住宅建設(shè)的電氣安全性

　　【摘要】：住宅電氣線路不同于企事業(yè)單位的電氣線路，它沒有專業(yè)電工的維護(hù)，而居民往往不懂電氣安全知識(shí)，很容易發(fā)生電氣事故。住宅建設(shè)中的電氣安全問題極為重要。

　　【關(guān)鍵詞】：住宅，電氣安全，等電位聯(lián)結(jié)，漏電保護(hù)器

　　一、引言

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民對(duì)電的需求將越來越高，已從簡(jiǎn)單照明型轉(zhuǎn)入了改善居住環(huán)境用電型。例如空調(diào)已步入普通百姓家庭，一戶擁有兩、三部空調(diào)的現(xiàn)象已很普遍。另一些大功率家用電器設(shè)備正逐步被百姓所認(rèn)識(shí)，相信今后也將躍入主流家電行列。諸如電灶、電熱水系統(tǒng)、電取暖系統(tǒng)，它們具有安全、方便、節(jié)能、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和功率大等特點(diǎn)。這就要求住宅建設(shè)應(yīng)滿足電氣的安全性和遠(yuǎn)期負(fù)荷發(fā)展的要求。

　　二、電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析

　　我國(guó)是個(gè)生活用電急劇增長(zhǎng)的發(fā)展中國(guó)家。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，2005年我國(guó)居民用電量將達(dá)到2700億千瓦，為1996年的2.4倍。我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量均居世界第二位。但來自電力部門的數(shù)據(jù)和事實(shí)表明，中國(guó)居民用電量需求預(yù)測(cè)近幾年電力供應(yīng)出現(xiàn)了供大于求的局面。針對(duì)以往電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中存在的問題，新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50096－1999)于1999年6月1日起正式施行，它在某些條款上有了很大提高，如它明確要求“電氣線路應(yīng)采用符合安全和防火要求的敷設(shè)方式配線，導(dǎo)線應(yīng)采用銅線，每套住宅進(jìn)戶線截面不應(yīng)小于10mm2，分支回路截面不應(yīng)小于2.5mm2”；“每套住宅的空調(diào)電源插座、電源插座與照明，應(yīng)分路設(shè)計(jì)；廚房電源插座和衛(wèi)生間電源插座宜設(shè)置獨(dú)立回路”；“衛(wèi)生間宜作局部等電位聯(lián)結(jié)”等。但應(yīng)注意到，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)依然是住宅電氣設(shè)計(jì)中電氣安全的最低要求�？紤]到電氣設(shè)計(jì)要求的安全性、功能性、舒適性和可適應(yīng)發(fā)展性，住宅電氣設(shè)計(jì)還應(yīng)有一定的超前意識(shí)�！�

　　中國(guó)大陸、香港和美國(guó)住宅電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的比較　

　　注:中國(guó)大陸數(shù)據(jù)錄自《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50096-1999，香港數(shù)據(jù)錄自1997年香港機(jī)電工程署（電力線路規(guī)例工作手冊(cè)），美國(guó)數(shù)據(jù)錄自NEC1999年版例1和例2。其中例1為建筑面積139M2的住宅，擁有照明和小家用電氣設(shè)備（120V）,大功率電氣設(shè)備（240V）有12KW電炊具一臺(tái);5.5KW烘干器一臺(tái)，例2在例1的基礎(chǔ)上，增加了一臺(tái)6A、220V空調(diào)機(jī);一臺(tái)12A、110V空調(diào)機(jī);一臺(tái)8A、110V垃圾處理機(jī)；一臺(tái)10A、110V洗碗機(jī)。

　　國(guó)際上電氣安全技術(shù)不斷完善和提高，而一些行之有效的電氣安全基本要求在我國(guó)一些地區(qū)新建和改建線路規(guī)定中卻未見到引入。這些都將在我國(guó)新住宅線路和舊住宅改造包線路中留下一些不安全因素。

　　住宅建設(shè)已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的增長(zhǎng)點(diǎn)。各地均大量興建住宅和改造舊房，此時(shí)更應(yīng)該總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在住宅電氣線路設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)以人為本，重視電氣安全，并為遠(yuǎn)期負(fù)荷的增長(zhǎng)充分預(yù)留裕量，以滿足住戶今后幾十年安全用電的要求，不再蹈今日被迫改造線路的覆轍。住宅建設(shè)的電氣安全性問題主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

　　三.住宅內(nèi)的電氣線路截面

　　1.家用電器中產(chǎn)生諧波的非線性負(fù)荷（如微波爐、氣體放電燈、電子鎮(zhèn)流器等）日益增多。消除諧波危害的有效措施是減少回路阻抗，國(guó)外采用較大截面線路可以減少回路阻抗。我國(guó)家庭中非線性負(fù)荷家用電器的應(yīng)用較晚，還不夠普及，經(jīng)驗(yàn)還不多，尚未充分認(rèn)識(shí)諧波在住宅用電中的危害。

　　2.對(duì)住宅線路截面過小引起阻抗增大，影響電壓質(zhì)量的問題注意不夠，這點(diǎn)在高層建筑內(nèi)問題尤為突出。

　　線路截面過小的后果是電線發(fā)熱加劇，絕緣老化加速，易導(dǎo)致線間短路和接地故障，引起電氣火災(zāi)和人身電擊事故。而負(fù)載電流中諧波份量過大又使一些對(duì)諧波敏感的家用電器（例如家用電腦和某些電子設(shè)備）產(chǎn)生損壞或工作不正常，也能使家用電器內(nèi)的電動(dòng)機(jī)、變壓器等發(fā)熱加劇而縮短壽命，它還能使電氣線路上的斷路器頻繁跳閘、熔斷器經(jīng)常熔斷，給家庭生活帶來許多不便。

　　從上述可知，發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)采用較大的住宅電氣線路截面并非是因?yàn)樗麄冦~的生產(chǎn)過剩，而是出于對(duì)住宅電氣安全的全面和長(zhǎng)期的考慮。電源質(zhì)量問題可參考國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)）出版的《電源質(zhì)量問題初探》和《優(yōu)化電氣設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》。

　　還需一提的是分支回路如果較多，當(dāng)一線路進(jìn)行檢修或因故跳閘時(shí)，停電的范圍小，對(duì)家庭生活造成不便的影響也較小。

　　四.住宅內(nèi)分支回路的數(shù)量不應(yīng)過少

　　我國(guó)每戶住宅內(nèi)照明和插座的分支回路數(shù)不應(yīng)過少。由于分支回路少，每回路所帶的負(fù)荷增大，實(shí)際等于減少了線路截面，其結(jié)果同樣是線路溫升的增加。我們知道線路載流量是指某一敷設(shè)方式和環(huán)境溫度條件下線路在允許工作溫度時(shí)通過的電流。此允許工作溫度是相對(duì)于其正常絕緣壽命而言的。例如PVC絕緣的允許工作溫度為70℃，工作溫度超過70℃，線路絕緣并不損壞，只是絕緣壽命相對(duì)縮短而已。有一經(jīng)驗(yàn)數(shù)字，PVC絕緣工作溫度每超過允許工作溫度8℃，其使用壽命約減少一半。但70℃并非PVC絕緣的最合適的溫度，我們?cè)谑褂弥腥鐪p少負(fù)荷，降低其工作溫度，則其絕緣老化延緩，使用壽命可以相應(yīng)延長(zhǎng)，這對(duì)減少電氣線路事故是十分有利的。

　　分支回路數(shù)量的增加，相當(dāng)于減少每回路的阻抗，這對(duì)降低住宅諧波電壓，減少諧波危害也是十分有利的。還需說明，住宅內(nèi)有足夠的分支回路數(shù)量，就有條件將產(chǎn)生諧波的非線性負(fù)荷電器和對(duì)諧波敏感的電器做到分回路供電。這樣非線性負(fù)荷諧波電流在其分支回路的阻抗上產(chǎn)生的諧波電壓降就不可能危害另一回路的敏感電器。家用電腦之類對(duì)諧波敏感的電器在今后的推廣應(yīng)用是必然的趨勢(shì)，住宅電氣線路在設(shè)計(jì)中必須及早注意。

　　五.住宅內(nèi)的電氣線路應(yīng)采用銅線

　　現(xiàn)時(shí)我國(guó)東部地區(qū)絕大部分的住宅中均使用銅導(dǎo)線，但在中、西部部分地區(qū)依然有在住宅中使用鋁導(dǎo)線的現(xiàn)象。已于99年6月1日實(shí)施的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》明確要求住宅內(nèi)應(yīng)使用銅導(dǎo)線。而參考2000年1月由國(guó)務(wù)院通過的《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l理》，對(duì)違反國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各方均有嚴(yán)厲的處罰。

　　大家都知道鋁線較銅線易于起火，據(jù)美國(guó)消費(fèi)品安全委員會(huì)（CPCS）統(tǒng)計(jì)的火災(zāi)發(fā)生率，鋁線為銅線的55倍，鋁線起火多的原因不在鋁線本身而在鋁線的接頭，簡(jiǎn)述為下：

　　1、鋁線表面極易氧化

　　如將鋁線表面的氧化層刮凈，它能在幾秒鐘內(nèi)又形成新的氧化層，雖然厚度僅3-6,卻具有很高的電阻，且能隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。當(dāng)大電流通過鋁線接頭時(shí)，所產(chǎn)生的I2Rt熱量易發(fā)生異常高溫而引燃近旁可燃物質(zhì)。當(dāng)線路絕緣損壞發(fā)生短路時(shí)，這一鋁線接頭的高電阻又能限制短路電流，使線路上的斷路器、熔斷器等過流保護(hù)電器不能及時(shí)切斷電源，這又增加了線路短路起火的危險(xiǎn)性。

　　2、鋁與銅的不同膨脹系數(shù)

　　當(dāng)將鋁線與設(shè)備的銅質(zhì)接線端子相連接時(shí)，因鋁的膨脹系數(shù)較銅約大36%，當(dāng)通過電流溫度升高時(shí)，鋁線膨脹較多，銅質(zhì)端子的撐大卻不多，使鋁線受擠壓變形。斷電冷卻后連接處出現(xiàn)空隙，空氣或潮氣乘虛而入，鋁線表面被氧化或腐蝕，使接觸電阻增大，再通過電流時(shí)連接處發(fā)熱更劇，形成惡性循環(huán)，當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)高溫時(shí)連接處絕緣被熔化，易導(dǎo)致線路短路，甚至引起火災(zāi)。

　　3、鋁與銅的電解作用

　　鋁為3價(jià)，而銅為2價(jià)，連接處進(jìn)入潮濕氣后就形成局部電池，使鋁腐蝕，這也增加了接觸電阻。

　　4、氯化氫的不利影響

　　如由于線路過載或上述連接不良等原因使鋁線連接處的溫度超過75℃，而又持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，PVC絕緣將分解出氯化氫氣體，此氣體能腐蝕鋁線表面，增加了接觸電阻。

　　除起火危險(xiǎn)外，鋁線可能因表面氧化，接觸電阻過大而不導(dǎo)電,使住宅內(nèi)某一線路斷電，也可能因接觸電阻過大導(dǎo)致線路壓降過大，電氣設(shè)備無法正常運(yùn)行（如熒光燈無法起動(dòng)），此時(shí)需找出故障點(diǎn)，將表面刮凈才能恢復(fù)供電或運(yùn)行。而鋁線較脆，拆裝中容易折斷，其再接是十分困難的，這些都給不懂電氣的居民帶來許多麻煩。

　　與鋁線相比，銅線不易氧化和腐蝕，火災(zāi)危險(xiǎn)小得多。銅線又較韌，不易折斷。住宅中一般沒有專業(yè)人員檢測(cè)線路中存在的事故隱患，因此為保證住宅的電氣安全,電氣線路不應(yīng)采用鋁線而應(yīng)采用銅線。

　　六.住宅樓內(nèi)應(yīng)作等電位聯(lián)結(jié)

　　現(xiàn)在國(guó)際上非常重視等電位聯(lián)結(jié)的作用，它對(duì)用電安全、防雷以及電子信息設(shè)備的正常工作和安全使用都是十分必要的。我們熟悉的安全接地也是等電位聯(lián)結(jié)，不過它是以大地電位為參考電位的大范圍的等電位聯(lián)結(jié)。根據(jù)理論分析，等電位聯(lián)結(jié)作用范圍越小，電氣上越安全。如果在住宅樓的范圍內(nèi)作等電位聯(lián)結(jié)，其效果當(dāng)然遠(yuǎn)優(yōu)于接地。所謂總等電位聯(lián)結(jié)，就是在住宅樓內(nèi)電源進(jìn)線配電箱近旁設(shè)一銅質(zhì)接地母排，將可導(dǎo)電金屬部分用等電位聯(lián)結(jié)線與接地母排連接而互相導(dǎo)通。當(dāng)住宅樓內(nèi)有人工接地極時(shí)，接地極引入線應(yīng)首先接至接地母排。

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外電氣事故統(tǒng)計(jì)，低壓系統(tǒng)短路大多為相線碰設(shè)備外殼、金屬管道結(jié)構(gòu)和大地的接地故障（接地短路），它能使這些設(shè)備外殼、管道、結(jié)構(gòu)帶對(duì)地故障電壓導(dǎo)致人身電擊或電氣火災(zāi)事故，住宅內(nèi)作總等電位聯(lián)結(jié)可消除或降低這種故障電壓，其效果勝過單純的接地。因此國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60364-4-41和發(fā)達(dá)國(guó)家電氣標(biāo)準(zhǔn)以及我國(guó)電氣標(biāo)準(zhǔn)都將它規(guī)定為電氣安全的基本要求。浴室被國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)列為電擊危險(xiǎn)大的特殊場(chǎng)所。在我國(guó)浴室內(nèi)的電擊事故也屢屢發(fā)生。這是因?yàn)槿嗽阢逶�時(shí)遍體濕透，人體阻抗大大下降，沿金屬管道導(dǎo)入浴室的一、二十伏電壓即足以使人發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)而死亡。為此在浴室內(nèi)還需按上述要求作一次等電位聯(lián)結(jié)。由于如此小范圍內(nèi)的等電位作用，其故障時(shí)的電位差微不足道，有效地保證了人身安全。

　　為保證等電位聯(lián)結(jié)可靠導(dǎo)通，等電位聯(lián)結(jié)線和接地母排應(yīng)分別采用銅線和銅板。等電位聯(lián)結(jié)這一電氣安全措施并不需復(fù)雜昂貴的電氣設(shè)備，它所耗用的不過是一些導(dǎo)線，它不象埋在地下的人工接地極易受土壤腐蝕而失效（實(shí)際上在實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了接地，因它所聯(lián)結(jié)的水管和基礎(chǔ)鋼筋等本身已起到低電阻長(zhǎng)壽命的接地作用），它在保證電氣安全上的作用遠(yuǎn)勝我們過去習(xí)慣采用的專門打入地下的人工接地

　　七.住宅樓內(nèi)不應(yīng)采用沒有專用PE線的TN-C系統(tǒng)

　　我國(guó)過去常用的TN-C系統(tǒng)不適用于無電工管理的住宅樓，這種系統(tǒng)沒有專用的PE線，而是與中性線（N線）合為一根PEN線，住宅樓內(nèi)如果因維護(hù)管理不當(dāng)使PEN線中斷，電源220V對(duì)地電壓將如圖3所示經(jīng)相線和設(shè)備內(nèi)繞組傳導(dǎo)至設(shè)備外殼，使外殼呈現(xiàn)220V對(duì)地電壓，電擊危險(xiǎn)很大。因此在住宅樓內(nèi)不應(yīng)采用TN-C系統(tǒng)，而應(yīng)采用TN-C-S、TN-S和TT系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中住宅內(nèi)有專門的PE線，可避免發(fā)生這類電氣事故。

　　故障電流以PE線、PEN線等金屬導(dǎo)線為返回電源的通路，電流比較大，�？捎萌蹟嗥�、斷路器切斷電源來防電擊事故。但在全系統(tǒng)內(nèi)PE線和PEN線是連通的，這樣一住宅樓的故障電壓可沿PE線和PEN線傳導(dǎo)至另一住宅樓，如果住宅樓內(nèi)不作總等電位聯(lián)結(jié)，就有可能發(fā)生電擊事故。

　　在TT系統(tǒng)內(nèi)每棟住宅樓各有其專用的接地極和PE線，各棟樓的PE線互不導(dǎo)通，故障電壓不致自一住宅樓傳導(dǎo)至另一住宅樓。但TT系統(tǒng)以大地為故障電流返回電源的通路，故障電流小，必須采用對(duì)接地故障反應(yīng)靈敏的漏電保護(hù)器來防人身電擊。

　　這些系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，需按具體情況選用。如果住宅樓由供電部門以低壓供電，應(yīng)按供電部門的要求采用接地系統(tǒng)，以與地區(qū)的接地系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致。如果采用TN-C-S系統(tǒng)，應(yīng)注意從住宅樓電源進(jìn)線配電箱開始即將PEN線分為PE線和中性線，使住宅樓內(nèi)不再出現(xiàn)PEN線，這是因?yàn)镻EN線因通過負(fù)荷電流而帶有電位，容易產(chǎn)生雜散電流和電位差的緣故。

　　如果供電部門以10KV電壓給住宅樓供電，且10/0.4KV變電所即在住宅樓內(nèi)，則這棟住宅樓只能采用TN-S系統(tǒng)。因?yàn)椴捎肨N-C-S系統(tǒng)將在住宅樓內(nèi)出現(xiàn)PEN線；TT系統(tǒng)則要求設(shè)置分開的工作接地和保護(hù)接地，而在同一個(gè)建筑物內(nèi)是很難做到兩個(gè)分開的接地，維護(hù)工作也是困難的。無論采用哪種接地系統(tǒng)都必須按規(guī)范要求作前述的等電位聯(lián)結(jié)。

　　八.住宅樓內(nèi)應(yīng)裝設(shè)兩級(jí)漏電保護(hù)器

　　住宅樓內(nèi)一般應(yīng)裝設(shè)兩級(jí)漏電保護(hù)器（以下簡(jiǎn)稱rcd）。第一級(jí)裝設(shè)在每戶的插座分支回路上。因插座回路上常接用金屬外殼的手握式和移動(dòng)式電器，當(dāng)這類電器發(fā)生相線碰外殼接地故障，人體遭受電擊時(shí)，往往不能摔脫電器，以至人體通電時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致死亡。為此在插座回路上一般需裝設(shè)對(duì)接地故障反應(yīng)靈敏，能瞬時(shí)跳閘的30mArcd,使人體迅速脫離電的接觸。第二級(jí)rcd裝設(shè)在住宅樓的電源進(jìn)線處。它的作用是防接地故障火災(zāi)，這種火災(zāi)是最常見多發(fā)的電氣火災(zāi)。

　　接地故障因故障電流較小，它常以電弧的形式出現(xiàn)。電弧具有大阻抗，它限制了故障電流，使一般的斷路器，熔斷器不能及時(shí)切斷電源，而電弧本身的局部溫度可高達(dá)兩、三千攝氏度，很易引燃近旁可燃物質(zhì)。在電源進(jìn)線上安裝這一級(jí)rcd，可在住宅樓內(nèi)任一處發(fā)生電弧性接地故障時(shí)及時(shí)動(dòng)作，避免電氣火災(zāi)的發(fā)生。我國(guó)已生產(chǎn)這種防火用的rcd，它只是在塑殼式斷路器內(nèi)增加漏電動(dòng)作附件而已。其動(dòng)作電流約300mA，帶0.3s左右的延時(shí)，以與下級(jí)rcd在動(dòng)作時(shí)間上有選擇性配合。這兩級(jí)rcd分別防范人身電擊和電氣火災(zāi)事故，對(duì)住宅樓電氣安全至關(guān)重要。

　　八.結(jié)束語

　　社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推動(dòng)居民用電的高標(biāo)準(zhǔn)要求。從而對(duì)住宅建設(shè)的電氣安全性要求更高，更應(yīng)滿足遠(yuǎn)期負(fù)荷發(fā)展的要求。

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