住宅建设的电气安全性

　　【摘要】：住宅电气线路不同于企事业单位的电气线路，它没有专业电工的维护，而居民往往不懂电气安全知识，很容易发生电气事故。住宅建设中的电气安全问题极为重要。
　　【关键词】：住宅，电气安全，等电位联结，漏电保护器
　　一、引言
　　随着我国经济的发展，居民对电的需求将越来越高，已从简单照明型转入了改善居住环境用电型。例如空调已步入普通百姓家庭，一户拥有两、三部空调的现象已很普遍。另一些大功率家用电器设备正逐步被百姓所认识，相信今后也将跃入主流家电行列。诸如电灶、电热水系统、电取暖系统，它们具有安全、方便、节能、卫生、经济、环保和功率大等特点。这就要求住宅建设应满足电气的安全性和远期负荷发展的要求。
　　二、电气设计标准分析
　　我国是个生活用电急剧增长的发展中国家。据有关专家估计，2005年我国居民用电量将达到2700亿千瓦，为1996年的2.4倍。我国发电装机容量和发电量均居世界第二位。但来自电力部门的数据和事实表明，中国居民用电量需求预测近几年电力供应出现了供大于求的局面。针对以往电气设计标准中存在的问题，新的国家标准《住宅设计规范》(GB50096－1999)于1999年6月1日起正式施行，它在某些条款上有了很大提高，如它明确要求“电气线路应采用符合安全和防火要求的敷设方式配线，导线应采用铜线，每套住宅进户线截面不应小于10mm2，分支回路截面不应小于2.5mm2”；“每套住宅的空调电源插座、电源插座与照明，应分路设计；厨房电源插座和卫生间电源插座宜设置独立回路”；“卫生间宜作局部等电位联结”等。但应注意到，这个标准依然是住宅电气设计中电气安全的最低要求。考虑到电气设计要求的安全性、功能性、舒适性和可适应发展性，住宅电气设计还应有一定的超前意识。
　　
　　中国大陆、香港和美国住宅电气设计标准的比较
　　
　　注:中国大陆数据录自《住宅设计规范》GB50096-1999，香港数据录自1997年香港机电工程署（电力线路规例工作手册），美国数据录自NEC1999年版例1和例2。其中例1为建筑面积139M2的住宅，拥有照明和小家用电气设备（120V）,大功率电气设备（240V）有12KW电炊具一台;5.5KW烘干器一台，例2在例1的基础上，增加了一台6A、220V空调机;一台12A、110V空调机;一台8A、110V垃圾处理机；一台10A、110V洗碗机。
　　国际上电气安全技术不断完善和提高，而一些行之有效的电气安全基本要求在我国一些地区新建和改建线路规定中却未见到引入。这些都将在我国新住宅线路和旧住宅改造包线路中留下一些不安全因素。
　　住宅建设已成为我国经济发展的新的增长点。各地均大量兴建住宅和改造旧房，此时更应该总结以往的经验教训，在住宅电气线路设计中，强调以人为本，重视电气安全，并为远期负荷的增长充分预留裕量，以满足住户今后几十年安全用电的要求，不再蹈今日被迫改造线路的覆辙。住宅建设的电气安全性问题主要体现在以下几点：
　　三.住宅内的电气线路截面
　　1.家用电器中产生谐波的非线性负荷（如微波炉、气体放电灯、电子镇流器等）日益增多。消除谐波危害的有效措施是减少回路阻抗，国外采用较大截面线路可以减少回路阻抗。我国家庭中非线性负荷家用电器的应用较晚，还不够普及，经验还不多，尚未充分认识谐波在住宅用电中的危害。
　　2.对住宅线路截面过小引起阻抗增大，影响电压质量的问题注意不够，这点在高层建筑内问题尤为突出。
　　线路截面过小的后果是电线发热加剧，绝缘老化加速，易导致线间短路和接地故障，引起电气火灾和人身电击事故。而负载电流中谐波份量过大又使一些对谐波敏感的家用电器（例如家用电脑和某些电子设备）产生损坏或工作不正常，也能使家用电器内的电动机、变压器等发热加剧而缩短寿命，它还能使电气线路上的断路器频繁跳闸、熔断器经常熔断，给家庭生活带来许多不便。
　　从上述可知，发达国家和地区采用较大的住宅电气线路截面并非是因为他们铜的生产过剩，而是出于对住宅电气安全的全面和长期的考虑。电源质量问题可参考国际铜业协会（中国）出版的《电源质量问题初探》和《优化电气设计实践指南》。
　　还需一提的是分支回路如果较多，当一线路进行检修或因故跳闸时，停电的范围小，对家庭生活造成不便的影响也较小。
　　四.住宅内分支回路的数量不应过少
　　我国每户住宅内照明和插座的分支回路数不应过少。由于分支回路少，每回路所带的负荷增大，实际等于减少了线路截面，其结果同样是线路温升的增加。我们知道线路载流量是指某一敷设方式和环境温度条件下线路在允许工作温度时通过的电流。此允许工作温度是相对于其正常绝缘寿命而言的。例如PVC绝缘的允许工作温度为70℃，工作温度超过70℃，线路绝缘并不损坏，只是绝缘寿命相对缩短而已。有一经验数字，PVC绝缘工作温度每超过允许工作温度8℃，其使用寿命约减少一半。但70℃并非PVC绝缘的最合适的温度，我们在使用中如减少负荷，降低其工作温度，则其绝缘老化延缓，使用寿命可以相应延长，这对减少电气线路事故是十分有利的。
　　分支回路数量的增加，相当于减少每回路的阻抗，这对降低住宅谐波电压，减少谐波危害也是十分有利的。还需说明，住宅内有足够的分支回路数量，就有条件将产生谐波的非线性负荷电器和对谐波敏感的电器做到分回路供电。这样非线性负荷谐波电流在其分支回路的阻抗上产生的谐波电压降就不可能危害另一回路的敏感电器。家用电脑之类对谐波敏感的电器在今后的推广应用是必然的趋势，住宅电气线路在设计中必须及早注意。
　　五.住宅内的电气线路应采用铜线
　　现时我国东部地区绝大部分的住宅中均使用铜导线，但在中、西部部分地区依然有在住宅中使用铝导线的现象。已于99年6月1日实施的国家强制性标准《住宅设计规范》明确要求住宅内应使用铜导线。而参考2000年1月由国务院通过的《建设工程质量管理条理》，对违反国家强制性标准的开发、设计、施工、监理等各方均有严厉的处罚。
　　大家都知道铝线较铜线易于起火，据美国消费品安全委员会（CPCS）统计的火灾发生率，铝线为铜线的55倍，铝线起火多的原因不在铝线本身而在铝线的接头，简述为下：
　　1、铝线表面极易氧化
　　如将铝线表面的氧化层刮净，它能在几秒钟内又形成新的氧化层，虽然厚度仅3-6,却具有很高的电阻，且能随时间的增长而增大。当大电流通过铝线接头时，所产生的I2Rt热量易发生异常高温而引燃近旁可燃物质。当线路绝缘损坏发生短路时，这一铝线接头的高电阻又能限制短路电流，使线路上的断路器、熔断器等过流保护电器不能及时切断电源，这又增加了线路短路起火的危险性。
　　2、铝与铜的不同膨胀系数
　　当将铝线与设备的铜质接线端子相连接时，因铝的膨胀系数较铜约大36%，当通过电流温度升高时，铝线膨胀较多，铜质端子的撑大却不多，使铝线受挤压变形。断电冷却后连接处出现空隙，空气或潮气乘虚而入，铝线表面被氧化或腐蚀，使接触电阻增大，再通过电流时连接处发热更剧，形成恶性循环，当达到危险高温时连接处绝缘被熔化，易导致线路短路，甚至引起火灾。
　　3、铝与铜的电解作用
　　铝为3价，而铜为2价，连接处进入潮湿气后就形成局部电池，使铝腐蚀，这也增加了接触电阻。
　　4、氯化氢的不利影响
　　如由于线路过载或上述连接不良等原因使铝线连接处的温度超过75℃，而又持续较长的时间，PVC绝缘将分解出氯化氢气体，此气体能腐蚀铝线表面，增加了接触电阻。
　　除起火危险外，铝线可能因表面氧化，接触电阻过大而不导电,使住宅内某一线路断电，也可能因接触电阻过大导致线路压降过大，电气设备无法正常运行（如荧光灯无法起动），此时需找出故障点，将表面刮净才能恢复供电或运行。而铝线较脆，拆装中容易折断，其再接是十分困难的，这些都给不懂电气的居民带来许多麻烦。
　　与铝线相比，铜线不易氧化和腐蚀，火灾危险小得多。铜线又较韧，不易折断。住宅中一般没有专业人员检测线路中存在的事故隐患，因此为保证住宅的电气安全,电气线路不应采用铝线而应采用铜线。
　　六.住宅楼内应作等电位联结
　　现在国际上非常重视等电位联结的作用，它对用电安全、防雷以及电子信息设备的正常工作和安全使用都是十分必要的。我们熟悉的安全接地也是等电位联结，不过它是以大地电位为参考电位的大范围的等电位联结。根据理论分析，等电位联结作用范围越小，电气上越安全。如果在住宅楼的范围内作等电位联结，其效果当然远优于接地。所谓总等电位联结，就是在住宅楼内电源进线配电箱近旁设一铜质接地母排，将可导电金属部分用等电位联结线与接地母排连接而互相导通。当住宅楼内有人工接地极时，接地极引入线应首先接至接地母排。
　　根据国内外电气事故统计，低压系统短路大多为相线碰设备外壳、金属管道结构和大地的接地故障（接地短路），它能使这些设备外壳、管道、结构带对地故障电压导致人身电击或电气火灾事故，住宅内作总等电位联结可消除或降低这种故障电压，其效果胜过单纯的接地。因此国际电工标准IEC60364-4-41和发达国家电气标准以及我国电气标准都将它规定为电气安全的基本要求。浴室被国际电工标准列为电击危险大的特殊场所。在我国浴室内的电击事故也屡屡发生。这是因为人在沐浴时遍体湿透，人体阻抗大大下降，沿金属管道导入浴室的一、二十伏电压即足以使人发生心室纤维性颤动而死亡。为此在浴室内还需按上述要求作一次等电位联结。由于如此小范围内的等电位作用，其故障时的电位差微不足道，有效地保证了人身安全。
　　为保证等电位联结可靠导通，等电位联结线和接地母排应分别采用铜线和铜板。等电位联结这一电气安全措施并不需复杂昂贵的电气设备，它所耗用的不过是一些导线，它不象埋在地下的人工接地极易受土壤腐蚀而失效（实际上在实施等电位联结的同时也实现了接地，因它所联结的水管和基础钢筋等本身已起到低电阻长寿命的接地作用），它在保证电气安全上的作用远胜我们过去习惯采用的专门打入地下的人工接地
　　七.住宅楼内不应采用没有专用PE线的TN-C系统
　　我国过去常用的TN-C系统不适用于无电工管理的住宅楼，这种系统没有专用的PE线，而是与中性线（N线）合为一根PEN线，住宅楼内如果因维护管理不当使PEN线中断，电源220V对地电压将如图3所示经相线和设备内绕组传导至设备外壳，使外壳呈现220V对地电压，电击危险很大。因此在住宅楼内不应采用TN-C系统，而应采用TN-C-S、TN-S和TT系统。在这些系统中住宅内有专门的PE线，可避免发生这类电气事故。
　　故障电流以PE线、PEN线等金属导线为返回电源的通路，电流比较大，常可用熔断器、断路器切断电源来防电击事故。但在全系统内PE线和PEN线是连通的，这样一住宅楼的故障电压可沿PE线和PEN线传导至另一住宅楼，如果住宅楼内不作总等电位联结，就有可能发生电击事故。
　　在TT系统内每栋住宅楼各有其专用的接地极和PE线，各栋楼的PE线互不导通，故障电压不致自一住宅楼传导至另一住宅楼。但TT系统以大地为故障电流返回电源的通路，故障电流小，必须采用对接地故障反应灵敏的漏电保护器来防人身电击。
　　这些系统各有优缺点，需按具体情况选用。如果住宅楼由供电部门以低压供电，应按供电部门的要求采用接地系统，以与地区的接地系统协调一致。如果采用TN-C-S系统，应注意从住宅楼电源进线配电箱开始即将PEN线分为PE线和中性线，使住宅楼内不再出现PEN线，这是因为PEN线因通过负荷电流而带有电位，容易产生杂散电流和电位差的缘故。
　　如果供电部门以10KV电压给住宅楼供电，且10/0.4KV变电所即在住宅楼内，则这栋住宅楼只能采用TN-S系统。因为采用TN-C-S系统将在住宅楼内出现PEN线；TT系统则要求设置分开的工作接地和保护接地，而在同一个建筑物内是很难做到两个分开的接地，维护工作也是困难的。无论采用哪种接地系统都必须按规范要求作前述的等电位联结。
　　八.住宅楼内应装设两级漏电保护器
　　住宅楼内一般应装设两级漏电保护器（以下简称rcd）。第一级装设在每户的插座分支回路上。因插座回路上常接用金属外壳的手握式和移动式电器，当这类电器发生相线碰外壳接地故障，人体遭受电击时，往往不能摔脱电器，以至人体通电时间过长而导致死亡。为此在插座回路上一般需装设对接地故障反应灵敏，能瞬时跳闸的30mArcd,使人体迅速脱离电的接触。第二级rcd装设在住宅楼的电源进线处。它的作用是防接地故障火灾，这种火灾是最常见多发的电气火灾。
　　接地故障因故障电流较小，它常以电弧的形式出现。电弧具有大阻抗，它限制了故障电流，使一般的断路器，熔断器不能及时切断电源，而电弧本身的局部温度可高达两、三千摄氏度，很易引燃近旁可燃物质。在电源进线上安装这一级rcd，可在住宅楼内任一处发生电弧性接地故障时及时动作，避免电气火灾的发生。我国已生产这种防火用的rcd，它只是在塑壳式断路器内增加漏电动作附件而已。其动作电流约300mA，带0.3s左右的延时，以与下级rcd在动作时间上有选择性配合。这两级rcd分别防范人身电击和电气火灾事故，对住宅楼电气安全至关重要。
　　八.结束语
　　社会经济的发展，推动居民用电的高标准要求。从而对住宅建设的电气安全性要求更高，更应满足远期负荷发展的要求。
　　

　　参考文献
　　[1]戴瑜兴．《民用建筑电气设计手册》．中国建筑工业出版社，2007．
　　[2]朱林根《21实际建筑电气设计手册》．中国建筑工业出版社，2001．
　　[3]林琅《现代建筑电气技术资质考试复习问答》．中国电力工业出版社，2002．