廣東利通置業(yè)投資有限公司 黃日明

隨著建筑施工的機械化與自動化程度不斷提高，越來越多的電氣設備投入到施工現(xiàn)場中，由于施工現(xiàn)場的用電環(huán)境比較復雜、臨時性強、用電設備經常移動等因素，安全用電風險較大。隨著國家安全生產管理的發(fā)展和健全、施工供用電規(guī)范的實施，觸電傷害逐漸減少。從住建部近年統(tǒng)計數據看，觸電傷害已不再是建筑施工中的前五大傷害，但施工現(xiàn)場用電安全仍然任重道遠。建筑施工現(xiàn)場一般采用TN-S 供電系統(tǒng)，接地故障是引發(fā)電擊傷害的常見故障。

1 采用TN-S 型式的臨電供電系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)按接地型式分有IT 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)和TN 系統(tǒng)，其中TN 系統(tǒng)中根據中性線（N）和保護接零（PE）的不同組合情況又分為TN-C、TN-C-S、TN-S 三種接地型式系統(tǒng)。在這幾種供電系統(tǒng)中，TN-S 系統(tǒng)的安全性能最好，安全要求高的場所一般都采用TN-S 系統(tǒng)，所以《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范JGJ46-2005》（下稱《臨電規(guī)范》）明確規(guī)定建筑施工現(xiàn)場臨時用電須采用TN-S 系統(tǒng)，同時明確了建筑施工現(xiàn)場供電三大原則：三級配電、二級保護、TN-S 接零保護。

圖1中總配電箱、分配電箱和開關箱組成了三級配電系統(tǒng)，二級保護是指設在開關箱處的K3和總配電箱處的K1形成的兩級RCD 漏電保護。圖中RB為變壓器中性點工作接地，RB≤4Ω，RC1為PE 線在總配電箱處的重復接地電阻，由于總配電箱與變壓器一般同時設在變電所內或設在相近的位置，所以一般RC1與RB共用接地極，也就是RC1=RB，RC為PE 線在配電系統(tǒng)中的重復接地電阻，RC≤10Ω。

圖1 建筑施工現(xiàn)場典型臨電供電系統(tǒng)示意圖

2 接地故障與防電擊保護措施分析

單相接地故障是供電系統(tǒng)中最常見也是最容易引起觸電傷害的電氣故障，它是電源線中一個相線（火線）由于絕緣破損、脫落等原因與設備外殼接觸，使設備外殼可導電部分帶電，人觸摸到帶電部分會引起人體觸電。當圖1所示臨電供電系統(tǒng)末端設備處于正常供電狀態(tài)時，K1～K3為導通狀態(tài)，由于RC1=RB，在進行故障電路分析時可忽略RC1，設Ut是人體的接觸電壓，Zt是人體的阻抗，鞋襪和地板的電阻為Rs，臨電供電系統(tǒng)的單相接地故障如圖2。

圖2 臨電系統(tǒng)單相接地故障示意圖

2.1 保護措施1：通過PE 線降低人體接觸電壓Ut

據圖2分別畫出PE 線斷線（或沒有PE 線保護）的故障等效電路圖3和有PE 線并且PE 線作了重復接地的故障等效電路圖4。從圖3可看出，相線跟設備金屬外殼接觸后，由于沒有PE 線則故障相線沒有回流到變壓器的電流回路，既沒有短路電流也沒有漏電電流流過前端的保護開關K1～K3，故障回路不能自動切除。這時接觸電壓Ut等于設備電源端的電壓，即Ut=220V。

圖3 PE 線斷線接觸電壓

圖4 PE 線接零保護接觸電壓

圖4由于有PE 線，短路電流Id 經PE 線回流至變壓器低壓側而形成電流回路。圖4中的ZL、ZPE分別為相線和PE 線的阻抗（忽略變壓器阻抗），其中ZPE1為分電箱處重復接地點到電源側PE 線的阻抗，ZPE2為分電箱處到用電設備段PE 線的阻抗。因為在工頻電路中，Zt+Rs、Rc、RB為若干千歐計，而ZPE、ZPE1、ZPE2為若干毫歐計，所以Zt+Rs、Rc、RB對ZPE的分流作用可忽略不計，則故障電流Id的計算公式為Id=UL/ZL+ZPE1+ZPE2。

另圖4中可看出，Rc與RB串聯(lián)再與ZPE1并聯(lián)，也即Rc上的電壓降為ZPE1上的電壓降的分壓，人體預期接觸電壓Ut’為ZPE2和Rc上電壓降之和，即Ut’=Id×ZPE2+Id×ZPE1×RC/(RB+RC)。以一個常見的供電線路為例，分配電箱前使用VV-(4×95+1×50)電纜150米，分電箱到用電設備使用VV-(4×35+1×16)電纜30米，忽略變壓器和線路阻抗，有ZL=0.045Ω，ZPE1=0.058Ω，ZPE2=0.035Ω，Rc=10Ω，RB=4Ω， 代入以上兩式得出：Id=1594(A)，Ut’=122(V)。

從以上計算過程可看出：通過PE 線接零保護可降低故障接觸電壓，從220V 降到了122V，在一定程度上降低了觸電傷害的程度；雖然PE 線降低接觸電壓到122V，但我國標準規(guī)定工頻安全電壓有效值限值為50V，明顯這個電壓對人體仍是一個危險電壓。對此很多施工人員存在誤區(qū)，以為PE 線做了重復接地就與大地一樣零電位、連接到設備上就能保障安全，其實不然，除做好PE 線的連接外還需做好其他防護措施。

2.2 保護措施2：快速切斷電源

由于PE 接零保護不能將故障電壓降到安全值，TN 系統(tǒng)防電擊的另外一個機制是通過電路中帶過電流保護功能的斷路器或RCD（剩余電流裝置）快速切斷電源，避免電擊致人死傷。由于過電流保護動作依賴大幅值的故障電流，而故障電流回流到電源的金屬通路中存在故障接觸電阻、PE 線中的連接頭電阻等種種不確定的回路電阻，使過電流防電擊保護不太可靠。相對過電流保護，RCD 對接地故障引起的泄露電流具有很高的靈敏度；而且在線路長、導線截面小的情況下，過電流保護電器常不能滿足自動切斷電源的時間要求，則采用RCD 作專門的接地故障保護最為有效，所以在施工現(xiàn)場主要采用分級的RCD 快速切斷電源實現(xiàn)防電擊保護?！督ㄔO工程施工現(xiàn)場供用電安全規(guī)范》GB50194-2014的第6.4.7條對三級配電箱的RCD 分級配置有具體要求可以查閱。

對于TN-S 系統(tǒng)，第一位的安全作用是迅速切斷電源。從圖3圖4及Id=1594(A)可看出，PE 線的導通作用使得故障點的剩余電流幅值很大，大大提高了RCD 的動作靈敏性，對迅速切斷電源起著重要的作用；相反如果PE 線斷線或不接PE 線，則保護電器不能動作切斷電源，存在電擊危險。同時需加強漏電保護開關的日常檢查工作，這也是《臨電規(guī)范》8.3.10“漏電保護器每天使用前應啟動漏電試驗按鈕試跳一次，試跳不正常時嚴禁繼續(xù)使用”規(guī)定的緣由，在以往的工作經驗中，施工現(xiàn)場對此條規(guī)范要求嚴格執(zhí)行的甚少，其中很大原因是工人對TN-S 系統(tǒng)的防電擊措施沒有很好的了解。

3 PE 線導通性檢測電路接線方案

從上文分析可知，TN-S 系統(tǒng)的防電擊保護2個措施都要求PE 線保持良好的導通性，不能出現(xiàn)斷線或虛接不導通等狀況。施工現(xiàn)場的用電臨時性強，供電回路的拆除安裝比較頻繁，電箱中PE 端子板可能會出現(xiàn)螺絲松動造成的虛接或接觸不良狀況，由于PE 線在正常情況下不通過任何工作電流，PE線出現(xiàn)斷線、接觸不良等不會影響正常的用電，因此容易受忽視；加上PE 線排上的螺絲松動也難以用肉眼分辨，需用螺絲刀每個螺絲的擰緊試驗，工作量繁多瑣碎，人工排查有不可靠性?；赑E 線對TN-S 系統(tǒng)防電擊保護的重要性，為提高PE 線導通性排查的可靠性，下面提出一種針對PE 線導通性檢測的接線方案（圖5）。

圖5 PE 線導通性的檢測線

在臨電工程的安裝時，隨著PE 線的路徑敷設1條BVR-4.0軟線做檢測線路，在各級配電箱中也跟PE 線一樣獨立設分接線排，全程獨立敷設，一直敷設至末級配電箱/開關箱，并在末級配電箱/開關箱處設檢測端子。圖中Rt是末級配電箱/開關箱的測線端子與PE 線端子之間的直流電阻，用萬用表檢測Rt的數值，便可判斷前端PE 線的連接導通情況。BVR4.0的軟線直流電阻率為4.61Ω/km（20℃），按供電距離300米計算，加上線路的接頭電阻，Rt正常值也在5Ω 以內。如檢測出來的Rt 值較大，就需對沿線PE 線路及檢測線路進行排查，排除線路接觸不良或斷線的隱患。

該檢測方法可確認末級配電箱/開關箱的PE線端子前端的PE 線連接導通性，也可作為PE 線故障點判斷的輔助檢測。雖然要對每個末端箱都進行遍歷性的檢測、有點麻煩，但相對于PE 線路的人工排查操作更加簡單方便且可靠性更高，安裝成本也比較低廉，具有一定的實際推廣意義。