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電動門
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淺談電動門配電設計的電擊防護
2019.05.09
電動伸縮門是一種長期在戶外使用的設備,工作電壓為220 V(過去也有380 V),其電機是處于移動狀態。據悉,在高峰運行期間電動門每小時需開合數十次,這種工作特點勢必導致線路極易老化。此外,在雨季電機不銹鋼縫隙也容易漏水、積水、造成漏電,發生電擊事故。當然這只是電動門發生電擊事故的一個原因。應該說這是設備問題、物業管理問題,看起來與配電設計風馬牛不相及,其實不然。
電動門配電設計
為什么要做配電設計?對此答案很多,但是保護人身和設備安全應該是最根本的原因和目的。特別對于電氣設備外露導電部分,正常時是不帶點的卻因絕緣損壞而帶故障電壓,這時人或動物接觸此外露導電部分則會遭到電擊,通常將這種電擊稱為“間接接觸電擊”。對此,設計人員應盡力做好防護。

應提及的是:GB 50054 – 2011《低壓配電設計規范》(2012年6月1日起實施)中將電氣裝置的電擊防護分為“直接接觸防護”與“間接接觸防護”,而在2012年12月1日起實施的GB 16895. 21 – 2011/ IEC 60364 – 4 – 41:2005《低壓電氣裝置  第4 – 41部分:安全防護 電擊防護》特別指出:

“——正常條件下的電擊防護稱直接接觸防護(本部分改稱為基本保護);

——故障條件下的電擊防護稱間接接觸防護(本部分改稱故障保護)。”

在本文中對電擊防護的稱謂仍是按照 GB 50054 – 2011中的規定實施。

低壓配電系統的接地形式,對間接接觸防護的自動切斷電源措施極為重要

在現行的配電設計中,最常采用的間接接觸防護措施是自動切斷電源,也就是通常在配電設計中采用各類保護電器對人身、線路及設備進行保護。該保護措施對于不同的低壓配電系統的接地形式,其間接接觸防護電氣的動作特性各不相同。

TN 系統中配電線路的間接接觸防護電器的動作特性應符合下式要求:

Zs Ia ≤ U0

式中:Zs —— 接地故障回路的阻抗,Ω;

Ia —— 保證間接接觸保護電器在規定時間內切斷故障回路的動作電流,A;

U0 —— 相導體對地標稱電壓,V。

由此可看出,TN系統發生接地故障時,電流的切斷與接地電阻的阻值無關。

對于 TT 系統,其保護電氣動作特性應滿足下式要求:

RA Ia ≤ 50V

式中:RA —— 外露可導電部分的姐弟電阻和保護導體電阻之和,Ω。

在實際設計中最常用的是TN 系統,由于門衛室及電動門是一個很小的用戶,往往是不重視其接地故障電流的計算,當然也不會去按上述要求進行接地故障靈敏度校核,這些可能造成電動門發生接地故障時保護電器不動作,給人身帶來電擊的危險和傷害。

電動門一般是由門衛室或崗亭的配電箱供電,常選用無選擇性的A型開關,通常無法在發生接地故障時自動切斷電源,為了使其具有選擇性,不妨選具有選擇性的B型開關作為電源的保護電器!

順便說一下,配電斷路器有A、B兩類:A型開關只有過載長延時及瞬時脫口二段保護,屬非選擇性開關;B類則具有過載長延時、短延時及瞬時脫口三段保護,為選擇性斷路器。如果電源開關選用B類斷路器,是可根據接地故障電流的大小來整定脫口電流的數值及動作時間。

TN 系統在采用自動切斷電源措施時,一定要輔以等電位聯結

現今,大部分建筑物的配電設計都采用TN系統。規程、規范都規定:TN 系統在采用自動切斷電源措施時,一定要輔以等電位聯結。

規范GB 16895.21 – 2011 / IEC 60364 – 4 – 41:2005及GB 50054 – 2011 都規定在低壓配電系統中采用自動切斷電源的防電擊的防護措施,以及該措施失效時附加保護措施。對于 TN 系統而言,等電位聯結是十分重要且必須的附加保護之一。

為了說明原因,還得從 TN 系統的接線特點說起。

TN 系統的第一個字母表示電源的一點(通常是中性點N)與大地直接連接,第二個字母則表示電氣裝置外露可導電部分通過保護線與該接地點相連接,也就是說,TN 系統電源側的 PE 線是與負荷側全程貫通的。這樣,當電源側或負荷側某處發生接地故障,故障電壓會通過 PE 線傳到其他負荷的外露可導電金屬外殼,例如電動伸縮門的金屬外殼。TN 系統這種“城門失火,殃及池魚”的特點,設計者應給予關注。浙江小女孩爬在未運行的電動門上玩耍、深圳一名保安無意觸及靜止的電動門均遭電擊,不幸身亡,經查門衛處的配電箱并未發生過故障,恐怕都與系統內傳到的危險故障電壓有關啊!

根據電氣設備和電氣裝置防間接接觸電擊的組合防護,可以將電氣設備分為 0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,最為廣泛使用的電氣設備是Ⅰ類,它是藉自動切斷電源和經PE線接地而實現間接接觸電擊防護,這是在配電設計中采用最多的一種電擊防護。

各類保護電器如斷路器、熔斷器等因各種原因可能拒動,無法起到保護作用,所以要輔以附加保護來彌補其不足。而等電位聯結及剩余電流動作保護裝置就是自動切斷電源保護措施的兩個附加保護措施。

關于附加措施:剩余電流動作保護器(RCD)

剩余電流動作保護器的原理是基于基爾霍夫定律,即在任一瞬時,流向某一節點的電流之和恒等于由該節點流出的電流之和。現在各國均采用電流型剩余電流動作保護器(RCD)。追溯至1928年,德國人提出的“人體觸及帶電導體時所通過的電流,以剩余電流互感器檢測,并在人受傷害之前快速切斷電流,從而達到保護的目的”的專利,這無疑是從事電器災害預防工作的人所希望的理想的保護方式。

RCD 對電氣回路接地故障的防護非常有效。由于其工作原理所限,RCD 不能防止別處故障沿 PE 線或裝置外可導電部分傳導來的故障電壓所引起的電擊事故,所以,RCD 不是萬能的,這點應引起設計人員重視!

為明白防電擊的一些基本規定,學習 GB / T 13870.1 - 2008 / IEC / TS 60479 - 1:2005《電流對人和家畜的效應 第1部分:通用部分》是十分必要的,該規范提供了關于電擊電流對人和家畜效應的基本指導,讓設計者明白電氣安全要求的原緣由。

電動伸縮門可否采用局部  TT 系統

從理論上說,應該是可以的。但在實際工程中,還應考慮有沒有實施的可能。對于電動伸縮門來說,往往是設置在門衛室相鄰處,若要采用局部 TT 系統,其接地網很難與門衛室的接地網保持 10 ~ 20 m的距離。兩者過近,會造成電氣導通,不能形成局部 TT 系統,實質上仍是 TN - S系統。

通常門衛室與配電所的距離遠大于20 m,若將門衛用電系統改成局部 TT 系統應該是可行的。

TT 系統配電線路間接接觸防護電器的動作特性:

RA Ia ≤ 50V

式中:RA —— 外露可導電部分的姐弟電阻和保護導體電阻之和,Ω。

Ia ——使保護電器在規定時間內可靠動作的電流,A;當采用 RCD 時,Ia為RCD的額定動作電流 IΔn。

假設門衛室用配電箱電源進線開關的額定電流為 50 A,防電擊電流定位3倍:3 × 50 = 150 A,為滿足上述公式,RA = 50 / 150 = 0.33 Ω。若門衛室用配電箱電源進線開關的額定電流為63 A,則接地極的接地電阻為 0.26 Ω。這樣小電阻的接地極是很難實現的。在無法滿足接地電阻要求時,只能求助 RCD,即在電源進線處裝設剩余電流動作保護斷路器。關于 RCD 之 IΔn 的確定原則已講述許多,不再贅述。需要注意的是各級 RCD 的配合。
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