零线重复接地在不同供电系统中的设置与安全

1、零线重复接地在不同供电系统中的设置与安全 【摘要】 在不同供电系统中正确使用零线重复接地，对确保供电系统安全和保护人身安全具有十分重要的作用。本文就零线重复接地的概念和由来、零线重复接地的作用、和零线重复接地在不同供电系统中的设置与安全作以简单介绍。【关键词】 零线重复接地 设置与安全在供电电源为中性点直接接地的低压系统中, 零线重复接地相当于供电系统中的电气设备的金属外壳接零又接地，具有充分利用接地电阻降低漏电设备外壳上对地电压的作用。同时零线重复接地还具有当零干线断线时，平衡系统中负载电压降的作用。对确保供电系统安全和保护人身安全具有十分重要的作用，笔者总结多年的学习和工作实践就零线重复接

2、地的概念和由来、零线重复接地的作用、和零线重复接地在不同供电系统中的设置与安全谈一点体会.一、 零线重复接地的概念和由来（一）、零线重复接地的概念在中性点直接接地的低压供电系统中，零线在供电变压器处是接地的。在低压供电线路的干线和支线的终端以及沿线或引入车间及大型建筑物时，零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接，称为重复接地。重复接地是TN接地系统中不可缺少的安全措施。（二）、零线重复接地的由来对“零线重复接地”作出规定的国家标准是GBJ6583工业与民用电力装置接地设计规范这是目前国内唯一对零线重复接地和重复接地电阻大小作出规定的国家标准。它是在原水电部行业标准SDJ879电力设备接地

3、设计技术规程基础上，上升为国家标准的。GBJ6583第4.2.2条规定：“在中性点直接接地的低压电力网中，采用接零保护时，零线宜在电源处接地，但移动式电源设备除外。架空线路的干线和支线的终端以及沿线每一公里处，零线应重复接地。电缆和架空线在引入车间或大型建筑物处，零线应重复接地（但距接地点不超过50米者除外），若室内配电屏、控制屏有接地装置时，也可将零线直接连接到接地装置上。低压线路零线每一重复接地装置的接地电阻不应大于10。在电力设备接地装置的接地电阻允许达到10的电力网中，每一重复接地装置的接地电阻不应超过30，但重复接地不应少于三处。零线的重复接地，应充分利用自然接地体。直流电力网中零线

4、重复接地应采用人工接地体，并不得与金属管道等有金属连接，如无绝缘隔离装置，相互之间的距离不宜小于1米”。这一条的前一部分对在中性点直接接地的低压电力网中，采用接零保护时作出了规定， 后一部分对零线重复接地作出了规定，这样电气设备的金属外壳与零线相连接, 零线又与接地装置相连接,相当于电气设备的金属外壳与零线相连接又与接地装置相连接,即电气设备的金属外壳接零又接地.这样做有什么好处呢?下面从五个方面来分析零线重复接地的作用： 二、 零线重复接地的作用（一）、零线未断线时，重复接地可降低漏电设备金属外壳上的对地电压。1、零线未断线又未重复接地时（见图1）图1（零线未断线又未重复接地时,漏电设备金属

5、外壳上的对地电位分析示意图）相线对地标称电压为220伏的TN系统（供电电源中性点直接接地的低压接零系统）当配电线路发生接地故障时，切除故障回路的时间应符合下列规定：、配电线路或仅为固定式电气设备用电的末端线路，不应大于5S。、供给手握式电气设备和移动式电气设备上的保护装置的末端线路或插座回路，不应大于0.4S。可见，从配电线路发生碰壳短路起，到线路上保护装置动作完毕止的一段时间里（0.45S），电气设备金属外壳是带电的。或者线路上保护装置是不能动作的，此时电气设备金属外壳依然是带电的。没有装重复接地的保护接零系统设备外壳上的对地电压即短路电流在相线上的电压降为：Ud=UL=IdZ0=UZ0/(

6、ZL+Z0)式中，Id为单相短路电流；Z0为零线阻抗； ZL为相线阻抗； U为相电压。零线阻抗愈大，设备对地电压愈高。这个电压比安全特低电压（交流50V）大的多。可以考虑用降低零线阻抗来降低设备上的对地电压，使它达到安全特低电压，从理论上讲是可能的，但实际上是不现实的。假设：漏电设备上的对地电压为50V，在380/220V的系统中，相线上的电压降为220-50=170V，零线阻抗与相线阻抗之比为50/170=1/3.4；零线阻抗是相线阻抗的1/3.4；或者说零线截面是相线截面的3.4倍。这显然是不现实的。GB14050-1993第4.1.7条规定，“零线导体截面必须小于：相线导体截面S小于等于

7、16MM2时，零线导体截面等于S；相线导体截面S大于16MM2小于等于35MM2时，零线导体截面等于16 MM2；相线导体截面S大于35MM2时，零线导体截面等于S/2。”我们按照零线与相线导体截面相等和零线导体截面为相线导体截面的一半两种情况进行分析可以看出零线线导体截面的不同对漏电的设备上的对地电压的影响。当TN系统发生接地故障时，漏电的设备上的对地电压就是零线上的电压降零线未断线又无重复接地时(见图1)，零线与相线截面相等时，漏电的设备上的对地电压Ud可为110V；零线导体截面为相线导体截面的一半时，零线阻抗Z0为相线阻抗ZL的2倍,此时漏电的设备上的对地电压可为：Ud=220×

8、;2/3= 146.7V,是危险电压。2、零线未断线有重复接地时（见图2） 图2（零线未断线有重复接地时,漏电设备金属外壳上的对地电位分析示意图）零线未断线有重复接地时，GBJ6583工业与民用电力装置接地设计规范规定，重复接地电阻RC不大于10欧，中性点的接地电阻R0不大于4欧。为便于分析，我们假设，RC =10欧；R0=4欧；零线与相线截面相等时，漏电的设备上的对地电压可为：110×10/（10+4）=79V,比无重复接地时的110V降低了31V；零线导体截面为相线导体截面的一半时，漏电的设备上的对地电压可为：146.7×10/（10+4）=105V， 比无重复接地时的

9、146.7V降低了31.7V。这里重复接地的零线，是指TN-C系统中的PEN线，TN-S系统中的PE线（保护零线），不是TN-S系统中的N线（工作零线）。（二）、零线断线时，重复接地可降低断线后的采取接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压,但却增加断线前采取接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压1、零线断线又无重复接地时（见图3a.）a. 无重复接地时 b. 有重复接地时图3（零线断线时，断点之后的漏电设备金属外壳上的对地电位分析示意图）当断点之后的设备发生漏电时，漏电的设备上的对地电压可达220V。零线断点之前的零线上的对地电压是零。2、零线断线有重复接地时（见图3b）零线断线有重复接地。我

10、们假设重复接地电阻RC =10欧；中性点的接地电阻R0=4欧；当断点之后的设备发生漏电时，漏电的设备上的对地电压可为:220×10÷(10+4)=157V，比220 V降低了63V，零线断点之前的零线上的对地电压增加到63V。可见,零线断线时，重复接地可降低零线断点之后的漏电设备金属外壳上的对地电压，但却增加了零线断点之前零线上的对地电压。如重复接地的接地电阻RC=2，中性点接地电阻R0=4，在零线断点之前，零线上的对地电压为：U0=Id R0=220/（4+2）×4=147V。在零线断点之后，漏电设备金属外壳上的对地电压近似为220V-147V=73V。因此，零

11、线断线时，重复接地的接地电阻降低了零线断点之后的漏电设备金属外壳上的对地电压，却增加了断点之前零线上的对地电压。这里重复接地的零线是指TN-C系统中的PEN线，TN-S系统中的PE线（保护零线）。不是TN-S系统中的N线（工作零线）。（三）、零干线断线时，零线重复接地有稳定三相严重不平衡的负载上电压降的作用。这里的零干线“断线”是指工作零线或同时具有工作零线和保护零线作用的一根零线。“零线重复接地”是指TN-C系统中的PEN。故是对TN-C系统零干线断线时的分析。（TN-S系统中的PE（保护零线）的断线及重复接地不适用于此分析）。 a. 零线未重复接地时（RC=） b. 零线重复接地时（RC1

12、0） 图4 （零干线断线且三相严重不平衡时，零线重复接地稳定系统工作电压的分析示意图）图4中a为 零线未重复接地时（RC=）,b为零线重复接地时（RC10），图的左侧表示供电电源的低压侧绕组。假设每个绕组上的电动势为EA0，EB0，EC0。O为供电电源的变压器低压侧绕组电源中性点,它的接地电阻R04,设为R0=4，O/为零线断线后的负载中性点。设接在A相的负载电阻为RA0/； 接在B相的负载电阻RB0/ ，接在C相的负载电阻为RC0/。 它们的电导分别为： YA=1/RA0/，YB=1/ RB0/ YC=1/ RC0/，Y0/0=1/ R00/。A相的负载电压降为UAO/ = EA0- U0/

13、0- B相的负载电压降为UBO/ = EB0- U0/0；-C相的负载电压降为UCO/=EC0- U0/0- A相由A点流向O/点的负载电流为IAO/ =（EA0- U0/0 ）YA；- B相由B点流向O/点的负载电流为IBO/ =（EB0- U0/0 ）YB -C相由C点流向O/点的负载电流为ICO/=（EC0- U0/0 ）YC；- 由O/点流向O点的电流为I0/0 =U0/0 Y0/0-根据基尔霍夫电流定律，有：IAO/ +IBO/ +ICO/ -I0/0。=0-把各式代入，求得：U O/O=（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+YB+YC+Y0/0）-设三相电源电动势：EA0

14、=2200O ;EB0=220-120O； ,EC0=220+120O 则有：EA0+ EB 0+EC0=O-为便于计算，设A相的电阻负载额定功率为2.42KW; 额定状态（功率、电压）时负载电阻为RA0/=20，YA=0.05(1/)； B相和C相电阻负载的额定功率相等，为484W。额定状态（功率、电压）时负载电阻RB0/= RC0/=100,YB= YC= 0.01(1/)；不考虑负载的实际功率达不到额定功率引起温度变化对金属电阻的影响，即三相负载电阻都按额定功率时考虑。 无重复接地时, Y0/0=1/=0.上述数字代入式得: UO/O =（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+Y

15、B+YC+Y00/）=2200O×0.05+ 220-120O×0.01+ 220+120O×0.01÷0.05+0.01+0.01=220×0.05-220×0.01÷0.05+0.01+0.01=(11-2.2)/0.07=125.70O V 其中: YAEA0=2200O×0.05=11EB0=220(-120O)=220cos(-120O)+jsin(-120O)= 220cos(120O)-jsin(120O)= 220 -sin(30O)- j cos(30O)=-110- j190.52EC0=220

16、(+120O)= 220cos(120O)+jsin(120O) =220-sin(30O)+j cos(30O)=-110+j190.52YBEB0+YCEC0= 220-120O×0.01+ 2201200×0.01=-220×0.01=-2.2.把UOO/=125.700O代入式得: UAO/ = EA0- U00/=94.30O；B相的负载电压降为UBO/ = EB0- U00/=-110- j190.52-125.70O=-235.7- j190.52=303.07-141O； C相的负载电压降为UCO/=EC0- U00/=-110+j190.52 -

17、125.70O=-235.7+ j190.52=303.07+141OA相负载两端电压94.3V,比额定电压220V低125.7V,不能正常工作. B、C两相的负载电压303V, 比额定电压高83V可能烧毁设备,也不能正常工作.有重复接地时, 重复接地接地电阻RC10,设RC=10, 中性点的接地电阻R0=4欧；Y00/=1/(10+4)=0.07143;代入式, UO/O =（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+YB+YC+Y0/0）=8.8÷(0.07+0.07143)=620O .把U O/O=620O代入式得: A相的负载电压降 UAO/ = EA0- U00/=1

18、580O； B相的负载电压降为UBO/ = EB0- U00/=-172- j190.52=256.7-132O； C相的负载电压降为UCO/=EC0- U0/0=-172+j190.52=256.7+132O；A相负载两端电压158V,比额定电压低62V,比无重复接地时的94.3V高了,基本能正常工作. B、C两相的负载电压256.7V, 比额定电压高36.7V. 比无重复接地时的303V低了,基本能正常工作。重复接地电阻和中性点接地电阻, 我们分析时按最大考虑, 实际上可能很小，假如重复接地电阻和中性点接地电阻为2欧, 零点漂移电压UOO/还要小的多，各相负载电压可能接近220V，我们认为

19、零线重复接地零干线断线和三相严重不平衡时，零线重复接地有稳定系统负载上工作电压的作用。零干线不断线时，零线电阻接近零, Y0/0=. UO/O =（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+YB+YC+Y0/0）=0. 各相负载电压是220V.就是三相严重不平衡时，零干线不断线时，各相负载电压也接近220V。这里重复接地的零线，是指TN-C系统中的PEN线。TN-S系统中，三相负载严重不平衡，零干线（N线）断线时，PE线（保护零线）的重复接地不能起到稳定负载上电压降的作用。（见图5）。图5 （TN-S系统中，三相负载严重不平衡，工作零干线（N线）断线时，PE线（保护零线）的重复接地不能起到

20、稳定负载上电压降的作用的示意图）（四）、零线重复接地是接零保护的后备保护作用 TN-C系统中的PEN线，TN-S系统中的PE线（保护零线）的重复接地，相当于电气设备即采取了接零保护又采取了接地保护。接地保护有降低接零设备上对地电压的作用。接零保护有在规定时间内自动切断供电电源的作用。TN-C系统中的PEN线，TN-S系统中的PE线（保护零线）断线时,接零保护的设备失去了接零保护, 也就失去了在规定时间内自动切断供电电源的防护。此时它还有降低接零设备上对地电压的后备防护作用。但是在接零系统中，接地保护对降低设备上对地电压的作用是有限的，不能达到系统安全，不能作为独立的电击防护（见图2）。 PEN

21、线断线后, 还有重复接地电阻RC，它仍然起到接地保护的作用。（五）、零线重复接地缩短了碰壳短路的持续时间有了重复接地电阻RC和工作接地电阻R0（中性点的接地电阻）构成一个零线的并联支路（见图2）。在零线截面是相线的1/2时，接地短路时，零线上的电压降是147V。这147V加在重复接地电阻RC和工作接地电阻R0上，产生了回路电流：147/（10+4）=10.5A。这是有了重复接地电阻RC后增加的线路故障电流。它使线路上的保护装置能加速动作，缩短了碰壳短路的持续时间。三、 重复接地在IT、TT、TN系统中的设置户外的架空线路一般采用集中重复接地。架空线路的终端分支线长度超过200米的分支处以及沿线

22、每1KM处，零线应重复接地。高低压同杆敷设时，共同敷设段的两端低压零线也应重复接地。车间内部宜采用环形重复接地或网络重复接地。零线至少有两点与接地装置连接。除进线一点外，对角线最远点也应有效连接。车间边长超过400米时，每200米连接一次。低压线路零线每一重复接地装置的接地电阻不应大于10。在供电变压器低压中性点接地电阻允许达到10的电力网中，每一重复接地装置的接地电阻不应超过30，但重复接地不应少于三处。以上做法中重复接地的零线是指TN-C系统中的PEN线，TN-S系统的PE（保护零线）。在TN-C系统中，从电源变压器中性点引出一根零线，它既是工作零线N，又是保护零线PE，工作零线N和保护零

23、线PE合用一根导线，用PEN表示。对PEN线设置重复接地，如图4b所示,在零干线PEN断线时，三相不平衡时，有平衡系统负载电压的作用。在TN-C系统中，PEN线未断线时，重复接地可降低接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压，如图2所示。PEN线断线时，重复接地可降低断点之后的接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压,却增加断点之前的接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压，如图3所示。在TN-S系统中，从电源变压器中性点引出两根零线，一根工作零线N，一根保护零线PE，在变压器处，工作零线N和保护零线PE都是直接接地的。保护零线PE是接电气设备金属外壳用，工作零线N是220V电源接线用对PE线设置重

24、复接地，N线不重复接地。如图5所示, 在零干线N断线时，三相不平衡时，PE重复接地没有平衡系统负载电压的作用。因为，N线未重复接地。在TN-S系统中，PE线（保护零线）未断线时，PE线重复接地可降低采取接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压。PE线（保护零线）断线时，PE线重复接地可降低断点之后的接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压,却增加断点之前的接零保护的漏电设备金属外壳上的对地电压，与N线断线无关。因为PE线是接电气设备外壳的，N线是接220V电源的电流回路的（见图6）。图6 （TN-S系统保护零线的重复接地示意图）整个低压电网是单一TT接地制式时，电源可给出三根相线，一根工作零线N，

25、工作零线N是供220V电源的电流回路用的。TT系统中电气设备是独立于电源中性点单独与接地装置连接的，连接线是接地线PE，不是从中性点引出的。这根接地线PE断线时，可使电气设备失去接地保护，漏电保护开关失去接地故障电流通路，是不允许的。为加强接地线PE的可靠性，接地线PE可重复接地，但它不是我们讨论的零线的重复接地（见图7）。图7 （TT系统接地线PE的重复接地示意图）TT系统中，必须设置漏电保护开关自动切除供电，并且，切除供电前电气设备金属外壳上的对地电压不大于50V。零线的重复接地对上述条件无影响。因此，整个低压电网是单一的TT接地制式时，不必要求零线的重复接地。为使单相用户的电压稳定，防止因三相负载不平衡，N线断线引起负载电压降不稳定，可对N线设置重复接地。但经过漏电保护开关的零线不能重复接地，TT系统中电气设备是独立于电源中性点单独与接地装置连接的。为保持整个系统还是TT制式，N线重复接地和电气设备单独的接地装置应分开，一般相隔3米以上。没有单相用户时， N线可不必设置重复接地（见图7）。在TN系统中局部改为TT系统保护的，如配电线路的末端，TN系统不能满足自动切除供电的安全要求时，把配