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电动门
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浅谈电动门配电设计的电击防护
2019.05.09
电动伸缩门是一种长期在户外使用的设备,工作电压为220 V(过去也有380 V),其电机是处于移动状态。据悉,在高峰运行期间电动门每小时需开合数十次,这种工作特点势必导致线路极易老化。此外,在雨季电机不锈钢缝隙也容易漏水、积水、造成漏电,发生电击事故。当然这只是电动门发生电击事故的一个原因。应该说这是设备问题、物业管理问题,看起来与配电设计风马牛不相及,其实不然。
电动门配电设计
为什么要做配电设计?对此答案很多,但是保护人身和设备安全应该是最根本的原因和目的。特别对于电气设备外露导电部分,正常时是不带点的却因绝缘损坏而带故障电压,这时人或动物接触此外露导电部分则会遭到电击,通常将这种电击称为“间接接触电击”。对此,设计人员应尽力做好防护。

应提及的是:GB 50054 – 2011《低压配电设计规范》(2012年6月1日起实施)中将电气装置的电击防护分为“直接接触防护”与“间接接触防护”,而在2012年12月1日起实施的GB 16895. 21 – 2011/ IEC 60364 – 4 – 41:2005《低压电气装置  第4 – 41部分:安全防护 电击防护》特别指出:

“——正常条件下的电击防护称直接接触防护(本部分改称为基本保护);

——故障条件下的电击防护称间接接触防护(本部分改称故障保护)。”

在本文中对电击防护的称谓仍是按照 GB 50054 – 2011中的规定实施。

低压配电系统的接地形式,对间接接触防护的自动切断电源措施极为重要

在现行的配电设计中,最常采用的间接接触防护措施是自动切断电源,也就是通常在配电设计中采用各类保护电器对人身、线路及设备进行保护。该保护措施对于不同的低压配电系统的接地形式,其间接接触防护电气的动作特性各不相同。

TN 系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特性应符合下式要求:

Zs Ia ≤ U0

式中:Zs —— 接地故障回路的阻抗,Ω;

Ia —— 保证间接接触保护电器在规定时间内切断故障回路的动作电流,A;

U0 —— 相导体对地标称电压,V。

由此可看出,TN系统发生接地故障时,电流的切断与接地电阻的阻值无关。

对于 TT 系统,其保护电气动作特性应满足下式要求:

RA Ia ≤ 50V

式中:RA —— 外露可导电部分的姐弟电阻和保护导体电阻之和,Ω。

在实际设计中最常用的是TN 系统,由于门卫室及电动门是一个很小的用户,往往是不重视其接地故障电流的计算,当然也不会去按上述要求进行接地故障灵敏度校核,这些可能造成电动门发生接地故障时保护电器不动作,给人身带来电击的危险和伤害。

电动门一般是由门卫室或岗亭的配电箱供电,常选用无选择性的A型开关,通常无法在发生接地故障时自动切断电源,为了使其具有选择性,不妨选具有选择性的B型开关作为电源的保护电器!

顺便说一下,配电断路器有A、B两类:A型开关只有过载长延时及瞬时脱口二段保护,属非选择性开关;B类则具有过载长延时、短延时及瞬时脱口三段保护,为选择性断路器。如果电源开关选用B类断路器,是可根据接地故障电流的大小来整定脱口电流的数值及动作时间。

TN 系统在采用自动切断电源措施时,一定要辅以等电位联结

现今,大部分建筑物的配电设计都采用TN系统。规程、规范都规定:TN 系统在采用自动切断电源措施时,一定要辅以等电位联结。

规范GB 16895.21 – 2011 / IEC 60364 – 4 – 41:2005及GB 50054 – 2011 都规定在低压配电系统中采用自动切断电源的防电击的防护措施,以及该措施失效时附加保护措施。对于 TN 系统而言,等电位联结是十分重要且必须的附加保护之一。

为了说明原因,还得从 TN 系统的接线特点说起。

TN 系统的第一个字母表示电源的一点(通常是中性点N)与大地直接连接,第二个字母则表示电气装置外露可导电部分通过保护线与该接地点相连接,也就是说,TN 系统电源侧的 PE 线是与负荷侧全程贯通的。这样,当电源侧或负荷侧某处发生接地故障,故障电压会通过 PE 线传到其他负荷的外露可导电金属外壳,例如电动伸缩门的金属外壳。TN 系统这种“城门失火,殃及池鱼”的特点,设计者应给予关注。浙江小女孩爬在未运行的电动门上玩耍、深圳一名保安无意触及静止的电动门均遭电击,不幸身亡,经查门卫处的配电箱并未发生过故障,恐怕都与系统内传到的危险故障电压有关啊!

根据电气设备和电气装置防间接接触电击的组合防护,可以将电气设备分为 0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,最为广泛使用的电气设备是Ⅰ类,它是藉自动切断电源和经PE线接地而实现间接接触电击防护,这是在配电设计中采用最多的一种电击防护。

各类保护电器如断路器、熔断器等因各种原因可能拒动,无法起到保护作用,所以要辅以附加保护来弥补其不足。而等电位联结及剩余电流动作保护装置就是自动切断电源保护措施的两个附加保护措施。

关于附加措施:剩余电流动作保护器(RCD)

剩余电流动作保护器的原理是基于基尔霍夫定律,即在任一瞬时,流向某一节点的电流之和恒等于由该节点流出的电流之和。现在各国均采用电流型剩余电流动作保护器(RCD)。追溯至1928年,德国人提出的“人体触及带电导体时所通过的电流,以剩余电流互感器检测,并在人受伤害之前快速切断电流,从而达到保护的目的”的专利,这无疑是从事电器灾害预防工作的人所希望的理想的保护方式。

RCD 对电气回路接地故障的防护非常有效。由于其工作原理所限,RCD 不能防止别处故障沿 PE 线或装置外可导电部分传导来的故障电压所引起的电击事故,所以,RCD 不是万能的,这点应引起设计人员重视!

为明白防电击的一些基本规定,学习 GB / T 13870.1 - 2008 / IEC / TS 60479 - 1:2005《电流对人和家畜的效应 第1部分:通用部分》是十分必要的,该规范提供了关于电击电流对人和家畜效应的基本指导,让设计者明白电气安全要求的原缘由。

电动伸缩门可否采用局部  TT 系统

从理论上说,应该是可以的。但在实际工程中,还应考虑有没有实施的可能。对于电动伸缩门来说,往往是设置在门卫室相邻处,若要采用局部 TT 系统,其接地网很难与门卫室的接地网保持 10 ~ 20 m的距离。两者过近,会造成电气导通,不能形成局部 TT 系统,实质上仍是 TN - S系统。

通常门卫室与配电所的距离远大于20 m,若将门卫用电系统改成局部 TT 系统应该是可行的。

TT 系统配电线路间接接触防护电器的动作特性:

RA Ia ≤ 50V

式中:RA —— 外露可导电部分的姐弟电阻和保护导体电阻之和,Ω。

Ia ——使保护电器在规定时间内可靠动作的电流,A;当采用 RCD 时,Ia为RCD的额定动作电流 IΔn。

假设门卫室用配电箱电源进线开关的额定电流为 50 A,防电击电流定位3倍:3 × 50 = 150 A,为满足上述公式,RA = 50 / 150 = 0.33 Ω。若门卫室用配电箱电源进线开关的额定电流为63 A,则接地极的接地电阻为 0.26 Ω。这样小电阻的接地极是很难实现的。在无法满足接地电阻要求时,只能求助 RCD,即在电源进线处装设剩余电流动作保护断路器。关于 RCD 之 IΔn 的确定原则已讲述许多,不再赘述。需要注意的是各级 RCD 的配合。
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