精密直流電源分配柜保護(hù)地“帶電”問(wèn)題分析

黃保哲

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所，山東 青島 266555）

0 引 言

接地系統(tǒng)是通信電源系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅直接影響通信的質(zhì)量和電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且還起到保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的作用，從功能上可分為工作接地和保護(hù)接地[1]。為減少電蝕作用導(dǎo)致的線圈導(dǎo)線腐蝕，通信電源系統(tǒng)中采用正極接地的方式，正常情況下工作地排和保護(hù)地排都處于零電位，沒(méi)有電壓差。某電信局在接線施工過(guò)程中反饋保護(hù)地“帶電”，測(cè)量保護(hù)地排與工作地排之間有+52 V 的電壓差，本文針對(duì)該問(wèn)題展開論述，分析問(wèn)題的原因及可能存在的安全隱患，對(duì)施工的規(guī)范性提出建議。

1 保護(hù)地“帶電”狀態(tài)描述

精密直流電源分配柜正常使用接線如圖1 所示，蓄電池或上級(jí)配電屏的正、負(fù)極電源分別接入電源分配柜的工作地排和接入導(dǎo)體，接入導(dǎo)體下為輸入熔斷器，輸入熔斷器與分路熔斷器用銅母排連接，監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控從機(jī)等分別與工作地排、接入導(dǎo)體和分路熔斷器下端連接，以實(shí)現(xiàn)輸入、輸出回路的電流、電壓、開關(guān)等智能檢測(cè)和監(jiān)控，每路分路熔斷器下端接負(fù)載負(fù)極，負(fù)載正極接至工作地排，形成供電回路給負(fù)載供電。在此狀態(tài)下，工作地排與保護(hù)地排遠(yuǎn)端接大地，均處于零電位，不會(huì)有電壓差。

該電信局施工過(guò)程中，A 處自蓄電池或上級(jí)配電屏的正極電源未連接工作地排，自蓄電池或上級(jí)配電屏的負(fù)極電源正常接入接入導(dǎo)體，但B 處輸入熔斷器未安裝，保護(hù)地正常接地，負(fù)載正負(fù)極均正常接入工作地排和分路熔斷器下端，此時(shí)測(cè)量保護(hù)地排與工作地排之間有+52 V 的電壓差，施工人員反饋保護(hù)地“帶電”。

2 保護(hù)地“帶電”原因分析

測(cè)量保護(hù)地排與工作地排之間有+52 V的電壓差，而保護(hù)地排處于接地狀態(tài)，為零電位，這說(shuō)明施工人員反饋的保護(hù)地“帶電”并非是保護(hù)地帶電，而是工作地排處于-52 V 電位，如下分析均圍繞工作地排電位為何為-52 V 來(lái)展開。

從電壓數(shù)值可以推測(cè)，工作地排上的-52 V 電位的來(lái)源應(yīng)該是蓄電池的負(fù)極，從圖1 可以看出，由于B 處的輸入熔斷器未安裝，負(fù)極電源從接入導(dǎo)體到工作地排的唯一路徑是監(jiān)控主機(jī)、開關(guān)電源、監(jiān)控從機(jī)等二次回路設(shè)備，監(jiān)控主機(jī)電壓檢測(cè)正負(fù)極、開關(guān)電源電源輸入正負(fù)極等分別從工作地排和接入導(dǎo)體接入，此處監(jiān)控主機(jī)和開關(guān)電源等監(jiān)控單元可簡(jiǎn)化為具有一定阻抗的電阻，保護(hù)地“帶電”狀態(tài)簡(jiǎn)化如圖2 所示，電路模型如圖3 所示。

精密直流電源分配列柜中各帶電回路與地之間的絕緣電阻為2～10 MΩ[2-3]，即R斷≈2～10 MΩ，從圖2、圖3 可以看出，此時(shí)工作地排與保護(hù)地排之間的電壓為U，本案例中監(jiān)控單元為廣東雅達(dá)YD-DEMS-VD2系列監(jiān)控單元，R監(jiān)控單元約為2.5 kΩ，遠(yuǎn)小于R斷，由歐姆定律可知U≈-52 V，即工作地排為-52 V 電位。

3 保護(hù)地“帶電”是否會(huì)造成人身傷害

由分析可知，保護(hù)地“帶電”的原因是工作地排處于-52 V 電位，此時(shí)若雙手同時(shí)觸摸工作地與保護(hù)地或機(jī)架，相當(dāng)于圖3 中R斷等于人體電阻R人，此處人體電阻R人取1 000 Ω，由歐姆定律可知，通過(guò)人體的電流I=U/（R監(jiān)控單元+R人）≈52/（2 500 Ω+1 000 Ω）≈14.9 mA，此時(shí)人兩手之間的電壓U人≈1 000 Ω×14.9 mA ≈14.9 V，小于通常人們認(rèn)定的36 V接觸安全電壓。

圖1 精密直流電源分配柜正常使用接線示意圖

觸電導(dǎo)致人體傷害的主要原因是電流，對(duì)于50 Hz 工頻交流電，可以被人體感知的最小電流大約為0.5 mA，人體觸電后可以自主擺脫電源的最大交流電流大為10～16 mA。直流電流與交流電流相比，要使人體產(chǎn)生相同的反應(yīng)，直流電流必須比交流電流（50 Hz）大2～4 倍[4]，此處人體通過(guò)直流電流14.9 mA 相當(dāng)于通過(guò)50 Hz 工頻交流電流3.7～7.5 mA，觸電后可以自主擺脫電源，但長(zhǎng)時(shí)間通電會(huì)使手指手腕等處產(chǎn)生痛感，若手指皮膚相對(duì)潮濕或皮膚有損傷，人體電阻相對(duì)變小[4]，長(zhǎng)時(shí)間通電則可能會(huì)導(dǎo)致痙攣。

圖2 保護(hù)地“帶電”狀態(tài)簡(jiǎn)化示意圖

圖3 保護(hù)地“帶電”狀態(tài)電路模型

由分析可知，盡管人兩手分別同時(shí)觸摸-52 V和0 V，但由于監(jiān)控單元的分壓作用，人兩手之間的實(shí)際電壓約為14.9 V，屬于接觸安全電壓范圍之內(nèi)，短時(shí)間觸摸不會(huì)對(duì)人體造成明顯的人身傷害。

4 直流電源分配柜施工規(guī)范性建議

本案例中，施工人員反饋的保護(hù)地“帶電”狀態(tài)并非是電源分配柜存在故障，而是施工不規(guī)范導(dǎo)致的，將圖1 中A 處工作地排接線正常接入后，工作地排電位變?yōu)? V，與保護(hù)地之間的電壓差消失，設(shè)備正常使用。-48 V 直流電源系統(tǒng)電壓等級(jí)較低，但若不規(guī)范操作仍然存在安全隱患，結(jié)合本次案例，對(duì)直流電源分配柜接線施工操作的規(guī)范性提出如下建議。

（1）電源分配柜接線時(shí)應(yīng)先接處于零電位的工作地和保護(hù)地。

（2）-48 V 接入時(shí)應(yīng)盡量避免帶電操作，即-48 V接入分配柜時(shí)應(yīng)斷開上級(jí)配電屏相應(yīng)熔斷器，同時(shí)斷開本列柜輸入熔斷器。

（3）負(fù)載-48 V 接線時(shí)應(yīng)斷開相應(yīng)分路熔斷器。

（4）接線完成并測(cè)試無(wú)問(wèn)題后自上而下逐級(jí)插入熔斷器。

5 結(jié) 論

由于各廠家電源分配柜接線方式、監(jiān)控儀表型號(hào)等不同，本文中計(jì)算數(shù)據(jù)僅供參考，但分析思路是相通的。此外，接線施工時(shí)應(yīng)盡量避免不規(guī)范操作，以減少不必要的安全隱患。