接地系统安装设计中应注意的几个问题.pdf

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1、第 27卷?第 4期2006年 8月大连大学学报JOURNAL?OF?DALIAN?UNIVERSITYVo.l 27?No.4?Aug.2006?接地系统安装设计中应注意的几个问题王昭斌(大连经济技术开发区公安消防局,辽宁 大连 116600)*摘?要:接地技术是电器设备使用的一项重要的安全措施,近年来接地系统由于在设计方面的原因出现了不少事故.因此,在调查研究的基础上,本文将针对接地电阻、接地线、爆炸和火灾危险性场所的接地、接地电弧性短路的预防四个突出的问题进行探讨,并提出一些改进措施.关键词:接地技术;问题分析;预防措施中图分类号:TU895文献标识码:B文章编号:1008?2395(2

2、006)04?0097?06Several noticeable problems in the installation design of grounding systemWANG Zhao?bin(Police F ire Fighting Depart ment,Dalian DevelopmentA rea,Dalian 116600,China)Abstract:The grounding technology that is applied in the electric equipment syste m is an i mportant ite m for safetymea

3、sures.In the recent years,many accidents that had happened in the grounding syste m were because of the in?stallation design.In this paper,discussion ismade on four noticeable proble ms in the installation design ofground?ing systems,they are:grounding electric resistance,grounding lines,ground conn

4、ection in the dangerous place,suchas explosion and fire and the prevention of electric is short circuit in the ground connection.For these problems,so me i mprove mentmeasures for the installation design of grounding syste m are proposed in the paper.K ey words:ground connection technology;problem a

5、nalysis in the grounding system;preventionmeasures随着我国经济建设和电力事业的不断发展,电在整个国民经济和人民日常生活中起着举足轻重的作用,生产和生活用电日益增多.但是由于种种原因,多年来因电气的原因引起的火灾频繁发生,并呈逐年上升的趋势,严重威胁人民的生命和财产的安全.据统计,1992 2002年,全国电气火灾 219 075起,占火灾总数的 38%.2002年全国发生电气火灾 36 342起,是 1992年的 3?2倍.由此可见电气火灾已经在各类火灾中占首要位置.引起火灾的种类很多,常见的有短路、过负荷、接触电阻过大、漏电等,接地故障也为其

6、中一种.所谓接地就是把电器设备的某一部分通过接地装置和大地相连接.接地按作用可分为:工作接地、保护接地、重复接地、防雷接地、防静电接地等等.到目前为止,无论是强电设备还是弱电设备,不论是交流设备还是直流设备,不论是高压设备还是低压设备,不论是固定式设备还是移动式设备,不论是生产设备还是生活用设备,也不论是发电厂还是用户,都采用不同用途的接地措施,目的是为了保证电力系统的安全运行,保障人身安全和一些设备的正常工作.近年来由于接地故障引起的事故常常出现,在各类电气事故中占有很大的比例,而且导致的后果比较严重,极大地威胁着人民的生命和财产安全.因此本文将针对近年来接地系统经常出现的一些问题及相对应的

7、在安装方面的改进措施与大家探讨,以期在原有的基础上能更好的保证接地装置的正常运行.*收稿日期:2006?06?30作者简介:王昭斌(1964-),男,工程师,主要研究方向:消防安全?98?大连大学学报第 27卷1?引起事故常见的原因1.1?接地电阻阻值过大接地装置是由埋在地下的接地体和连接接地体与电气设备的接地线组成.接地体的对地电阻和接地线的电阻总称为接地装置的接地电阻.接地体的对地电阻是接地故障电流 Id从接地体扩散流入地中时,接地体与大地表面上出现的电压 Ud与故障电流 Id的比值,也称为流散电阻.由于接地线的电阻很小,可忽略不计,故可以认为接地电阻在数值上等于流散电阻.如果接地电阻大,

8、则 Ud就大.此时当人触及设备的时候,就会发生触电事故,危及人的生命.如图 1,此图为保护接地的原理图.图 1?保护接地从图中可以看出,在电气设备没有接地的情况下,如果电气设备有一相绝缘损坏,则外壳就带电.由于电气线路对地存在着绝缘电阻和对地分布电容,且绝缘电阻和电容正常时处于并联状态,构成了线路对地的总阻抗.如果人体触及绝缘已遭破坏的电气设备外壳,则电流通过人体构成了通道,人将遭到触电的危害.如果电气设备已采取了接地措施,接地电流将同时沿着人体和接地装置流过,流经人体和接地装置电流大小与电阻成反比关系:Id?Rd=Ir?Rr式中,Ir、Rr是沿着人体流过的电流和人体电阻.Id、Rd是沿着接地

9、体流过的电流和电阻.由式子可看出如果 Rd越大,那么流经人体的电流越大,对人造成的危险就越大.只有当Rd Rr时,则可将通过人体的电流限制到安全值以内,甚至减到零,从而使人体避免遭受触电的危险.为了使接地体和设备外壳的危险电压不至于过大,保证操作者的安全必须控制接地电阻,使之保持在允许范围内.1.2易发生接地电弧性短路人们都知道电气短路会引起火灾,但不清楚哪一种短路容易起火和如何防止.电气短路有两种,一类是金属性短路,另一类是电弧性短路.接地电弧性短路是最常见且多发的电气火灾原因,这类短路是由于短路点未被焊死而迸发电弧或电火花.但人们往往以为金属性短路起火可能性大,是最危险的,因为它的短路点因

10、高温而熔融,短路电流大,线路能产生高温.其实不然,因为发生金属性短路时,保险丝能被短路时的大电流烧断而切断电源,无从起火;而当发生接地电弧性短路时,它的短路电流不大,保险丝一般不会被熔断,而电弧则持续存在,其局部温度可达 2 000 3 000,很容易引燃近旁可燃物质,这种短路电弧往往成为火灾的点火源.国外电气防火研究的结论如此,我国这几年一些电气短路火灾的现场分析也是如此.因此接地电弧性短路是极其危险的,且发生事故时不易引起人的察觉.1.3接地线不符合要求接地线是指连接于接地体与电气设备之间的金属导线,分为自然接地线和人工接地线.选用接地线时我们应同时考虑多方面的因素,如经济省材、电阻值、截

11、面积、热稳定性及机械强度等等,但在实际安装过程中,施工者往往因为过于注重经济的原因而忽略了其它方面的安全因素,接地线在工作过程中就会出现断线漏电、绝缘受损、接头接触不良等质量问题;同时如果接地线电阻过大,还会导致接触电压过大发生触电的危险;在低阻值回路,若接地线截面过小,还会影响其热稳定性,使接地线产生过热现象,这些都能导致事故的发生.再换个角度说,如果过于注重安全方面的因素而不考虑经济问题,会导致金属资源的大肆浪费,也会增加不必要的施工费用.所以我们需根据不同的条件、不同场所选用不同形式的接地线,并对所选的接地线进行校验,使接地线得到最合理的配置,保证接地系统的可靠运行.1.4?爆炸危险性场

12、所隐患多、危险性大爆炸性环境指的是含有爆炸性混合物的环境.爆炸和火灾危险场所无论设备正常运行还是在事故时,由于可燃气体、蒸汽或悬浮状态的灰尘及纤维与空气混合,只要可燃物性质、助燃物的数量、点火源的强度达到爆炸燃烧的条件时,都具有爆炸和火灾危险.在有爆炸危险性的建筑物内,电压小至 6V所?第 4期王昭斌:接地系统安装设计中应注意的几个问题99?产生的微弱火花也可能达到爆炸的危险.此时,如在电气设备的外壳上产生较高的对地电压,或在金属设备、管道等之间产生火花,更容易造成爆炸的危险.爆炸一旦发生,带来的后果是不堪设想的.2?预防措施2.1?降低接地电阻要保证安全必须把接地电阻降低到极小的值,但是依靠

13、现在的技术要把接地电阻降低到如此小的值是有很大的难度,即使做到了也会很不经济,因此我们只能依据具体环境具体条件最大限度的降低接地电阻,使其满足相应规范要求.2.1.1?换?土将接地体 0?5m内的土壤换成电阻率较低的土壤,如黑土或粘土,此法效果永久.不得以时可用氯化钠、硫酸镁、硫酸铜等化学药剂加入土壤中,并注入一定水分加速其化学效应.此法短期效果好,但化学药剂成分易流失,因此还必须加以适当的维护和周期性的恢复.2.1.2?采用导电性混凝土在水泥中掺入碳质纤维来作为接地极使用.如在 1m3水泥中掺入约 100 kg的碳质纤维,制成半球状的接地极.经测定,其接地电阻可降低 30%左右.此法常用于防

14、雷接地装置.2.1.3?深埋接地法当地下深处的土壤或水电阻率较低时,可将接地极深埋在地下,以降低接地电阻,如果有条件还可采用深井式接地法.2.1.4?外引式接地装置法如果接地的附近有导电良好的且不冻的河流湖泊时,可将接地设置设在其中.连接干线不得少于 2根,接地体长度不得超过 100m.如在山区,当接地电阻值要求比较小,附近如有水源可利用时,水源采用外引式接地是最有效的办法.2.1.5?长效降阻剂法长效降阻剂是一种比较新的方法,它由多种物质配制而成,具有良好导电性能的强电解质和水分组成.这些强电解质和水分被网状胶体所包围,网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充,使它不至于随地下水和雨水而流失,

15、因而能长期保持良好的导电作用.如采用某长效降阻剂配方:a剂,氯化钾 1?5g、氯化镁 1?5 g;b剂,水、硫酸氰钠 0?4 g;c剂,尿醛树脂 4 g;d剂,尿素 0?8 g、聚乙烯醇 0?5 g、水 2?7 g.将以上 4种混合搅拌好,倒入接地体周围,待降阻剂硬化后换土打实.2.2?防止接地电弧性短路的发生图 2?漏电保护器工作原理图其实接地电弧短路火灾的防范并不复杂,只需在楼房的电源进线总开关增加带漏电保护功能的断路器即可.它可在楼内任一处发生接地性短路时切断电源.带漏电保护功能的断路器就是在一般断路器内增加零序电流互感器和一脱扣器,当发生接地故障时,接地短路电流经大地或 PE 线而不经

16、零序电流互感器返回电源,使互感器检出漏电电流,从而防止火灾的发生.具体原理如图 2.该保护器是由零序电流互感器、脱扣器及主开关组成,当信号较小时,中间还可增加放大环节.零序电流互感器是一个检测元件,当电路没有发生漏电故障时,由电工原理知,正常情况下各相电流的矢量和恒等于零,感应的磁通的矢量和也等于零.但当被保护的电路出现漏电或有人触电时,三相电流矢量和不等于零,因而零序电流互感器环形铁芯中所感应的磁通矢量和就不为100?大连大学学报第 27卷零,于是零序电流互感器的二次线圈就有感应电压输出,此电压经放大器放大,加在脱扣器动作线圈上,便产生一个激磁电流,当漏电流达到火灾或触电要求的规定值时,增大

17、的电流将推动脱扣器动作,将主开关断开,切除故障电路.它除具有原有的防短路、过载功能外,还增加了防电器接地短路火灾的功能,即使接地电流小至几十、几百毫安,也能即时动作有效地消除了最常见多发的接地短路电气火灾.国际电工标准 IEC364-4-482和 IEC364-5-53对这一防电气火灾措施早有规定.为了防电气火灾,国际的供电公司对没有这一防火措施的用电部门是不予接受的.而我国由于长期不甚了解接地电弧短路起火的多发性和危险性而对它不加防范,听任它点火施虐,不能不说这是我国频频发生电气短路起火的重要原因.1997年中国消防协会电气防火专业委员会的纪要提出这类接地电弧性短路起火占短路起火的50%以上

18、,如果我国能在楼房的电源进线上装设带漏电保护功能的开关,可有效地消除接地电弧引起的火灾隐患,从而大幅度降低因线路路起火的发生率.2.3?合理选择接地线2.3.1?自然接地线在设计接地线中为了节约金属、减少施工费用,达到经济省材的目的,应尽量选择自然导体作为接地线.建筑物的金属结构,如梁、柱、桁架等,生产用的金属结构,如吊车、轨道、配电装置的外壳、金属走廊及平台、电梯竖井、起重机及升降机的构架、布线的钢管以及电缆的铅或铝的外皮等,都可以作为自然接地线.此外除了可燃及有爆炸危险混合物的管道外,其他一切工业管道,如水管及压缩空气管等都可以利用作为自然接地线.但管形导线的金属外皮和保温管道的金属外皮以

19、及铅包线的外包铅皮等,由于截面太小而容易锈蚀或折断,为了保证电气连接的可靠性起见,一般不作为接地线.采用自然导体作为接地线时,必须注意其电气连接的可靠性,也就是在所有自然导体连接不可靠的地方一定要另加跨接线.户内的跨接线一般采用直径为 5mm 圆钢或截面为 3mm?8mm 扁钢.户外跨接线一般采用 8mm圆钢或截面为 4mm?12mm 扁钢.2.3.2?人工接地线当自然接地线满足不了要求时,一般采用型钢作为人工接地线,目的是为了连接可靠并有一定的机械强度.只有当采用钢导体在结构上有困难以及对移动式受电设备等不可能采用钢导体时,才考虑采用有色金属作为人工接地线.但由于铝线的连接不够可靠,因此不采

20、用铝线作为地下的接地线,以免产生折断而无法觉察.当采用人工接地线时应考虑以下几个问题:?(1)为了防止机械损坏,以免接地线在安装或运行过程中发生断裂的现象,同时还要考虑到锈蚀的情况,接地线必须要有足够大的尺寸.在正常情况下,接地线的最小尺寸如表 1所示.此外,在腐蚀性环境中,还要根据具体情况,在腐蚀性较大的地方,应放大一档尺寸;在腐蚀性特别大的地方,应放大二档尺寸.?(2)选用接地线时,还应注意其热稳定性a.对于 1000V以下的接地装置,凡根据接地要求装设的接地线,因已考虑到不致产生过大的电流,因此不必检验其热稳定性.但与设备和接地极连接的钢、铜、铝接地线,在流过单相短路时,由于作用的时间较

21、长,会使接地线温度升高,所以规定接地线敷设在地上部分不超过 150,敷设在地下的不超过100,其校验公式为:It=IeTt-ToTe-To(1)式中,Tt为接地线的规定允许温度(150 或 100);To为周围介质温度();Te为导体的额定温度70;Ie为按额定温度 70 考虑时,查出的接地线额定电流(A);It为温度按 150(或 100)考虑时,?第 4期王昭斌:接地系统安装设计中应注意的几个问题101?该接地线的接地电流允许值(A).需注意的是对于 1 000V以下中性点不接地系统,其接地干线的截面应与相线载流量相适应,接地干线的允许电流不应小于供电网中容量最大线路的相线允许载流量的 1

22、/2;单独用电设备接地线的允许值不应小于供电分支相线允许载流量的 1/3,而且在任何情况下,钢质接地线的截面不用大于100mm2,铝质接地线则为 35mm2,铜质接地线则为 25mm2.b.对于 1000V以上的系统,根据其接地线的截面校核其热稳定性.方法为:Sjd!IjdC?td(2)式中,Sjd为接地线的最小截面(mm2);Ijd为流过接地线的单相接地短路电流(A);td为短路的等效时间(s);C为接地材料的热稳定系数.2.4?爆炸和火灾危险环境的接地措施为了防止爆炸和火灾危险场所发生事故,必须根据不同的环境和条件选取合适的接地制式、同时还要使接地电流的路径不中断,减少接地系统的电阻和均衡

23、建筑物内部的电位,具体做法如下:2.4.1?选取合适的接地制式在爆炸性气体环境 1区及爆炸性粉尘环境 10区内的所有电气设备以及爆炸性气体环境 2区内除照明灯具以外的其他电气设备应采用 TN-S接地制式,即使用专用的 PE线.爆炸性气体环境中的 2区内的照明灯具以及爆炸粉尘环境 11区内的所有电气设备可采用 TN-C接地制式,即可利用有可靠电气连接的金属管线系统作为 PE线,但不得利用输送易燃物质的管道.当采用金属管线系统时,在爆炸气体环境 1及 2区内;?25mm 及以下的钢管,螺纹旋合不少于 5扣;?32mm 及以上的则不少于 6扣;在1区内还应加锁紧螺母;在爆炸性粉尘环境 10及 11区

24、内,螺纹旋合均不少于 5扣.钢管应采用低压流体输送用的镀锌钢管.为了防腐蚀,钢管连接的螺纹部分应涂以铅油或磷化膏.在可能有凝结水凝结的地方,管线上应装设排除冷凝水的密封接头.TT 接地制式因为单相接地短路电流小,比较不容易引起爆炸,适于爆炸危险环境使用,但必须采取适当措施,如采用 RCD作为保护设备.I T 接地制式在第一次接地短路故障时的短路电流比 TT接地制式还要小,一般不容易引起爆炸,适于爆炸环境使用.但当第一次单相接地短路后,如再发生异相接地短路,即形成相间短路,其短路电流比 TN系统的单相短路还要大,容易引起爆炸.因此,必须在第一次接地短路后立即有音响报警装置,以便及时采取措施,防止

25、发生异相接地短路.2.4.2?确保电流路径不中断为了防止较高的对地电压或产生的火花造成爆炸的危险,必须要保证接地电流不中断,为达此目的,在接地安装设计时,必须将整个电流设备和其他金属设备、金属管道及建筑物的金属结构全部接地,并在管道接头处敷设跨接线,使其成为连续的导体.同时为保证相 零回路的可靠性,必须装设人工接地线.在 0区及 10区的所有电气设备,以及 1区内除照明灯具以外的其它电气设备应使用专门的接地线.该接地线若与相线敷设在同一保护管内时,应具有与相线相等的绝缘.此时爆炸和火灾危险场所内的金属管道和电缆的金属外皮只能作为辅助接地线,不能作为专门的接地线,仅能作为改善安全条件的措施.2.

26、4.3?保证所有设备的金属部分接地在有爆炸危险性的建筑物内,电压小至 6V所产生的微弱火花也可能达到爆炸的危险.因此不论建筑物周围的环境如何,对于一切电气设备的所有金属部分,如电焊机、电器的外壳及照明的金属灯具等,甚至在一般情况下不需接地的部分也要进行接地.只有在电缆金属外壳以及金属外皮两端已接地的电缆的支架可以不接地.同时如电气设备与机床的机座之间能保证有可靠的金属连接,容许将机床直接接地,而机床上的电气设备则不必再进行接地.2.4.4?提高保护装置的可靠性接地线和接零线可以采用裸导线、扁钢和电缆的单独芯线,其截面应根据接地的要求保证有足够的导电率.在 1 000V以下中性点接地的线路内,为

27、了使保护装置能动作,单相接地短路电流应满足下102?大连大学学报第 27卷列条件:Id!K?Ie(3)式中,K 为安全动作系数;Ie为熔断器的熔体额定电流或自动开关过流脱扣器的整定电流(A).为了使保护装置可靠迅速地动作,就必须提高该式中动作系数K的值,当采用熔断器保护时将K从3增加到 4;当采用自动开关保护时K从 1?25增加到 2.在一般工矿企业里,短路电流的倍数就比较大,在有爆炸危险的车间内,除了采用人工接地线以外还可采用自然接地导体作为接地并联回路,这样接地电阻更小,短路电流的倍数当然就更大.因此在大多数情况下,都能满足上述要求.但当用电设备或熔断器的容量较大不能满足要求时,为了使短路

28、电流达到所要求的倍数,必须采用增加接地线截面或采用并联接地线的方法来降低相 零回路的电阻,以达到上述要求.2.4.5?防爆设备应安装接地螺丝在有爆炸危险的建筑物内所采用的防爆设备上的接线端钮,应采用防止接触松弛的措施.所有电机及电器的接线盒内,都应采用专门的接地用的螺丝.接地用的导线或电缆芯都应该接在这个螺丝上.如用电设备采用铠装电缆连接时,电缆接线盒的外部还要有一个接地螺丝.接地螺丝的最小规格按规范要求采用.2.4.6?等电位连接等电位联结是指将保护地线与建筑物金属水管、煤气管、通风管、暖气管等金属管道和装置用导线连结的措施,以达到提高地电位和均衡电位来降低接触电压,尤其是对于易燃、易爆场所

29、更有其不可替代的作用.3?结束语接地是一项最古老且应用最广泛的电气安全措施.随着我国经济的发展,国家对人民生命财产和安全越来越重视,强调以人为本,接地与人们的安全是息息相关的,因此必须保证接地系统正常运行,对一些常出现的问题例如接地电弧性短路、接地线与接地体的选择与安装等方面要特别注意,对爆炸危险场所的接地安装更要符合规范要求,以确保其正常运行.希望本文能使大家对接地系统的安装与设计有进一步了解,对于防止接地短路火灾的发生有一点点的帮助,以便让接地系统更好的为人类的安全服务.参考文献:1陈家斌.接地技术与接地装置 M.北京:中国电力出版社,2003.2陈南.电气防火安全技术 M.呼和浩特:内蒙古人民出版社,1998.3杨在塘.电气防火工程 M.北京:中国建筑工业出版社,1997.