低壓成套開關設備保護接地過門線探討

徐森，宋巍

中國質量認證中心上海分中心，上海，201206

0 引言

在電力系統中，低壓成套開關設備作為一種使用范圍廣、安全性要求高的產品，設備存在安全問題，不僅會對安裝、使用者帶來人身威脅，甚至會對整個電力系統產品影響。因此中國政府將低壓成套開關設備的部分產品列入了強制性產品認證目錄，通過強制性認證制度，保證企業生產的成套開關設備滿足安全要求。 產品保證必要的安全等級，針對不同情況，采取相應的電擊防護措施。主要的防護措施有基本防護和故障保護。其中基本防護措施有：①防止直接與危險帶電部件接觸，利用成套設備本身適宜的結構措施，或在安裝過程中采取的附加措施來獲得防護；②由絕緣材料提供基本絕緣，將危險帶電部分應用絕緣完全覆蓋；③擋板或外殼防護，用空氣絕緣的帶電部件安置在外殼內部或擋板后面。

故障保護措施有：①設置保護導體，每臺成套開關設備安裝保護導體，以便于電源自動斷開；②成套設備的所有外露可導電部分連接在一起，并連接至電源保護導體上，或者通過接地導體與接地裝置連接，這種連接可以用金屬螺釘、焊接或用其它導體連接來實現；③成套設備內部保護導體的設計為能夠承受在的安裝場地可能遇到的由為其供電的外部電路故障所引起的最大熱應力和動態應力等措施。

低壓成套開關設備的柜門、上蓋等作為一種外露可導電部件，它們是成套開關設備上能觸及到的可導電部件，在正常狀況下不帶電，但在故障情況下可能會成為危險帶電部分。為了保證低壓成套開關設備在使用過程中起到故障保護作用，采用多股保護接地過門線將門、上蓋與架構相連是一種良好的保護措施。因為保護接地過門線能很好地起到故障保護作用，所以受到生產企業、電力安裝公司、監管部門等單位普遍關注。低壓成套開關設備的外形不同，不同結構的設備可以有單開門、雙開門、上下門；低壓成套開關設備的設計方案多樣，不同的方案中，電器元件、儀器的安裝位置也不同，因此存在不同應用部門對保護接地過門線的使用方式存在多種理解。

作者在工作中經常遇到生產企業、監管部門關于低壓成套開關設備的保護接地過門線問題，本文將依據標準給出探討。低壓成套開關設備的外殼材料有金屬材料和非金屬材料，絕緣材料的殼體不需要連接過門線，因此本文僅探討金屬材料外殼的保護接地過門線問題。

1 分析與探討

低壓成套開關設備的類型主要包括以下幾種：低壓成套電力開關和控制設備、由一般人員操作的配電板（DBO）、建筑工地用成套設備（ACS）、公用電網動力配電成套設備等。低壓成套開關設備常見的結構包括以下幾種：固定封閉式成套電力開關設備、抽出式成套電力開關設備、固定分隔式成套開關設備等。

電力開關和控制設備的結構特點為：柜體的構架用異型鋼加工拼結成結構件組裝而成；柜門用轉軸式活動鉸鏈與構架相連，安裝、拆卸方便；裝有電器元件的儀表門用多股線與構架相連，柜內的安裝件與構架間用滾花螺釘連接，整柜構成完整的接地保護電路；柜門、側板等外觀可見部件用環氧粉末靜電噴涂。

配電板的結構特點為：采用軌道拼拆結構，另設N、PE專用母排及特殊接線端子，安裝的電器元件手柄外露，便于操作，其他帶電部件均遮蓋于上蓋內部或門內部，使用安全可靠。

建筑工地用成套設備和公用電網動力配電成套設備的結構特點為：由冷軋鋼板彎制焊接而成，機械強度滿足施工現場的正常使用時所遇到的機械應力、電氣應力及熱應力；用焊接方式將柜門和架構連接，焊接柜門不可拆卸[1]。

低壓成套開關設備的柜型多樣，針對不同的柜體結構，具體分析保護接地過門線連接的安全符合性。目前，我國低壓電力成套開關設備執行GB/T7251系列標準，在該系列標準GB/T7251.1-2013《低壓成套開關設備和控制設備第1部分：總則》第8.4.3.2.2章“接地連接性提供的防止成套設備內部故障引起的后果的要求”規定：在蓋板、門、遮板等部件上裝有電壓值超過特低電壓限值（ELV）的電氣裝置，通常的金屬螺釘連接和金屬鉸鏈連接則被認為足以能確保連續性。如果在蓋板、門、遮板等部件上裝有電壓值超過特低電壓限值（ELV）的器件時，應采取附加措施，以保證接地連續性[2]。

（2）解讀標準條款，確定以下兩個內容。

①確定特低電壓限值（ELV）。GB/T3805-2008《特低電壓（ELV）限值》標準用以指導正確選擇人體在正常和故障兩種狀態下使用各種電氣設備，并處于各種環境狀態下可觸及導電零件的電壓限值，根據GB/T7251.1-2013對低壓成套開關設備的使用環境和場所，特低電壓限值可選擇為交流55V[3]。

②確定門與設備架構的連接方式。低壓成套開關設備的門與架構是金屬螺釘連接和金屬鉸鏈連接[4]。

（3）按照GB/T7251.1-2013《低壓成套開關設備和控制設備 第1部分：總則》標準，并結合電力成套開關設備的實際情況，分別研究如下不同情況：

①成套開關設備的柜門是否安裝有儀表或者操作電器？

②若柜門上安裝有儀表或者操作電器，這些儀表、電器的工作電壓值多少？

③柜門與設備的如何連接？

（4）針對上述不同的情況，我們對保護接地過門線的連接做出如下研究分析。

①低壓成套開關設備的柜門上沒有安裝有指示儀表和操作的電器、設備的后門，并用柜門是通過金屬鉸鏈和架構進行了連接。這種情況無需另外連接保護接地過門線（如圖1所示）。

圖1 無保護接地過門線示例1

②低壓成套開關設備為雙開門，儀表安裝在上門，下門通過金屬鉸鏈和架構進行了連接。這種情況下門無需另外連接保護接地過門線（如圖2所示）。

圖2 無保護接地過門線示例2

③低壓成套開關設備的柜門安裝了儀表或者操作電器，它們的工作電壓小于交流55V，并且柜門是通過金屬鉸鏈和架構進行了連接。這種情況無需另外連接保護接地過門線。

④低壓成套開關設備的柜門安裝了儀表或者操作電器，儀表或者操作電器的工作電壓超過交流55V，不論柜門通過何種方式與架構進行了連接，都需要連接保護接地過門線（如圖3所示）。

圖3 有保護接地過門線示例

⑤帶有金屬上蓋的由一般人員操作的配電板（DBO）產品，這類產品接地排（PE）的安裝方式一般有兩種，一種用金屬螺桿將接地排直接固定在外殼，另一種用絕緣件支撐件安裝接地排，然后用一根接地線將接地排與外殼連接。由于金屬外殼、上蓋是用噴塑或噴涂進行表面處理，上蓋和外殼的可能接觸不良，因此，該類產品另需增加一根將上蓋和外殼連接的導線，以便可靠連接（如圖4和圖5所示）。

圖4 配電箱保護接地線示例1

圖5 配電箱保護接地線示例2

根據上述分析的情況連接或者不連接保護接地過門線，都應驗證設備的故障保護措施是否符合安全要求。按照GB/T7251.1-2013《低壓成套開關設備和控制設備 第1部分：總則》10.5.2章“成套設備外露可導電部分與保護電路之間的有效接地的連接性”規定的方法進行驗證，使用接地電阻測試設備驗證不同外露可導電部件是否有效地連接到進線外部保護導體的端子上，并且電路的電阻不應超過0.1Ω[5]。

2 試驗

2.1 驗證接地連接有效性

為了驗證沒有安裝有儀表或者操作電器的柜門接地連接有效性，作者隨機選取了8個樣本進行了試驗，試驗使用的測試設備均為企業的接地電阻測試儀，各型號的接地電阻測試儀符合至少能輸出10A交流電流。結果如下表所示。

號 柜型 測量位置 連接方式 接地電阻實測值（mΩ）序測試設備型號1 JXF 柜門 金屬鉸鏈連接 13 CC2520 2 XL-21 柜門 金屬鉸鏈連接 22 LK2678BX 3 GGD 下門 轉軸式活動鉸鏈連接 36 ET2678 4 GGD 后門 金屬鉸鏈連接 42 ET2678 5 MNS 主進線柜后門轉軸式活動鉸鏈連接 50 CC2520

6 MNS 控制柜后門轉軸式活動鉸鏈連接 54 CC2520 7 GCS 主進線柜下門轉軸式活動鉸鏈連接 47 CC2521 8 GCS 主進線柜后門轉軸式活動鉸鏈連接 48 CC2521

試驗結果顯示，通過上述方式連接的產品，滿足標準要求的接地電阻不大于0.1Ω要求。

2.2 驗證儀表或柜門

為了驗證安裝有超過交流55V儀表或者操作電器的柜門，需要連接保護接地線的故障保護有效性，作者在隨機選取的上述樣本進行了試驗。結果如下表所示。

序號 柜型 測量位置 連接方式 過門線規格接地電阻實測值（mΩ）測試設備型號1 GGD 上門轉軸式活動鉸鏈連接4mm2絞合銅導線11 ET2678 2 MNS 主進線柜上門轉軸式活動鉸鏈連接4mm2絞合銅導線15 CC2520 3 MNS 控制柜上門轉軸式活動鉸鏈連接4mm2絞合銅導線17 CC2520 4 GCS 主進線柜上門轉軸式活動鉸鏈連接6mm2銅編織線8 CC2521 5 GCS 控制柜上門轉軸式活動鉸鏈連接6mm2銅編織線10 CC2521

試驗結果顯示，連接有保護接地過門線的產品，滿足標準要求的接地電阻不大于0.1Ω要求。

通過上面的對比試驗，作者發現，連接有保護接地過門線的接地電阻測試值較小；沒有安裝儀表或者操作電器的柜門，通常的金屬螺釘連接和金屬鉸鏈連接能夠符合標準要求[6]。

3 保護接地過門線的選用

低壓成套開關設備是中國強制性認證目錄內產品，元器件和材料的選用均有規定要求。成套開關設備內保護接地過門線大多用的是滿足GB/T5023、JB/T8734《額定電壓450∕750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電線和軟線》標準內的BV、BVR銅導體，保護接地過門線宜選用GB/T3956-2008《電纜的導體》中絞合銅導體或軟結構銅導體（見下表）。

標稱截面積/mm2 20℃導體最大電阻（Ω/km）絞合導體 軟導體1.5 12.1 13.3 2.5 7.41 7.98 4 4.61 4.95 6 3.08 3.30 10 1.83 1.91

建議選用2.5 mm2以上規格的絞合銅導體或軟結構銅導體用于保護接地過門線。BV、BVR結構的導線顏色應為黃/綠雙色，導線的端頭處壓接經過電鍍處理的銅制冷壓端頭，保護接地應可靠，并留有充分的旋轉余地，保證門開啟導線不受損傷。

4 結語

從單個成套開關設備看，保護接地過門線的使用量很少，但在實際中，有些用戶要求所有的柜門都必須連接有過門線，甚至要求所有的過門線要使用銅編織線。從資源節約和保證安全的兩個角度分析，我們認為首先要確保產品符合標準規定要求，其次要符合資源節約的社會責任，做出合理的設計要求。