第五章_保护接地与保护接零.ppt

保护接地和保护接零电力系统中性点接地方式 电力系统中性点有三种接地连接方式：l中性点直接接地l中性点不接地l中性点经消弧线圈接地1 1 1 1 中性点直接接地方式中性点直接接地方式中性点直接接地方式中性点直接接地方式 中性点直接接地系统发生单相短路时，非中性点直接接地系统发生单相短路时，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。可以配出中性线相电压考虑。可以配出中性线N N，既三相四线，既三相四线制，一般民用建筑均采用。制，一般民用建筑均采用。2 2中性点不接地方式中性点不接地方式u中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的 倍 u单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的三倍。电力系统中性点接地方式 中性点经消弧线圈接地方式中性点经消弧线圈接地方式工作接地在采用380/220V的低压电力系中，一般都从电力变压器引出四根线，即三根相线和一根中性线，这四根兼做动力和照明用。动力用三根相线，照明用一根相线和中性线。在这样的低压系统中，考虑当正常或故障的情况下，都能使电气设备可靠运行，并有利人身和设备的安全，一般把系统的中性点直接接地，如图-1中的R。即为工作接地。由变压器三线圈接出的也叫中性线即零线，该点就叫中性点。工作接地的作用有两点，一是工作接地的作用有两点，一是减轻一相接地的危险性；稳定系统减轻一相接地的危险性；稳定系统的电位，限制电压不超过某一范围，的电位，限制电压不超过某一范围，减轻高压窜入低压的危险。减轻高压窜入低压的危险。工作接地：减轻一相接地的危险性 如图如图-2所示，如果电网的中性点不接地，当有一相碰地所示，如果电网的中性点不接地，当有一相碰地时，接地电流不大，设备仍可运行，故障可能长时间存在，时，接地电流不大，设备仍可运行，故障可能长时间存在，但这时电流通过设备和人体回到零线而构成回路，这是很但这时电流通过设备和人体回到零线而构成回路，这是很危险的。应当看到，发生上述故障时，不只是某一接零设危险的。应当看到，发生上述故障时，不只是某一接零设备处在危险状态，而是由该变压器供电的所有接零设备都备处在危险状态，而是由该变压器供电的所有接零设备都处在危险状态中，同时，没有碰地的两相对地电压显著升处在危险状态中，同时，没有碰地的两相对地电压显著升高，大大增加触电的危险。如果是如图高，大大增加触电的危险。如果是如图-3那样，变压器的那样，变压器的中性电直接接地，即变压器有工作接地，上述危险就可减中性电直接接地，即变压器有工作接地，上述危险就可减轻或基本消除，这时，接地电流轻或基本消除，这时，接地电流ID主要通过碰地处接地电主要通过碰地处接地电阻阻Rd和工作接地电阻和工作接地电阻R0构成回路，构成回路，接零设备对地电压为接零设备对地电压为：Uo=IdR=U/Rd+Ro*R。(式式-1）由此可见，减少）由此可见，减少R。可限。可限制制U。在某一安全范围以内。在某一安全范围以内。工作接地：稳定系统电位工作接地：稳定系统电位 如如图图-4所所示示，高高压压为为10千千伏伏电电网网，低低压压为为380/220伏伏电电网网，当当绝绝缘缘损损坏坏时时，高高压压电电意意外外窜窜入入低低压压边边时时，整整个个低低压压系系统统对对地地电电压压都都将将升升高高，如如果果低低压压系系统统不不接接地地，其其对对地地电电压压可可升升高高到到数数千千伏伏，这这对对大大量量接接触触低低压压设设备备的的工工作作人人员员是是非非常常危危险险的的。如如果果象象图图-4示示那那样样，低低压压边边中中性性点点直直接接接接地地，则则低低压压边边对对地地电电压压将将受受到到工工作作接接地地电电阻阻的的限限制制，不不会会太太高高。这这时时，高高压压接接地地电电流流Icd通通过过低低压压工工作作接接地地和和高高压压线线路路对对地地分分布布电电容容构构成成回回路路。低低压压零零线线对对地地电电压压Uo=Idro（式式-2）一一般般情情况况下下，要要求求在在发发生生高高压压窜窜入入低低压压时时U。不不得得超超过过120伏伏，这这就就要要求求工工作作接接地地电电阻阻：ro120/Icd(式式-3)，对对于于中中、小小容容量量的的10千千伏伏电电网网，高高压压接接地地电电流流一一般般不不超超过过30安安，r。4欧欧姆姆是是能能满满足足上上述述要要求求的的。接地与接零接地与接零(1)(1)保护接地保护接地v不接地系统故障分析不接地系统故障分析例如：若线路对地电阻无穷大，例如：若线路对地电阻无穷大，但对地电容为但对地电容为0.5uF0.5uF时，由于时，由于U Ud d=3URr/3URr/9Rr9Rr2 2+(1/+(1/2 2C C 2 2)，假设相电压假设相电压=230V=230V，频率频率=50Hz=50Hz，人体电阻人体电阻RrRr=2000=2000。如果设如果设备漏电，其故障对地电压为备漏电，其故障对地电压为UdUd=133.4V=133.4V，流流过过人人体体的的电电流流Id=66.7mAId=66.7mA。远远远远超超过过人人的的心心室室颤动电流，足以使人致命。颤动电流，足以使人致命。UdIT系统防护；系统防护；有保护接地电阻有保护接地电阻Rb时，时，由于由于Rb与人体电阻与人体电阻Rr并联，并联，且且RbRr，可视为：可视为：Ud=3URb/|3Rr+Z|因为因为RrZ，故设备对地故设备对地电压大大降低，只要控制电压大大降低，只要控制Rb足够小，就可将漏电设足够小，就可将漏电设备对地电压限制在安全范备对地电压限制在安全范围之内。围之内。保护接地的适用于不接地的电网。在这种电网中，无论环境如何，凡由于绝缘保护接地的适用于不接地的电网。在这种电网中，无论环境如何，凡由于绝缘破坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，除另有规定外，都应采取保破坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，除另有规定外，都应采取保护接地措施，主要包括：护接地措施，主要包括：（1）.电机、变压器、开关设备、照明器具及其它电气设备的金属外壳、底电机、变压器、开关设备、照明器具及其它电气设备的金属外壳、底座及与其相连的传动装置；座及与其相连的传动装置；（2）.户内外配电装置的金属构架或钢筋混凝土构架，以及靠近带电部分的户内外配电装置的金属构架或钢筋混凝土构架，以及靠近带电部分的金属遮拦或围栏；金属遮拦或围栏；（3）.配电屏、控制台、保护屏及配电柜（箱）的金属框架或外壳；配电屏、控制台、保护屏及配电柜（箱）的金属框架或外壳；（4）电缆接头盒的金属外壳、电缆的金属外皮和配线的钢管；）电缆接头盒的金属外壳、电缆的金属外皮和配线的钢管；此外，某些架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔、互感器的二次线圈此外，某些架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔、互感器的二次线圈等，也应予以接地。等，也应予以接地。保护接零TT系统的危险：系统的危险：在接地系统中，如果没有在接地系统中，如果没有保护接地，当设备漏电时，保护接地，当设备漏电时，人体接触漏电设备外壳将承人体接触漏电设备外壳将承受受U=220V的相电压。的相电压。如果有保护接地，当设备如果有保护接地，当设备漏电时，人体接触漏电设备漏电时，人体接触漏电设备外壳时，受承受的电压为：外壳时，受承受的电压为：Ur RbU/(Ro+Rb)，由于由于Ro与与Rb大小相当，所以大小相当，所以Ur将在将在100V以上，这仍是相以上，这仍是相当危险的。当危险的。v保护接零保护接零 是是将将设设备备外外壳壳导导电电部部份份与与系系统统零零线线相相联联接接，在在熔熔断断器器FuFu的的配配合合下下，当当设设备备漏漏电电时时，该该相相与与零零线线短短路路，巨巨大大的的短短路路电电流流可可使使熔熔断断器器迅迅速速动动作作，从从而而切切断故障部分电源。断故障部分电源。在三相四线制变压器中性点直接接地的电网中，如果用电设备不采取任何的安全措施，在三相四线制变压器中性点直接接地的电网中，如果用电设备不采取任何的安全措施，则设备漏电时，触及设备的人体将承受近则设备漏电时，触及设备的人体将承受近220V的相电压，这样的情况显然是非常危险的。的相电压，这样的情况显然是非常危险的。如图如图-10所示，当有一相带电部分碰连设备外壳时，事故电流经过人体和变压器的工作接所示，当有一相带电部分碰连设备外壳时，事故电流经过人体和变压器的工作接地构成回路，其大小为：地构成回路，其大小为：IR=U/Rr+Ro（式（式-7）式中的）式中的U为为220V相电压；相电压；Rr为人体电阻；为人体电阻；R。为工作接地电阻。这样一来，工作接地电阻。为工作接地电阻。这样一来，工作接地电阻R。通常在。通常在4欧姆以下，比人体电阻欧姆以下，比人体电阻Rr要要小得多，可以忽略不计。而人体的电阻如果按小得多，可以忽略不计。而人体的电阻如果按1000欧姆考虑的话，则通过人体的电流就欧姆考虑的话，则通过人体的电流就为为IR=220/1000=0.22安安=220毫安。已知，毫安。已知，20-25毫安以上的工频电流对人体就有危险了，毫安以上的工频电流对人体就有危险了，而而100毫安的电流就足以使人致命，这里的毫安的电流就足以使人致命，这里的220毫安的电流给人带来的危险就更可想而知毫安的电流给人带来的危险就更可想而知了，所以，在变压器的中性点直接接地的系统中，没有安全装置是绝对不允许的。了，所以，在变压器的中性点直接接地的系统中，没有安全装置是绝对不允许的。注：1 图所示是常用的三相系统的例子。2 文字代号的意义：第一个字母低压系统的对地关系；T一点直接接地；I所有带电部分与地绝缘或一点经阻抗接地；第二个字母电气装置的外露导电部分的对地关系；T外露导电部分对地直接电气连接，与低压系统的任何接地点无关；N外露导电部分与低压系统的接地点直接电气连接(在交流系统中，接地点通常就 是中性点)，如果后面还有字母时，字母表示中性线与保护线的组合；S中性线和保护线是分开的；C中性线和保护线是合一的(PEN)线。另一方面，这另一方面，这27.5安的事故电流不足以引起中等容量以上的线路的保护装置安的事故电流不足以引起中等容量以上的线路的保护装置动作，设备上的危险电压就会长期存在，一般采用自动开关作保护装置的线路，动作，设备上的危险电压就会长期存在，一般采用自动开关作保护装置的线路，要求事故电流大于其整定电流的要求事故电流大于其整定电流的1.25倍；采用熔断器作保护装置的线路，要求事倍；采用熔断器作保护装置的线路，要求事故电流大于其额定电流的故电流大于其额定电流的4倍。只有这样，才能保证在发生事故时，保护装置迅倍。只有这样，才能保证在发生事故时，保护装置迅速切断电源。因此。从安全角度考虑，对于上述速切断电源。因此。从安全角度考虑，对于上述27.5安的电流，只能使用整定电安的电流，只能使用整定电流为流为27.5/1.25=22安以下的自动开关或安以下的自动开关或27.5/4=6.9安以下的熔断器。这在实际当安以下的熔断器。这在实际当中显然是不能让人满意的。中显然是不能让人满意的。那么，能不能用降低接地电阻那么，能不能用降低接地电阻R。和。和Rd的办法来增加事故电流，以使保护装置的办法来增加事故电流，以使保护装置迅速动作呢？理论上是可以的，但在实际上却是困难重重的。例如，对于迅速动作呢？理论上是可以的，但在实际上却是困难重重的。例如，对于100A的的熔断器，事故电流应大于熔断器，事故电流应大于400A，要求接地电阻为：，要求接地电阻为：Ro+RdU/ID=220/400=0.55欧姆，要求达到这样小的接地电阻，不但不经济在土壤电阻较高的地方，简直就欧姆，要求达到这样小的接地电阻，不但不经济在土壤电阻较高的地方，简直就是不可能的事。因此，这个办法也是难以行通的。是不可能的事。因此，这个办法也是难以行通的。类似地，采用降低保护接地电阻类似地，采用降低保护接地电阻YD以降低事故设备对地电压的办法也是难以行以降低事故设备对地电压的办法也是难以行通的。假如限制事故设备对地电压通的。假如限制事故设备对地电压UD=36V，则降在工作接地电阻上的电压，则降在工作接地电阻上的电压U。=U-UD=220-36=184V，若工作接地电阻，若工作接地电阻R。仍按。仍按4欧姆考虑，可求得：欧姆考虑，可求得：RD=UD/U。*R。=36/184*4=0.78欧姆。显然，这样的做法也是不合适的。由以上的分析可知：欧姆。显然，这样的做法也是不合适的。由以上的分析可知：在变压器中性点直接接地的三相四线系统中，电器设备不接地是很危险的。在变压器中性点直接接地的三相四线系统中，电器设备不接地是很危险的。在这样接地的配电系统中，单纯采用保护接地也不能保证安全的。在这样接地的配电系统中，单纯采用保护接地也不能保证安全的。所以，在这种系统中必须采用保护接零作为安全措施。所以，在这种系统中必须采用保护接零作为安全措施。保护接零的适用范围。该接地方式的应用保护接零的适用范围。该接地方式的应用范围可以说是十分的广泛。在范围可以说是十分的广泛。在220/380V三三相四线制、且中性点直接接地的电网中，相四线制、且中性点直接接地的电网中，不论环境如何，凡由绝缘损坏而可能呈现不论环境如何，凡由绝缘损坏而可能呈现对地电压的金属外壳部分均应采用接零保对地电压的金属外壳部分均应采用接零保护。护。例如，电动机的外壳、与电动机相连的例如，电动机的外壳、与电动机相连的金属构架和机器、车间的配电箱、配电室金属构架和机器、车间的配电箱、配电室的开关柜、穿有电线的金属管、电缆的金的开关柜、穿有电线的金属管、电缆的金属外皮等等，都必须要有可靠的接零保护。属外皮等等，都必须要有可靠的接零保护。14.5 14.5 各种接地型式的适用范围各种接地型式的适用范围 1.1.系统接地型式系统接地型式 （1）低压系统接地可采用以下几种型式。a)TN系统。系统有一点直接接地，装置的外露导电部分用保护线与该点连接。按照中性线与保护线的组合情况，TN系统有以下3种型式：TNS系统，整个系统的中性线与保护线是分开的。2)TNCS系统。系统中有一部分中性线与保护线是合一的 3)TNC系统。整个系统的中性线与保护线是合一的 b)TT系统。TT系统有一个直接接地点，电气装置的外露导电部分接至电气上与低压系统的接地点无关的接地装置。c)IT系统。IT系统的带电部分与大地间不直接连接(经阻抗接地或不接地)，而电气装置的外露导电部分则是接地的。（2 2）适用范围适用范围 1）TN-S系统中的PE线上在正常工作时无电流，设备的外露可导电部分无对地电压，保证操作人员的人身安全；在事故发生时，PE线中有电流通过，使保护装置迅速动作，切断故障。一般规定PE线不允许断线和进入开关。N线（工作零线）在接有单相负载时，可能有不平衡电流。TN-S系统适用于工业与民用建筑等低压供电系统，是目前我国在低压系统中普遍采取的接地方式。2）在TN-C系统接线中当存在三相负荷不平衡和有单相负荷时，PEN线上呈现不平衡电流，设备的外露可导电部分有对地电压的存在。由于N线不得断线，故在进入建筑物前N或PE应加做重复接地。TN-C系统适用于三相负荷基本平衡的情况，同时适用于有单相220V的便携式、移动式的用电设备。3）在TN-C-S系统（四线半系统）系统的前半部分具有TN-C系统的特点，在系统的后半部分却具有TN-S系统的特点。目前在一些民用建筑中在电源入户后，将PEN线分为N线和PE线。该系统适用于工业企业和一般民用建筑。当负荷端装有漏电开关，干线末端装有接零保护时，也可用于新建住宅小区。4）在TT系统中当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或漏电）时，接地保护可以减少触电危险，但低压断路器不一定跳闸，设备的外壳对地电压可能超过安全电压。当漏电电流较小时，需加漏电保护器。接地装置的接地电阻应满足单相接地故障时，在规定的时间内切断供电线路的要求，或使接地电压限制在50V以下。TT是适用于供给小负荷的接地系统。5）IT即电力系统不接地或经过高阻抗接地，三线制系统。三根相线L1、L2、L3，用电设备的外露部分采用各自的PE线接地。在IT系统中当任何一相故障接地时，因为大地可作为相线继续工作，系统可以继续运行。所以在线路中需加单相接地检测装置，故障时报警。适用于三相负荷平衡的配电系统。在同一配电系统中保护接地和保护接零不能混用 为什么在同一配电系统中，保护接地和保护接零为什么在同一配电系统中，保护接地和保护接零不能混用呢？如图不能混用呢？如图-12所示，设备所示，设备A采用的是保护采用的是保护接零，接零，B采用的是保护接地且同为一配电系统之采用的是保护接地且同为一配电系统之中，当设备中，当设备B发生碰壳时，电流通过发生碰壳时，电流通过Rd和和R。形。形成回路，电流不会太大线路可能不会断开，但故成回路，电流不会太大线路可能不会断开，但故障将长时间存在。这时，除了接触该设备的人员障将长时间存在。这时，除了接触该设备的人员有触电的危险外，由于零线读地电压升高达到有触电的危险外，由于零线读地电压升高达到Uo=（U/Rd+Ro）*Ro（式（式-9）的值，致使所有）的值，致使所有与接零设备接触的人员都有触电的危险。因此，与接零设备接触的人员都有触电的危险。因此，在同一配电系统中不允许保护接地和保护接零这在同一配电系统中不允许保护接地和保护接零这两种接地方式混用。两种接地方式混用。什么是重复接地？什么是重复接地？重复接地就是将零线上的一处或多处通过接地装重复接地就是将零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接，如图置与大地再次连接，如图-14那样，就称为重复接地。那样，就称为重复接地。重复接地的作用是什么呢？重复接地的作用是什么呢？重复接地的作用是在重复接地的作用是在降低漏电设备对地电压、减轻零线断线的危险性、降低漏电设备对地电压、减轻零线断线的危险性、缩短故障时间、改善缩短故障时间、改善 防雷性能等方面起着重要的作防雷性能等方面起着重要的作用。用。无重复接地无重复接地（147V147V）有重复接地有重复接地1 1，可降低漏电设备的接触电压。，可降低漏电设备的接触电压。无重复接地无重复接地（129MA129MA）有重复接地有重复接地2 2，可在零线断线时降低漏电设备的接触电压。，可在零线断线时降低漏电设备的接触电压。3.重复接地是如何缩短故障时间的？重复接地是如何缩短故障时间的？因为重复接地和工作接地构成零线的并因为重复接地和工作接地构成零线的并联分支，所以当发生短路时，能增加短路电流，联分支，所以当发生短路时，能增加短路电流，而且线路越长，效果越显著，这就加速了线路而且线路越长，效果越显著，这就加速了线路的保护装置的动作，缩短了事故持续时间。的保护装置的动作，缩短了事故持续时间。4.重复接地如何改善防雷性能的？重复接地如何改善防雷性能的？架空线路零线上的重复接地，对雷电有分流架空线路零线上的重复接地，对雷电有分流的作用，有利于限制雷电的果电压，改善了防的作用，有利于限制雷电的果电压，改善了防雷的性能。雷的性能。3.4.6 接地与接零接地与接零(4)(4)接地装置接地装置v 由接地体和接地线由接地体和接地线(网网)组成组成v 人工接地体人工接地体发电厂和变电所必须有。发电厂和变电所必须有。垂直接地体的布置垂直接地体的布置接地体接地体3.4.6 接地与接零接地与接零(4)(4)接地装置接地装置v 自然接地体自然接地体埋设在地下的金属管道埋设在地下的金属管道(无可燃或易燃物无可燃或易燃物)；套管；套管；与大地连接可靠的建筑物金属结构；与大地连接可靠的建筑物金属结构；水工构筑物的金属桩；水工构筑物的金属桩；直接埋设在地下的电缆金属外皮。直接埋设在地下的电缆金属外皮。3.4.6 接地与接零接地与接零(4)(4)接地装置接地装置v接地线和接零线接地线和接零线 接地线和接零线都可利用以下自然导体接地线和接零线都可利用以下自然导体：建筑物金属结构建筑物金属结构(梁、柱、桁架等梁、柱、桁架等)；生产用金属结构生产用金属结构(轨道、设备金属外壳等轨道、设备金属外壳等)；配线的钢管；配线的钢管；电缆的铝包皮；电缆的铝包皮；暖气管道等各种金属管道。暖气管道等各种金属管道。3.4.6 接地与接零接地与接零(4)(4)接地装置接地装置v接地和接零装置的安全要求：接地和接零装置的安全要求：导电的连续性和连接可靠；导电的连续性和连接可靠；足够的机械强度和防腐性能；足够的机械强度和防腐性能；足够的导电能力和热稳定性；足够的导电能力和热稳定性；地下安装距离地下安装距离(与建筑物与建筑物1.5m1.5m，与独立避雷针与独立避雷针3m)3m)；适当的埋设深度适当的埋设深度(一般一般0.6m0.6m，并应在冻土层以下并应在冻土层以下)；接地支线不得串联；接地支线不得串联；不得将不得将220V220V两线制的零线用作设备外壳的接地线；两线制的零线用作设备外壳的接地线；接地和接零线既要便于检查，又要防止机械损伤。接地和接零线既要便于检查，又要防止机械损伤。3.4.6 接地与接零接地与接零(4)(4)接地装置接地装置v 接地和接零线测量接地和接零线测量专用接地电阻测量仪专用接地电阻测量仪(摇表摇表)。为减小测量误差，电流极和为减小测量误差，电流极和电压极与被测接地体应有足够电压极与被测接地体应有足够的距离。的距离。S Sy 和和 S Sl 宜大于宜大于80 米；米；对于垂直埋设的单管接地体，对于垂直埋设的单管接地体，可取可取S Sy=20米，米，S Sl=40米，两电米，两电极之间可取极之间可取20米；如果电流极由多管组成，宜取米；如果电流极由多管组成，宜取40米。米。接地测量电路接地测量电路常用电气设备故障排除实例.pdf31、中性线断线56、接地故障电工电气线路与设备故障检修600例.pdf55、139