PE线PEN线和等电位联结线的选用和敷设要求
PE线PEN线和等电位联结线的选用和敷设要求
PE线、PEN线、等电位联结线以及前述的接地线关系人身和财产安全，国际电工标准十分重视其选用和敷设。本章将讨论工频条件下用于安全目的的PE 线、PEN线和等电位联结线的选用和敷设。用于高频条件下有关信息技术装置的特殊要求见第十四章的第五、六节。
第一节PE线和PEN线的最小允许截面
一回路内如果带电导体中断，电灯就不亮，电动机就停转或发出异声，人们可及时觉察并修复故障，在这时间内并未失去接地，后果并不严重。但接地如果不导通，设备照常工作而无异象，故障不能及时觉察，但这时电气装置已失去接地，待发生电击、电气火灾等事故后，才发现灾祸与接地中断有关，这时已无法弥补损失，所以PE线和PEN线的导通比带电导体的导通更重要。
PE线和PEN线的截面应同时满足机械强度和对接地故障电流热稳定的要求，PEN线还应满足通过负载电流时的允许载流量和电压降等要求。
1．机械强度要求
按国际电工标准要求单根电线用作PE线时，铜线的截面有机械保护时不得小于2．5 mm，2 无机械保护时不得小于4mm；2 铝线因易折断，其截面不论有无机械保护都不得小于16 mm2。
当采用多芯电缆或护套电线中的一根芯线作PE线时，或PE线与相线共处于同保护物（例如敷线管槽）内时，对此PE线无需规定按机械强度要求的最小截面。
PEN线只适用于固定安装在使用中不受挠曲的线路中。从机械强度考虑，即使它是多芯电缆中的一根芯线，也要求其截面铜线不小于10mm，2 铝线不小
于16mm2这是因为PEN线如果中断，事故后果尤为严重，详见第三章第四节和第十五章第二节。为策安全不得不放大PEN线截面，但这样做不但多耗费有色金属，而且也给施工带来许多困难。这也正是现时很少采用TN- C系统，普
遍采用TN-C-S系统或TN-S系统的原因之一。因在这些系统中PE线的允许最小截面可大大减小，既节约投资，又方便施工。
PEN线应包以绝缘，除在建筑物内只作一点接地处外其他处的绝缘强度应能耐受可能遭受的最高电压，以避免产生杂散电流。
2．热稳定要求
正常工作时PEN线需通过工作电流，而PE线不通过工作电流，只通过微量的回路正常泄漏电流。如果正常工作时测得PE线带有以若干安计的电流，以致RCD^不上闸或发出报警信号，则可以肯定此电流是施工中接线错误或维护不
当引起的不应有的不正常电流。
PE 线只有在发生接地故障时才通过若干安计的故障电流，其值可能大至使 PE 线不能承
受而烧毁，为此应按接地故障电流来检验其热稳定，见式 (10-1)，
不赘述。按式 (10-1) 进行校验十分复杂费时，为简化设计工作可采用表 21—1 所列值来确定发生接地故障时PE 线(也包括PEN 线)按热稳定要求的最小截面。
表21 — 1 PE(PEN)线按接地故障电流热稳定要求的最小截面
P E( PEN 线最小截面 (mm2)
S
S>35
采用表21 — 1所列值偏于保守，但能减少设计工作量。当
PE 线(PEN 线)与
相线的材质不相同时，表 21—1 值应按相应电导值进行换算。 有的电气同行以为表21 — 1值只适用于接地故障电流大的 TN 系统，不适用 于接地故
障电流小的TT 系统和IT 系统。其实不然，表21 — 1值不仅适用于接 地故障电流大的TN 系统，也同样适用于发生两个故障的 TT 系统和IT 系统。这 可分别用图21 — 1和图21 — 2来说明。图21 — 1为一 TT 系统，图中设备A 先发 生中性线碰外壳接地故障，因中性线基本为地电位，故障电流甚小，回路上的 过电流防护电器以致RCD 都无法动作，此故障作为第一次故障得以长期潜伏下 来。但因中性线与PE 线导通，此TT 系统实际上已转变成为TN 系统。其后如图 21 — 1中设备B 发生相线碰外壳接地故障，则如图 21 — 1所示，PE 线上流过的 将是和TN 系统同样大的以金属导体为通路的金属性短路电流。
图21—2所示为一 IT 系统。如果设备A 发生第一次接地故障后不能及时消 除故障(例如
遇到难以寻找和消除的故障， 或绝缘监测器失灵未发出报警信号等 情况)，其后又如图21—2所示设备B 发生第二次接地故障，则故障扩大为两相 短路，这时PE 线上将通过两相短路电流而非微量的接地电容电流。
国际电工标准非常慎重地考虑电气事故的防范措施，在不少情况下需考虑
发生两个故障引起的危险，上述即是两例。所以不论是 TT 系统或IT 系统都应
和TN 系统一样，按表21 — 1确定PE 线按热稳定要求的最小截面。
现时有一种做法，在有多个配电回路的电缆竖井内，不为每一回路配出 PE 线而只在竖井
内设置一共用的PE 线。只要此共用PE 线不远离回路相线这一做 法理论上是可行的。但需注意此共用 PE 线的截面必须不小于最大回路 PE 线的
截面，而且各回路PE 线自共用PE 线的分支引出必须保证其连接导电的可靠。
第二节通过大正常泄漏电流的
PE 线的提高机械强度措施
相线截面 S(mm2) S < <16 16 S /2 图21 — 1 TT 系统的两个接地故障 图 21—2 IT 系统的两个接地故障 有些电气设备的PE线需通过大幅值的正常泄漏电流，其PE线的中断可能引起电击危险。为此对通过大于10mA正常泄漏电流的这类设备的PE线需提高其机械强度，IEC 规定可采取下列措施之一： ⑴该PE线全长的截面增大为铜线IOmm2或铝线16mm2 ⑵另加第二根相同截面的PE线，它应自设备的另一PE线接线端子引出。 这一安全措施可参见第二十三章第八节的实例作进一步了解。 第三节PE线的代用体 除电线电缆以及裸导体外，可利用以下金属导体作为PE线的代用体: (1) 电缆和护套线的金属护套、屏蔽层、铠装等金属外皮； (2) 固定安装的敷线用的钢管和金属槽盒、托盘、梯架； (3) 某些非电气装置的金属管道和构架，但不包括水管、燃气管和燃油管、承受机械应力的结构件、软管、悬吊线等管道结构。 利用这些代用体时应注意满足以下一些要求： (1)其电导不应低于专用PE线的电导，以保证不降低自动切断电源的防护电器的动作灵敏度； (2) 应保证它不受机械损伤、化学或电化学的腐蚀，以确保电路的可靠导通； (3)槽盒、托盘、梯架等应便于引出连接可靠的PE线; (4)煤气管严禁用作PE线和接地极，为此它进入建筑物后应在尽量短的距离内插入绝缘段，使之与其户外地下部分绝缘。 上列对代用体的要求常难以满足，为保证电气安全仍以敷设专用的PE线为妥。 第四节PE线和PEN线的敷设要求 为提高TN系统中过电流防护电器兼作接地故障防护的灵敏度，应尽量降低 故障回路阻抗以增大故障电流工a。在线路截面相同的条件下，回路阻抗取决 于回路感抗，而回路感抗与回路电感成正比，回路电感可依式 (21 —1) 估算 式中L ——回路电感，H ；uO ——空间磁导率，H /m D ——通过往返电流 的两导体间 的距离， m ； z ――回路长度，m R 回路导体的半径，m 从式(21 — 1)可知PE 线与相线间的距离D 越大，线路感抗越大，过电流防 护电器动作的灵敏度越低，因此PE 线或PEN 线应尽量紧靠相线敷设，以减少回 路感抗。曾做过这样的试验：给一回路的PE 线并联敷设材质和长度都相同的第 二根PE 线，它与回路拉开300ram 的距离。试给回路模拟产生一接地故障电流， 测定结果发现90%以上的故障电流通过紧靠相线的回路 PE 线返回电源，只有 不到10%的故障电流通过第二根距回路 300mmi 勺PE 线返回电流。这一试验说 明将PE 线贴近相线敷设，减少了回路感抗，对提高过电流防护电器兼作接地故 障防护电器的动作灵敏度十分有利。 过去有将用作PEN 干线的裸扁钢单独沿靠近地面的墙脚上水平敷设而将三 根相线敷设在远离地面的屋架上的做法。这种做法对靠墙成排布置的电气设备 分支接PEN 线比较方便，但它存在两个间题，一是增大回路感抗降低了对接地 故障防护的动作灵敏度，二是 PEN 线对地不绝缘，会产生对地杂散电流，因此 这种敷设PEN 线的做法是不应采用的。 第五节联结线截面的确定 联结线截面的确定，见表 21—2。 表 21-2 联结线的截面 50 mm2铁导体 25 mm2铜线或相同电导值的导线 * 局部场所内最大 PE 线截面。 ** 不允许采用无机械保护的铝线。采用铝线时，应注意保证铝线连接处的 持久导通性等电位联结端子板的截面应满足机械强度要求，并不得小于所接联 结线截面。 类 总等电位联结线 别 一 不小于0.5 X 进 般值线PE(PEN 钱截面 局部等电 位联结线 不小于 0.5 X PE 线截面外露导电部分间 辅助等电位联结线 两电气设备 电气设备与 装置外可导电部 分间 0.5 X 较小PE 线截面 0.5 X PE 线截 面 最 小值 6 mm2铜线 有机械保护 16 mm2铝线 ** 无机械保护 2.5mm2铜线 或16 mm2铝线 4mm2铜线 最 大值** 16 mm2铁线 表21—2 中总等电位联结线和局部等电位联结线的最大截面仅为25 mm2，这是因为用于电气安全的联结线只传导电位，不传送电流或只传导很少部分的电流。从线路结构分析可知联结线是和PE线并联的，但PE线紧靠相线感抗甚小，而联结线则远离回路相线，感抗相对甚大，因此绝大部分接地故障电流是流经PE线而不是流经联结线返回电源。所以除非为减少高频阻抗的需要（例如为减少信息系统电气装置内等电位联结系统的高频阻抗），就工频电气安全而言，不要求选用大截面的联结线。 现举例说明如下： 【例21 一1】某电气装置的电源进线为3X 150 mm2+X 70 mm2的铜芯电 缆，按计算值总等电位联结线的截面为0. 5X 70= 35（mm2＞但按表21-2的规定，可选用25 mm2的铜芯联结线，以节约有色金属。 【例21—2】室内只有2 台用电设备和一根自来水管，两设备相距小于2．5m，其PE线铜线截面分别为25 mm2及2. 5 mm2由于距电源处甚远，回路阻抗大，过电流防护电器不能满足发生接地故障时在规定时间内切断电源的要求。为将故障时可能出现的接触电压限制在接触电压限值50V以下，需在其间设置辅助 等电位联结线。按表21-2，两设备与水管间的辅助等电位联结线截面计算值分别为25X0. 5= 12. 5（mm2和2. 5X0. 5= 1. 25（mm2）,可分别取16 mm2铜线和2. 5 mm 徒同线（有机械保护），两台设备间的联结线截面则取两设备的较小PE线的截面，即2. 5mm铜线（有机械保护）。 【例21—3】现有厂房内的--d, 间内有多台小功率用电设备和某些公用设施金属管道，其PE干线截面为铜线4ram2,因过电流防护电器防电击的动作灵敏度不够，需在该小间内补充设置局部等电位联结。按计算值应采用4X 0. 5 =2（mm2）,也即2. 5 mm2铜线，但为在现有装置中的简化施工，按表21-2采用无机械保护的明线敷设，其截面取4 mm2。 在电击危险大的特殊场所内（如浴室、游泳池等场所），电气设备和金属管道结构较多，需按表21-2 所列值做局部等电位联结，这将在第二十三章中予以介绍。 第六节低压电气装置工频等电位联结实施中一些具体间题的探讨 1 .两金属管道连接处裹有黄麻或聚乙烯薄膜，是否需做跨接线两金属管道连接处包有黄麻或聚乙烯薄膜不需做跨接线，除自来水管的水表两端需做跨接线外，金属管道连接处一般不需跨接。因管道在做丝扣连接时这些包裹材料通常因破损而失去绝缘作用，所以连接处电气上依然是导通的。但施工完毕后必须对管道全长进行一次导通性的检测，如发现某一管道连接处不导通或接触电 阻过大（详见第二十二章第二节），应在该处加做跨接线。 2．现时有些管道系统以塑料管代替金属管，对此应如何处理等电位联结间题 做等电位联结的目的是使人体可同时触及的导电部分的电位相等或接近，以消除或减少电击危险。塑料管不是可导电物质，它不能传导或呈现电位，因此不需对它做等电位联结。但对 金属管道系统内的小段塑料管需做跨接。 3．在等电位联结系统内是否要对一管道系统做多次重复联结 只要管道全长导通良好，原则上对一种管道系统只需做一次联结。例如在水管进入建筑物处的干管上做一次总等电位联结，在浴室内的水道干管上做一次局部等电位联结。 4．是否可在户外环绕建筑物埋设一圈扁钢作总等电位联结 有人建议在户外环绕建筑物埋设一圈扁钢，将各种进人建筑物的金属管道与之连接，从而既实现接地，又实现总等电位联结。这一做法是不安全的，因无法检视地下扁钢与各种管道的连接状况，如果连接处因腐蚀烂断而使该处联结失效，将无从发现而成为事故隐患。 5.是否可用配电箱内的PE母排来代替接地母排和等电位联结端子板来连接联结线 因配电箱内有带危险电压的相线，在配电箱内带电检测等电位联结和接地状况时，易不慎触及危险电压而引发电气事故，如停电检测则对工作和生活又带来诸多不便。所以应在配电箱外另设接地母排或等电位联结端子板，以便在不带电条件下安全地进行检测。 6．总等电位联结的接地母排和局部等电位联结端子板之间是否要连通 因这两者间的关系并非一配电系统内上下级配电箱之间送电与受电的关系，不需在两者间作电气导通。实际上两者间已存在通过PE线、金属结构、管道的自然导通。就电击防护而言，等电位联结的作用只是使人体伸臂范围内（2 . 5m内）所接触的电位相等或接近而已。人体不可能同时触及两个相距甚远的带不同电位的金属部分。如果在这两者间作联结，不过是对上下级配电箱间的PE线并联一个阻抗大许多的导体而已，并没有实用意义。同理，也没有必要在电缆竖井内设置一垂直的联结各楼层的联结干线，见第六章第二节。 7．总等电位联结系统的电位可能高于户外地电位，是否需在建筑物出入口处采取均衡电位措施以降低跨步电压对于1000V及以下的工频低压电气装置不必考虑跨步电压的危害，因这一跨步电压不足以造成对人体的伤害。 关于等电位联结的设置，我国从20 世纪90年代开始已在有关建筑电气规范中作出规定，取得了一定的成效，但就实施的广度和深度而言，尚不尽如人意。其中有管理和体制的间题，就电气设计安装而言，图纸深度不够是重要原因。在我国的设计文件中没有像国外设计那样附有标明等电位联结的联结位置、联结线的材质和截面等技术要求的施工简图，承包单位往往借口缺乏图纸依据而拒绝施工等电位联结。这样做的结果难免给电气装置日后的运作留下许多事故隐患，这是我们建筑电气从业人员应予重视的一个间题。 第七节地面等电位对地下金属部分密度的要求 在一般干燥场所的建筑物内，如离人体站立处的地下等电位联结金属部分不超过lOm,即可认为满足地面等电位的要求，否则应增设地下等电位联结金属部分，以满足此lOm最大距离的要求，图21—3即为一示例。图中紧贴一多层建筑物附设一副楼。电气设计中利用两者外墙下基础钢筋兼作接地和地面等电位联结。副楼地下钢筋，如点划线所示，已满足上述不大于 10m的要求，但 建筑物主楼的地下钢筋则未满足此不大于lOm的要求。为此需在建筑物主楼内隔墙下原无钢筋的基础内增埋一根钢筋，如图21—3中虚线所示，以满足地面等电位要求。 图21—3 地下等电位联结密度要求 第八节中性线、PE线、PEN线和联结线的区别 1．中性线 中性线是回路的带电导体，它正常时通过单相电流、三相不平衡电流和某些谐波电流，这些电流引起的电压降使其末端正常时对PE线带几伏电压。如果此电压过大，说明其截面选用过小，将影响设备的工作性能；如果此电压超过10V,则说明电源线路上可能有故障，例如相线有接地故障，或电源侧中性线有断线故障，应检查以防止可能发生的电气事故。 用作中性线的导体除电源端的系统接地外不应再接地，它应采用浅蓝色的色标，以资识别。 2. PE线 PE线指一回路内用作设备保护接地的导线，它不是回路的带电导体，除微量的泄漏电流外（三相回路中为三相泄漏电流的相量和），它正常时不带电流，只在设备发生接地故障时传送故障电流并带故障电压。如果PE线正常时带有几安以至几十、上百安的电流和若干伏电压，则说明线路存在故障或疵病，例如安装中将PE线和中性线接反，或线路对地绝缘破损等，这些故障或疵病应及时排除或纠正，否则易导致电击或电气火灾等电气事故，并招致保护电器的频繁动作。 PE线应贴近相线敷设，并应采用黄绿相间的色标，以与中性线区分。