉另一個仍繼續(xù)保持有
效的獨立防護措施來實現(xiàn)防護 ”
事關(guān)電氣安全．筆者外義水平不高，恐有譯誤
為慎重起見，將原文也摘錄如下． 以便同行市 ：
“4．2．1 Proteetion by two independent protective
prOVlSlUns
Each of the two independent protective provisions
shall be designed SO that a failure is un1ikely under
conditions specified by the relevant technical(“)mmittee．
The two independent protective provisions shal I
have no influence on each other sneh that a faiture of
one of the protective provisions eouht impair the othe~’．
Simultaneous failure of the two independent
protective provisions is unlikelY and need no[n‘)rmally
be taken into consideration．Reliance is placed on one of
the protective provisions remaining effe(~tive．”
對于IEC標(biāo)『停這一條的規(guī)定．筆 的膚淺胛 f
用罔4來說明 岡巾的TN—C—S系統(tǒng)以導(dǎo)體的絕緣
作基本保護 當(dāng)絕緣損壞發(fā)生岡 卡H線接l火地故障
時．閃受故障點接地電阻R 和變電所系統(tǒng)接地的接
地電阻R 的限制，故障電流 小足以使f【1l路過流防
護電器動作來切斷電源．這將使接大地故障和￡／，持
續(xù)存在。如果 在尺 上產(chǎn)生的電壓降 -= R 大
于接觸電壓限值 (千燥場所為50 V，潮濕場所為
25 V)，由于 經(jīng)圖中PEN線和PE線的傳 ，將使
接觸設(shè)備A的人遭受電擊。
為避免這種電擊危險．在 巾 一川電i殳備B
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， n尺 ——j u＼／＼廠 _IL_~
圖4 帶電導(dǎo)體對地絕緣和電氣分隔是兩個獨立的防護措施
Fig．4 Insulation of live conductors to ground and electrical
separation are two independent protective measures
的回路上串人一變比為1： 1的隔離變壓器T
(isolating transformer)來實現(xiàn)電氣分隔(electrical
separation)．．由于回路被分隔， 無路由傳導(dǎo)至設(shè)備B
上引發(fā)電擊事故 因隔離變壓器具有高度的耐壓水平
(能通過3 750 V于] 壓1 min的耐壓試驗)，不必考慮
在電氣裝置出現(xiàn)接大地故障時隔離變壓器受影響絕緣
被擊穿而導(dǎo)致電擊事故 所以圖4中帶電導(dǎo)體的絕緣
防護措施和設(shè)備B回路上的電氣分隔措施是互不影
響的兩個獨立的防護措施．
筆者舉此例只冀說明IEC 61140 標(biāo)準(zhǔn)
4．2．1條規(guī)定的只是對類似這種兩個互不影響
的獨立的(independent)防護措施才可不考慮
其同時失效 而并非籠統(tǒng)地泛指任何兩個防護
措施都可不考慮其同時失效
4 防“斷零” 措施和裝用電子式RCD
并非兩個獨立的防護措施
大家知道當(dāng)配電回路內(nèi)發(fā)生中性線斷線
(俗稱“斷零”)故障時． 回路內(nèi)裝用的動作功
能與電源電壓有關(guān)的電子式RCD將因失
(電源電壓為0 V)而拒動， 失去電擊防護功
能 其理從圖5所示便知 圖中電氣裝置只作
了總等電位聯(lián)結(jié)(MEB) 如果發(fā)生圖示接地
故障時接觸電壓 大于 ，而電子式RCD失效
拒動，將導(dǎo)致電擊事故。在此情況下． 加強
PEN線和中性線機械強度等防“斷零”措施的
失效非但能燒壞用電設(shè)備．它也能直接影響電
專家論I壇【
動這兩個非獨立防護措施的同時失效招致的電擊危險。
筆者舉此例并非否定電子式RCD的應(yīng)用，筆者
只是想說明這時應(yīng)采用其他的獨立的防護措施來彌補
電子式RCD依賴電源電壓能量來動作的缺點以保障
人身安全 這可用圖6來舉例說明 罔中的電氣裝
置除總等電位聯(lián)結(jié)外．還按防電擊國際電T 標(biāo)準(zhǔn)
IEC 60364——4——41 Low--voltage electrical installations
一 4—41：Protectionfor,~afety— Protection against
electric shoc (2005年版)第415．2條規(guī)定．設(shè)置了
局部(輔助)等電位聯(lián)結(jié)(LEB)來作獨立的附加防
護(additional Drotection) 雖然電子式RCD【大1“斷零”
拒動．但L大J LEB降低了PE線上的電 降△ ．也即
降低了接觸電壓 ，使 小于接觸電壓限值 ，
所以人體仍然是安全的 需要說明LEB和RCD是兩
個互不影響的獨立的防護措施．而LEB的設(shè)置不過
是寥寥幾根導(dǎo)體的敷設(shè)．所費無幾而作用很大 這正
是發(fā)達(dá)國家重視在高層建筑各樓層內(nèi)設(shè)置LEB作獨
子式RCD的動作功能，所以這兩個防護措施是
6 回路 斷零，，． 電子式RcD失 巨動，用LEB作附加保護，
彼此影響而并非獨立的防護措施。不能引用 仍滿足IEC間接接觸防護要求
IEc 61140內(nèi)4．2．1條，用兩個獨立防護措施 ig_l Th
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規(guī)定來否定發(fā)生“斷零”和電子式RCD欠壓拒the indirect contact protection requirements of IEC
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2口 1 1年 第8 期一I囂 、? ? ^ l鬻
立的附加防護措施的原因
5 電磁式RCD不存在因失壓而出現(xiàn)兩個防護
措施同時失效的危險性
同是RCD． 電磁式RCD可不必考慮在出現(xiàn)“斷
零”故障的同時又出現(xiàn)RCD失壓拒動的危險性 多
年前筆者讀美國電氣雜志一篇文章明白了這一道理
文章內(nèi)提及在美國檢修人員使用電擊危險大的手持式
電動工具時．為保護自己免受電擊在現(xiàn)場隨身都帶一
便攜式供電動工具用電的RCD插座盒．如圖7所示．
因其電源拖線很長．在檢修現(xiàn)場地面上拖拽易受機械
損傷使電源拖線“斷零” 為保證安全．此RCD不得
采用電子式RCD而必須采用電磁式RCD以確保其有
效動作。因電磁式RCD藉故障電流 的能量動作，
與RCD電源電壓無關(guān)．不存在發(fā)生兩個防護措施同
時失效的危險性 筆者讀美國電氣雜志該文后不禁嗟
嘆我國與發(fā)達(dá)國家相比．在電氣安全上以人為本的差
距之大。要知道在我國電氣事故頻發(fā)．但除非群亡事
故．媒體是很少報道的．電氣安全的實際情況十分嚴(yán)
峻．只是我們不知道而已
上文以RCD的選用為例說明獨立的和非獨立的
兩種防護措施的差異 有關(guān)RCD的選用問題筆者在
《建筑電氣》2010年第2期|3_中已作陳述，不重敘。
本文只求說明在低壓電氣裝置中兩個故障的多發(fā)及獨
立的和非獨立的兩種防護措施的區(qū)分 需注意的是電
子式RCD需藉電源電壓提供的能量來動作是客觀存
在的固有的(inherent)缺陷。必要時需視具體情況
按IEC標(biāo)準(zhǔn)為電子式RCD采取附加防護措施作彌補
不能認(rèn)為電子式RCD在電源電壓降低到50 V還能動
作就萬無一失 不然IEC防電擊標(biāo)準(zhǔn)何以每版都經(jīng)表
決．大多數(shù)成員國投贊成票通過來重復(fù)規(guī)定電子式
RCD而非電磁式RCD應(yīng)用的前提要求呢?發(fā)達(dá)國家
圖7 電磁式便攜RCD不考慮兩個故障的問題
Portable electromagnetic RCD don’t consider two faults
6
● 1j— 一 ?№ 曼
4 8
又何必生產(chǎn)復(fù)雜而又價昂的電磁式RCD呢?如果對
IEC標(biāo)準(zhǔn)中兩個獨立防護措施的規(guī)定斷章取義．以偏
概全．在電氣裝置設(shè)計中回避區(qū)分兩種RCD的不同
性能和使用要求．又不采取彌補措施．恐是有失嚴(yán)謹(jǐn)
和有欠安全的
6 結(jié)束語
筆者四十年來參加編制過多個電氣規(guī)范 限于
水平，編制中錯誤不少，愧對同行 七t年代曾受
命脫產(chǎn)三年．跑遍半個中國．參加編制的第一版
《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》。當(dāng)時因受前蘇聯(lián)
規(guī)范不重視電氣安全， 片面追求節(jié)約投資的影響．
規(guī)范內(nèi)有不少不妥處 其中第3．0．2條就存在不妥．
該條規(guī)定： “在設(shè)計供配電系統(tǒng)時，不應(yīng)考慮一電
源檢修或故障的同時．另一電源又發(fā)生故障．但有
特殊要求的一級負(fù)荷除外 ” 這一規(guī)定當(dāng)時主要是
對工業(yè)企業(yè)的高壓供電電源選用而言的 限于篇幅
本文不擬分析該條本身的不妥處 現(xiàn)時令人擔(dān)心的
是這一不妥規(guī)定在設(shè)計工作中被無限擴大．延伸引
用到電氣故障多發(fā)的低壓電氣裝置設(shè)計中．既不考
慮低壓電氣裝置內(nèi)兩個故障同時出現(xiàn)的多發(fā)性．也
不區(qū)分其防護措施是獨立的還是非獨立的 這條規(guī)
定成了對電氣安全降低要求的理論根據(jù) 使作為這
條規(guī)定始作俑者的筆者十分不安和痛心 獻(xiàn)丑此文．
一則檢討過去的錯誤， 澄清是非， 向同行謝罪， 以
贖前衍：二則衷心希望同行重視低壓電氣裝置內(nèi)同
時出現(xiàn)的兩個故障和區(qū)分兩種不同性質(zhì)的防范措施．
以減少我國的電氣事故。筆者才疏學(xué)淺．本文不當(dāng)
之處在所難免。希同行不吝批評指正。
巢爿 音
● ■誓■譬■ i‘_
[1] International Electrotechnical Commission．
IEC 61 140 Protection against electric shock__——Common aspects
for installation and equipment[S]．CH一121 1 Geneva 20，2001．
[2] International Electrotechnical Commission．
IEC 60364——4——41 Low·-voltage electrical installations?！狿art
4 — 41： Protection for safety — Protection against electric
shock[S]．CH一1211 Geneva 20，2005．
[3] 王厚余． 電子式RCD和電磁式RCD的選用[J]．
建筑電氣．2010(2)：3—6．
2011—02—18來稿

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