高 婷，厲紅星

(中鐵隧道勘測設計院有限公司，天津 300133)

地鐵車站的等電位聯(lián)結設計探討

高 婷，厲紅星

(中鐵隧道勘測設計院有限公司，天津 300133)

為了探索出合理的等電位聯(lián)結，降低人在地鐵車站中被電擊的危險性，分別對目前地鐵車站中等電位聯(lián)結常見的局部等電位端子板連接成環(huán)并與接地母排聯(lián)結、輔助等電位聯(lián)結、局部等電位聯(lián)結端子箱與結構鋼筋聯(lián)結3種設計方案進行分析研究。通過計算分析局部等電位端子板連接成環(huán)并與接地母排聯(lián)結設計方案存在的問題，同時分析另外2種設計方案的缺點，結合相關規(guī)范要求，提出更合理的等電位聯(lián)結做法(輔助等電位聯(lián)結和局部等電位聯(lián)結相結合的方式)，有效達到電擊防護的目的，并得出了各設備房間內的局部等電位聯(lián)結端子板不應互連成環(huán)，且不需另外設置接地電纜與接地母排連接。

等電位聯(lián)結；地鐵車站；保護接地；接地故障

0 引言

由于對電氣安全重視不夠，我國每年都有數(shù)以千計的人死于電擊。我國電氣安全防護措施和技術與先進國家相比有很大差距，降低電擊事故是電氣從業(yè)人員要研究的重要課題。在電擊死亡事故中，大多數(shù)都屬于低壓網絡中的事故。一些技術先進的國家對等電位聯(lián)結的實施十分重視，然而恰恰相反，國內對等電位聯(lián)結技術則不夠重視[1]。國內電氣專家王厚余[2]提出等電位聯(lián)結在低壓配電網絡中對接地故障保護、防電擊和防電氣火災的重要作用。目前，國內很少有人對地鐵車站的等電位聯(lián)結進行專項研究，且很少有人關注等電位聯(lián)結的作用和做法是否合理、有效。本文通過研究分析大連地鐵1號線、深圳地鐵2號線和寧波地鐵2號線等電位聯(lián)結的做法，提出了更為合理的做法，并論證了等電位聯(lián)結在低壓配電網絡防電擊中的重要作用。

1 等電位聯(lián)結的重要性

等電位聯(lián)結的作用就是減小過大的電位差，以保障人身安全。

等電位聯(lián)結分為總等電位聯(lián)結、局部等電位聯(lián)結及輔助等電位聯(lián)結[3]。在實際工程中，根據(jù)不同需要采取不同的等電位聯(lián)結。

1)總等電位聯(lián)結。在保護等電位聯(lián)結中，將總保護導體、總接地導體或總接地端子、建筑物內的金屬管道和可利用的建筑物金屬結構等可導電部分連接到一起[4]。

2)局部等電位聯(lián)結。在局部范圍內將各導電部分連通而實施的保護等電位聯(lián)結。

3)輔助等電位聯(lián)結。在導電部分間用導線直接連通，使其電位相等或接近而實施的保護等電位聯(lián)結。

目前，地鐵車站低壓配電系統(tǒng)為TN-S系統(tǒng)。在地鐵車站中，若只設置總等電位聯(lián)結，其中一末端回路的配電箱發(fā)生接地故障，發(fā)生接地故障時，PE線上全長所產生的電壓降，也就是配電箱處的接觸電壓很可能大大超過了安全電壓(50 V)；又由于該配電箱距離變電所甚遠，接地故障回路阻抗較大，故障電流小，末端配電箱上的過電流保護器不能在規(guī)定的時間內切斷電源。此時，人若同時觸及該配電箱和其旁帶地電位的金屬管線，就會有遭受電擊的危險。消除這種危險最經濟有效的方法就是采用輔助等電位聯(lián)結或者局部等電位聯(lián)結，將配電箱和金屬管線直接用導線進行連接或者通過局部等電位端子排進行連接，使兩者的對地電位同時升到同一電位水平。

2 目前地鐵車站中等電位聯(lián)結常見設計方案

目前在地鐵車站中等電位聯(lián)結的做法不統(tǒng)一，常見的做法有3種。

2.1 局部等電位端子板連接成環(huán)并與接地母排聯(lián)結

大連地鐵1號線功成街站將站廳層不同房間內局部等電位聯(lián)結端子板連成環(huán)，與車站設備接地母排聯(lián)結，如圖1所示。

圖1 功成街站等電位聯(lián)結示意圖Fig.1 Schematic diagram of equipotential bonding in Gongchengjie Metro station

此種做法采用截面為95的單芯電纜連接成環(huán)，與設備接地母排連接。在線路截面相同的條件下，回路阻抗取決于回路感抗，而回路感抗與回路電感成正比，回路電感的計算公式為

(1)

式中:L為回路電感，H；μο為空間磁導率，H/m；D為通過往返電流的兩導體間的距離，m；l為回路長度，m；R為回路導體的半徑，m。

從式(1)可知，PE線與相線間的距離D越大，線路感抗越大。上述等電位聯(lián)結的做法相當于在原有回路PE線上并聯(lián)敷設第2根PE線，由式(1)可知，這根PE線遠遠大于原有PE線的電感，大部分故障電流還是通過緊靠相線回路的PE線返回電源，只有很小一部分故障電流通過第2根PE線返回電源，故障電壓基本沒變。所以，上述局部等電位聯(lián)結的做法沒必要再另外敷設1根電纜與設備接地母排連接，對減小故障電壓作用不大，應取消單獨設置的接地電纜。

局部等電位端子板連接成環(huán)是不合理的，原因見下述分析。

以功成街站站廳層照明配電室內某配電箱為例，其進線電源采用WDZA-YJY-1 kV3×120+2×70電纜，距離變電所80 m，配電回路相關參數(shù)見表1。

表1 配電回路相關參數(shù)Table 1 Parameters of distribution circuit

2.1.1 變壓器高壓側系統(tǒng)阻抗計算

(2)

Xs=0.995Zs=0.995×0.289=0.288 mΩ；

(3)

Rs=0.1Xs=0.1×0.288=0.028 8 mΩ[6]。

(4)

式中：Un為變壓器低壓側標稱電壓，0.38 kV；c為電壓系統(tǒng)，計算單相故障電流時取1.0；Ss″為變壓器高壓側系統(tǒng)短路容量，MVA；Rs，Xs，Zs為歸算到變壓器低壓側的高壓系統(tǒng)電阻、電抗、阻抗,mΩ。

對于D，yn11連接變壓器，零序電流不能在高壓側流通，故不計入高壓側零序阻抗，即：

相保電阻

相保電抗

2.1.2 變壓器電阻值、電抗值計算

(5)

(6)

(7)

式中:SrT為變壓器額定容量，MVA；Ur為變壓器額定電壓，kV；uk%為變壓器阻抗電壓百分比；ΔP為變壓器短路損耗，kW。

2.1.3 低壓配電線路的阻抗計算

根據(jù)文獻[6]可查得截面為(3×120+2×70)mm2的銅芯電纜相保電阻為0.596 mΩ/m，相保電抗為0.161 mΩ/m。對于長度為80 m的銅芯電纜，Rphp·L=0.596×80=47.68 mΩ，Xphp·L=0.161×80=12.88 mΩ。

2.1.4 功成街站站廳層照明配電室內配電箱發(fā)生單相接地故障時的工頻故障電壓計算(忽略變壓器低壓側母線段的電阻、電抗及變壓器中性點對地電位)

Rphp=Rphp·s+Rphp·T+Rphp·m+Rphp·L=0.019+2.5+

47.68=50.199 mΩ ；

(8)

Xphp=Xphp·s+Xphp·T+Xphp·m+Xphp·L=0.192+11.74+

12.88=24.812 mΩ ；

(9)

55.996 mΩ 。

(10)

單相接地故障電流為

Ik″=220/Zphp=220/55.996=3.929 kA 。

(11)

當照明配電室內該配電箱發(fā)生單相接地故障時，工頻故障電壓(121 V)通過如圖1所示的互聯(lián)導線傳導到其他房間內，增加了其他非故障區(qū)域內人被電擊的危險性，因此，不應將各個房間內的局部等電位聯(lián)結端子板連接成環(huán)。

2.2 輔助等電位聯(lián)結

深圳地鐵2號線香蜜站等電位聯(lián)結采用總等電位聯(lián)結及輔助等電位聯(lián)結，將相鄰的可導電金屬管線采用輔助等電位聯(lián)結線連接在一起。

依據(jù)GB 50054—2011《低壓配電設計規(guī)范》第5.2.5條[7]：當電氣裝置或電氣裝置某一部分發(fā)生接地故障后，間接接觸的保護電器不能滿足自動切斷電源的要求時，應在局部范圍內將本規(guī)范第5.2.4條第1款所列可導電部分再做一次局部等電位聯(lián)結，亦可將伸臂范圍內能同時觸及的2個可導電部分之間做輔助等電位聯(lián)結。局部等電位聯(lián)結或輔助等電位聯(lián)結的有效性應符合R≤50/Ia的要求。

相鄰可導電部分之間連接后，只要能滿足R≤50/Ia，則輔助等電位聯(lián)結可以有效地減少電擊。但只采用輔助等電位聯(lián)結的缺點在于：1)后期管理困難；2)無法檢驗是否做到位。

2.3 局部等電位聯(lián)結端子箱與結構鋼筋聯(lián)結

寧波地鐵2號線孔浦站等電位聯(lián)結采用局部等電位聯(lián)結，并且采用導線連接至車站結構鋼筋。

依據(jù)GB 50157—2013《地鐵設計規(guī)范》第15.5.8條[8]：當電氣裝置采用接地故障保護時，車站、區(qū)間、控制中心、車輛基地內的單體建筑等應設置包括建筑物或構筑物結構鋼筋在內的總等電位聯(lián)結。局部等電位聯(lián)結端子箱與結構鋼筋連接也是可行的。

但這種做法也存在一些缺點：1)有的房間四周都是磚墻，與結構鋼筋連接困難；2)設備區(qū)走廊、公共區(qū)內的設備外露可導電部分和外界可導電部分[9]未設置等電位聯(lián)結。

3 等電位聯(lián)結更合理做法

地鐵車站局部等電位聯(lián)結不是要把車站內的所有可導電部分都連接在一起，而應根據(jù)保護范圍確定，局部等電位聯(lián)結線越短越好，各房間內的局部等電位聯(lián)結端子板不應互連。

GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41《低壓電氣裝置》中規(guī)定：輔助等電位聯(lián)結應包括可同時觸及的固定式電氣設備的外露可導電部分和外界可導電部分，如果切實可行，也包括鋼筋混凝土結構內的主筋[10]。

在地鐵車站等電位聯(lián)結設計中，若房間內有結構柱，且與結構鋼筋連接便利，可預埋與鋼筋連接的鋼板，并將局部等電位聯(lián)結端子排通過導線連接至預埋鋼板；若房間內無結構柱，且無外露鋼筋，可在房間內設置局部等電位聯(lián)結端子排，將房間內的設備外露可導電部分、外界可導電部分及配電箱PE線連接在此處。局部等電位聯(lián)結示意圖如圖2所示。

在設備集中的房間內，可采用輔助等電位聯(lián)結和局部等電位聯(lián)結相結合的方式進一步降低接觸電壓。局部等電位聯(lián)結原理圖如圖3所示。

在地鐵車站中某房間內A和B用電設備相距約為0.5 m，在僅采用局部等電位聯(lián)結時，用電設備A發(fā)生接地故障，故障電流Id中的一部分電流Id2經過本身的PE線返回電源點，另一部分電流Id1經過局部等電位連接線和用電設備B的PE線返回電源。人在該房間內若同時觸及A和B 2個用電設備外露可導電部分時，接觸電壓為

Ut=Id1(Z1+Z2)。

(12)

若同時采用輔助等電位聯(lián)結，如圖3中的虛線所示，通過導線將A和B用電設備的外殼連接，此時人在該房間內若同時觸及A和B 2個用電設備時，接觸電壓為

Ut′=Id3Z3。

(13)

(a)

(b)

(c)

圖3 局部等電位聯(lián)結原理圖Fig.3 Working principle of combination of local equipotential bonding

由圖3可知：輔助等電位聯(lián)結線短于A和B用電設備連接至局部等電位端子箱的導線長度，即阻抗Z1+Z2>Z3；采用輔助等電位聯(lián)結后，相當于在原有的基礎上并聯(lián)1個阻抗，將原有的電流Id1分流，也就是Id1>Id3。經過比較可知，Ut′

考慮到設備區(qū)走廊內及公共區(qū)管線數(shù)量多，彼此緊靠，且管線底標高基本位于2.5 m以上，建議在設備區(qū)走廊及公共區(qū)采用輔助等電位聯(lián)結方式。若設置局部等電位聯(lián)結，不僅接線不便，而且連接至局部等電位端子板的聯(lián)結線過長，對降低接觸電壓作用不大。

在配電設備集中的房間，如變電所、環(huán)控電控室、蓄電池室及照明配電室等房間內，除采用上述等電位聯(lián)結保護措施外，還可采用地面鋪設絕緣橡膠墊的措施來降低人被電擊的危險性。

4 結論與建議

地鐵車站中的等電位聯(lián)結能使設備外露可導電部分和外界可導電部分電位相等或接近，從而實現(xiàn)其安全防護的目的。在地鐵工程設計中，做好等電位聯(lián)結可減少人身間接觸電危險的發(fā)生，保護生命安全。

建議在今后等電位聯(lián)結設計中重視以下問題：1)不應將不同房間內的局部等電位聯(lián)結端子板互連成環(huán)；2)不需要另外設置接地電纜將局部等電位聯(lián)結端子板連接至接地母排；3)在切實可行的情況下，將局部等電位聯(lián)結端子板與結構鋼筋連接；4)局部等電位聯(lián)結與輔助等電位聯(lián)結方式相結合使用。要根據(jù)具體情況采用合理的等電位聯(lián)結方式，希望在今后設計中不斷完善、改進地鐵車站中等電位聯(lián)結的做法，達到有效防電擊的目的。

[1]湯繼東.低壓系統(tǒng)的接地及等電位聯(lián)結[J].電氣工程應用，2012(4)：2-22.(TANG Jidong.Earthing of low voltage system and equipotential bonding[J].Application of Electrical Engineering，2012(4)：2-22.(in Chinese))

[2]王厚余.試論等電位聯(lián)結的應用[J].建筑電氣，2011(10)：3-7.(WANG Houyu.Discussion on the application of equipotential bonding[J].Building Electricity,2011(10)：3-7.(in Chinese))

[3]杜秀蘭.等電位聯(lián)結與接地故障保護[J].低壓電器，2009(8)：4-6.(DU Xiulan.Equipotential bonding and grounding fault protection[J].Low Voltage Apparatus,2009(8)：4-6.(in Chinese))

[4]陳謙，韓帥，淵辛燕.保護等電位聯(lián)結和保護接地應用中的若干問題[J].建筑電氣，2013(8)：17-22.(CHEN Qian,HAN Shuai,YUAN Xinyan.Problems about protective equipotential bonding and protective earthing applications[J].Building Electricity,2013(8)：17-22.(in Chinese))

[5]王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[M].北京：中國電力出版社，2003.(WANG Houyu.Design,installation and inspection of low-voltage electrical equipment[M].Beijing: China Electric Power Press,2003.(in Chinese))

[6]中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.(Planning,Design and Research Institute of Aviation Industry of China.Design manual of industry and civil power distribution[M].Beijing: China Electric Power Press,2005.(in Chinese))

[7]GB 50054—011低壓配電設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.(GB 50054—011 Code for design of low voltage electric installations [S].Beijing: China Planning Press,2012.(in Chinese))

[8]GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.(GB 50157—2013 Code for design of Metro works[S].Beijing: China Architecture & Building Press,2014.(in Chinese))

[9]GB/T 2900.71—2008/IEC 60050-826：2004 電工術語: 電氣裝置[S].北京：中國標準出版社，2008.(GB/T 2900.71—2008/IEC 60050-826：2004 Electric terms: Electrical installations[S].Beijing: China Standard Press,2008.(in Chinese))

[10]GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41：2005 低壓電氣裝置[S].北京：中國標準出版社，2011.(GB 16895.21—2011/IEC 60364-4-41：2005 Low-voltage electrical installations[S].Beijing: China Standard Press,2011.(in Chinese))

廣州擬打造全國最大地下空間工程

未來廣州將加大地下空間開發(fā)力度，到2020年人均地下空間面積將達到5 m2。金融城起步區(qū)地下空間規(guī)劃總建筑面積達到213.6萬 m2，共有5層，將配套完整的地下交通系統(tǒng)，主要解決大量的市政設施和市政道路擁堵問題，堪稱全國最大的地下空間。

據(jù)悉，整個地下空間整合了區(qū)域內出讓及非出讓地塊地下空間的多種功能，統(tǒng)一組織了地下步行系統(tǒng)、城市交通、城市公交系統(tǒng)、軌道交通及交通樞紐等市政交通系統(tǒng)，統(tǒng)一規(guī)劃了供電、給水排水、集中供冷和真空垃圾收集等管線設施，形成大型的地下城市綜合體。

地下空間的總體開發(fā)結構為“三核三軸七組團”，以道路交通線路為骨架，形成樞紐核心、翠島核心、方城核心及7個組團空間。

萬博商務區(qū)將交通和市政配套放地下

正在建設中的廣州萬博商務區(qū)地下空間值得關注。通過地下空間的開發(fā)，地面開發(fā)容量大大提高，萬博商務區(qū)地下空間總規(guī)模40萬m2。為了解決9個地塊十幾棟超高層建筑開發(fā)強度過高的問題，23萬m2的交通和市政設施配套放在地下，商業(yè)面積有17萬m2，如果沒有地下空間的開發(fā)，這一地塊將難以承受如此高的開發(fā)強度。

地下空間范圍大致位于萬博商務區(qū)中部，漢溪大道、萬博大道與公元前路地面以下。規(guī)劃理念定位為打造一座“大隱于市的地下之城”。作為核心區(qū)地下建筑相互聯(lián)系的紐帶，為各區(qū)域地下空間搭建有機骨架，形成地下之城連貫而自成系統(tǒng)的主要脈絡。2層平面建筑空間從東到西沿長方向展開，并通過角度和折面的形式體現(xiàn)商業(yè)的個性化，達到視覺引導的最佳效果。

在設計方面，利用中庭空間序列和下沉廣場使地下空間地面化，室內環(huán)境室外化，形成一個明亮、節(jié)能、開放、輕松的地下購物環(huán)境；下沉廣場、透光玻璃頂?shù)脑O置，使地下室商業(yè)得到了充足的室外陽光和自然通風，并增加了市民步行廣場時進入地下空間的機會。設計為全開放式，這使得內部和外部達到最大限度的共通共享，以更復合、靈活的方式服務市民。

花城廣場地下空間主要解決交通問題

地下空間最主要的功能是疏導交通和解決市政設施用地?；ǔ菑V場地下空間建設主要就是要解決珠江大道東西2條路的交通擁堵問題及作為連接39棟核心區(qū)高層建筑往軌道交通的步行通道。

“三核三軸七組團”

“三核”：依托地鐵五號線換乘站形成交通樞紐核心、國際金融交流中心帶動形成翠島核心及方城商業(yè)金融中心；

“三軸”：集交通及商業(yè)于一體的花城大道軸、以商業(yè)步行街為主體打造品牌商業(yè)的水融路商業(yè)軸及以溝通翠島核心與樞紐核心為主的灣融路地下商業(yè)發(fā)展軸；

“七組團”：樞紐綜合體組團、商務辦公組團、商業(yè)娛樂組團、總部辦公組團、翠島組團、方城組團及配套居住組團。

廣州地下空間6年將增7倍

利用地下土地資源是有效節(jié)約土地、改善城市環(huán)境的重要途徑之一。在建設用地嚴重超標和建設用地緊缺并存、城市環(huán)境質量堪憂的情況下，城市向集約化發(fā)展勢在必行。今后地下空間的開發(fā)將朝著綜合化、復雜化的方向發(fā)展，功能從單一走向多元，深度會越來越深。

目前廣州地下空間開發(fā)程度并不算特別高，但是未來廣州無疑將有越來越多的地下城出現(xiàn)?！稄V州市城市總體規(guī)劃(2011—2020)》明確提出大力開發(fā)地下空間，到2020年市域地下空間開發(fā)規(guī)模約為9 000萬m2，其中包括約800萬m2的地下商業(yè)空間。根據(jù)官方推算的2020年廣州常住人口1 800萬計算，屆時平均每人擁有地下空間面積為5 m2。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2011年8月，廣州16個主要地下商場面積總和已達到111.01萬m2。如果到2020年達到800萬m2，將是現(xiàn)在的8倍之多。

(摘自 廣州日報 http://www.stec.net/sites/suidao/ConPg.aspx?CtgId=142f6ac5-a07a-44b6-8d17-42710c37e548&InfId=a14bc01f-83ab-4078-b1d3-63626a81d918 2014-10-20)

DiscussiononDesignofEquipotentialBondinginMetroStations

GAO Ting,LI Hongxing

(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

Rational equipotential bonding is fundamental for Metro works so as to reduce the risk of electric shocks in Metro stations.In the paper,3 equipotential bonding manners commonly used in Metro stations,i.e.,connection between local equipotential terminals and earthing busbar,auxiliary equipotential bonding,and connection between local equipotential bonding terminal box and structural reinforcement bars,are analyzed,the disadvantages of these 3 bonding manners are discussed,and a rational equipotential bonding manner,i.e.,a combination of auxiliary equipotential bonding and local equipotential bonding,is proposed on basis of relevant standards.In the end,the electric shock has been effectively avoided.It is also concluded that the local equipotential bonding terminal board should not be interconnected,and it is unnecessary to set additional earthing cable to connect the earthing busbar.

equipotential bonding; Metro station; protective earthing; earthing fault

2014-06-03;

2014-06-27

高婷(1982—)，女，天津人，2009年畢業(yè)于遼寧工程技術大學，控制理論與控制工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事供配電專業(yè)工程設計工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.11.010

U 453.7

A

1672-741X(2014)11-1077-05