第三章 (修改)间接接触电击防护

1、第三章第三章 间接接触电击防护间接接触电击防护n按照IEC（国际电工委员会）以及GB50054-95低压配电设计规范规定，低压供电系统的接地型式按配电系统和电气设备不同的接地组合分类。其一般由两个字母组成，必要时可加后续字母，其共有五种型式：nIT系统nTT系统TN系统 （TN-S系统 TN-C系统 TN-C-S系统）n其中第一个字母表示电源侧（配电变压器或发电机）接地方式：T表示直接接地；I表示不接地或通过大阻抗接地。n其中第二个字母表示电气设备外露导电部分接地方式：T表示独立于电源接地点的直接接地；N表示直接与电源系统接地点。n后续字母表示中性线与保护线的关系：C表示中性线与保护线合并为一

2、根导体；S是表示中性线与保护线分开为两根相互独立的导体。 n接地的概念n所谓接地，就是讲设备的某一部分经接地装置与大地紧密连接起来。n接地的分类n正常接地和故障接地n正常接地分为工作接地和安全接地n工作接地：正常情况下有电流流过，利用大地代替导线的接地，以及正常情况下没有或只有很小不平衡电流流过，用以维持系统安全运行的接地。n安全接地时正常情况下没有电流流过的起防止事故作用的接地，如防止触电的保护接地、防雷接地等。n故障接地时指带电体与大地之间的意外连接，如接地短路等。n接地电流和接地短路电流n凡从接地点流入地下的电流即属于接地电流。n系统一相接地可能导致系统发生短路，这时的接地电流叫做接地短

3、路电流。n在高压系统中，接地短路电流可能很大，接地短路电流500A及以下的称小电流接地系统；接地短路电流500A以上的称大电流接地系统。2022-4-29河南理工大学电力工程系6n电气设备发生单相碰壳，接地电流经接地极入地后，向四周流散，形成地中电流。距接地极越近，电流通过土壤的导电面积越小，反之越大。n在电流扩散的方向上选同长的一段，可见距接地极越近，半球面表面积越小，电阻较大；越远的地方，电阻越小。离接地极20m以外的地方，土壤电阻很小，近似认为零。2022-4-29河南理工大学电力工程系7n电流通过电阻时产生压降，距接地极越近的地方，单位长度上的电压降越大；反之也就越小。在20m以外的土

4、壤中，几乎没有电压降，因而认为该处的电位为零，即通常所说的电气上的“地”。接地回路中任何一点对“地”的电位差称为对地电压。n接地极附近土壤中的电位分布曲线如图 MV VV Vs sp pV Vc cd d= =V Vt tg g- -V Vs sp pR Rg gr rV Vt tg g= =R Rg gr rI Ig gr rV V1 1V V2 2V Vs ss sI Ig gr r2022-4-29河南理工大学电力工程系9n接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比称为接地极的流散电阻；电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比称为接地装置的接地电阻，它等于接地线的电阻与接地极的流散

5、电阻之和。因为接地线的电阻很小，可略去不计，故一般认为接地电阻等于流散电阻。 2022-4-29河南理工大学电力工程系10n跨步电压的概念：当接地极有电流流过时，在离接地极20m的圆内，地面上具有不同的电位分布。当人的两脚站在这种带有不同电位的地面时，两脚间的电位差叫做跨步电压。在计算时，一般取步距0.8m，即取0.8m间的电位差为跨步电压。由图可知，距接地极越近，跨步电压越大，反之越小。n接触电动势是指接地电流自接地体流散，在大地表面形成不同电位时，设备外壳与水平距离0.8m处之间的电位差。n接触电压是指加于人体某两点之间的电压。1 IT1 IT系统系统nITIT系统定义系统定义 I 表示电

6、源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。第二个字母 T 表示负载侧电气设备进行接地保护，如图所示。 ITIT系统安全原理：系统安全原理： 上图（a）所示的在不接地配电网中，当一相碰壳时，接地电流 通过人体和配电网对地绝缘阻抗构成回路。 如各相对地绝缘阻抗对称，即 则运用戴维南定理可以比较简单地求出人体承受电压和流经人体的电流。 运用戴维南定理可得到上图（b）所示等值电路。等值电路中的电动势为网络二端开路电压，即没有人触电时该相对地电压 。 EI123ZZZZ 因为对称，该电压即相电压 该阻抗为 根据等值电路不难求得人体承受的电压和流过人体的电流分别为： （3.1）U/3Z3/33pppppRRUU

7、URZRZ （3.2）式中： -相电压； -人体电压和人体电流； -人体电阻； -各相对地绝缘阻抗。3/ 33pppUUIRZRZUpUpIpRZ 绝缘阻抗 是绝缘电阻R和分布电容C的并联阻抗。对于对地绝缘电阻较低，对地分布电容又很小的情况，由于绝缘电阻中的容抗比电阻大得多，可以不考虑电容。这时可简化得到人体电压和人体电流分别为： （3.3） （3.4） Z33pppRUURR33ppUIRR 对于对地分布电容较大，对地绝缘电阻很高的情况下，由于绝缘阻抗中的电阻比容抗大得多，可以不考虑电阻。这时也可化简复数运算，求得人体电压和人体电流分别为： （3.5）22231913pppppRR CUUU

8、R CRjC （3.6） 由以上个事可得，在不接地配电网中，单相电击的危险性决定于配电网电压、配电网对地绝缘电阻和人体电阻等因素222391ppR C UIRCnIT系统是否满足间接接触电击防护要求,须考虑多种因素:n对系统而言: 电网电压、电网对地绝缘阻抗n对人身而言：人体电阻n对设备而言：接地电阻n上述条件往往不满足触电防护要求，故还应符合n绝缘监视n过电压防护a.等电位联结等条件IT系统安全条件：系统安全条件：IT系统绝缘监测系统绝缘监测 1无源测量无源测量（1）正常时相对地导纳）正常时相对地导纳（2）接入附加电导）接入附加电导Gg时的每相对地导纳时的每相对地导纳Yg UIBGY2222

9、GYBggggUIBGGY22)(gggGGYYG2222IgVAAgL1220VNSB1SA1SB2UI(Ug)Gg2有源测量有源测量 ) 3/3/(2ZRUIRIUZ/32IUZ/32NT1L1L2L3mAVR1R2R3R/3Z1Z2Z3Z/3U 2U2T2U1II保护接地网保护接地网 （1）消除异相碰壳触电危险）消除异相碰壳触电危险 （2）因并联支路多）因并联支路多 而总的而总的RE降低降低 IEM2NTL1L2L3M1RE1RE2 IT IT系统安全评价：系统安全评价：n供电的可靠性高 nIT 方式供电系统在供电距离不是很长时、对地电容不大情况下，安全性好。 n如果供电距离很长，供电线

10、路对大地的分布电容就不能忽视了，此时会增加触电危险性。n抑制过电压能力差。n单相接地时，由于短路电流较小，不易检测出故障，保护装置可能不动作。n单相接地时，另两相电压升高，对绝缘不利，可能会损坏设备，且增加触电危险。ITIT适用范围：适用范围：n供电连续性要求较高，如应急电源、医院手术供电连续性要求较高，如应急电源、医院手术室、地下矿井、电力炼钢等。室、地下矿井、电力炼钢等。2 TT2 TT系统系统nTT系统定义：nTT 系统是指电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分用线接到接地极（此接地极与中性点接地没有电气联系） 。第一个符号 T 表示电力系统中性点直接接地；第二个符号 T 表示负载设

11、备外露金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。在 TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地。TT 系统系统TT系统安全原理：系统安全原理：TTTT系统安全评价：系统安全评价：1)当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。2 ）当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，困此 TT 系统难以推广。 3 ） TT 系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料。 n现在有的建筑单位是采用 TT 系统

12、，施工单位借用其电源作临时用电时，应用一条专用保护线，以减少需接地装置钢材用量，如下图所示。图中点画线框内是施工用电总配电箱，把新增加的专用保护线 PE 线和工作零线 N 分开，其特点是：共用接地线与工作零线没有电的联系；正常运行时，工作零线可以有电流，而专用保护线没有电流；TTTT系统适用范围：系统适用范围：n分散住宅或农村用户宜采用TT系统。n建筑施工现场宜采用TT系统。n城市公共用电.3 TN3 TN系统系统nTN系统定义： TN 系统是将电气设备的金属外壳与保护零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用 TN 表示。TN系统中的字母N表示电气设备在正常情况下不带电的金属部分与配电网中性点

13、之间金属性的连接，亦即与配电网保护零线(保护导体)的紧密连接。TNTN系统的类别系统的类别nTN系统根据电气设备外露导电部分与系统连接的不同方式又可分三类：即系统、系统、系统。n如图所示。 TN-S 系统的保护零线是与工作零线完全分开的；TN-C-S 系统干线部分的前一部分保护零线是与工作零线共用的；TN-C 系统的干线部分保护零线是与工作零线完全共用的。（a）TN-S 系统（b）TN-C-S 系统（c）TN-C 系统 TNTN系统的安全原理系统的安全原理nTN系统的安全原理是当故障使电气设备金属外壳带电时，形成相线和零线短路，回路电阻小，电流大，能使熔丝迅速熔断或保护装置动作切断电源。保护接

14、零原理图（a）原理图 （b）等效电路n 1.保护接零的作用n地面低压380/220V采用三相四线制供电系统，由于使用广泛，并带有生活、照明等负荷，发生人身触电的几率较高。这种供电系统，采用变压器中性点直接接地的运行方式，其接地的中性点叫零点，由零点引出的线或接地的中性线叫零线。n 保护接零，就是把电气设备正常情况下不带电的金属部分与电网的零线作电气连接的保护措施。保护接零电气示意图保护接零电气示意图L3L2L1T接零工作接地重复接地n保护接零的目的：保证人身安全，防止发生触电伤亡事故。当电气设备发生一相碰壳故障时，则通过设备外壳造成相线对零线的单相短路，电流超出正常工作电流许多倍，能使线路上的

15、过流保护装置迅速动作，限制了故障存在的时间，减少触电几率。此时，如果在电源被切断之前恰有人触及该漏电设备外壳，可利用保护接零的分流作用，减少人身触电电流，降低接触电压，以保证人员的安全。TN系统重复接地系统重复接地 2. 重复接地 沿零线把一点或多点再次接地，成为重复接地。 重复接地的作用：进一步降低发生单相碰壳接地短路时人体的接触电压，并可减少零线断线时漏电设备外壳的对地电压。 如图所示，如图所示，未采用重复接地时未采用重复接地时，当电气设备发生，当电气设备发生单相碰壳时，故障点以后的零线上电压为单相碰壳时，故障点以后的零线上电压为1/21/2相电压（设零线与相线同材质同截面）。相电压（设零

16、线与相线同材质同截面）。L3L2L1T接零Rgr.N380/220V110VAwRNR如图所示，如图所示，采用重复接地采用重复接地后，如果工作接地电阻后，如果工作接地电阻与重复接地电阻相等，相线截面与零线截面也与重复接地电阻相等，相线截面与零线截面也相等，则接触电压仅为相等，则接触电压仅为1/41/4相电压，相电压，L3L2L1T接零Rgr.N380/220V55VAwRNRRgr.N在无重复接地时，若在无重复接地时，若零线断线零线断线并发生一相碰壳，并发生一相碰壳，则断电以后的零线上及其它接零外壳上，将出现则断电以后的零线上及其它接零外壳上，将出现接近相电压值的对地电压。在有重复接地后，相接

17、近相电压值的对地电压。在有重复接地后，相电压电压V V降落在重复接地电阻及中性点接地电阻上降落在重复接地电阻及中性点接地电阻上L3L2L1T断线工作接地重复接地NRgr.NRgr.Nn在供电系统中，应尽量避免零线断线事故的发生，在三相四线制供电系统的零线上，一般不允许装设熔断器。 TN系统安全评价：系统安全评价：n一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，这个电流很大，是 TT 系统的 数倍，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。 nTN 系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用，可见比 TT 系统优点多。nTN 系统

18、对漏电设备起一定降压作用。TN-S TN-S 供电系统的安全评价：供电系统的安全评价：TN-STN-S TN-S TN-S 供电系统的安全评价：供电系统的安全评价：n工作零线只用作单相照明负载回路。 n系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。 PE 线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线 PE 上，安全可靠。 n当N线断线，若此时三相负荷不平衡，中性点电位升高，PE线也无电位。TN-S TN-S 供电系统的安全评价：供电系统的安全评价：n专用保护线 PE 不许断线，禁止接入熔断器或漏电开关等。 n禁止TN-S 系统有保护接地（即禁止TT、TN混

19、用）TN-C TN-C 供电系统的安全评价：供电系统的安全评价：TN-CTN-CTN-C 供电系统的安全评价：供电系统的安全评价：n特点：电源变压器中性点接地，保护零线（）与工作零线（）共用。n它是利用中性点接地系统的中性线（零线）作为故障电流的回流导线，当电气设备相线碰壳，故障电流经零线回到中性点，由于短路电流大，因此可采用过电流保护器切断电源。系统一般采用零序电流保护；n系统适用于三相负荷基本平衡场合，如果三相负荷不平衡，则线中有不平衡电流，再加一些负荷设备引起的谐波电流也会注入，从而中性线带电，且极有可能高于，它不但使设备机壳带电，对人身造成不安全。n系统应将线重复接地重复接地，其作用是

20、当接零的设备发生相与外壳接触时，可以有效地降低零线对地电压。TNCSTNCS系统安全评价系统安全评价TN-C-S TNCSTNCS系统安全评价系统安全评价n它由两个接地系统组成，第一部分是系统，第二部分是系统，其分界面在线与线的连接点。分开以后，N线应对地绝缘。为了防止分开后的PE线与N线混淆，应按国标GB7947-87的规定，给PE线和PEN线涂以黄绿相间的色标，给N线涂以浅蓝色色标。n当电气设备发生单相碰壳时，同系统；当线断开，故障同C系统；系统中应重复接地，而线不宜重复接地。n工作零线 N 与专用保护线 PE 相联通，线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。但后面

21、PE 线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此， TN-C-S 系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于 PEN 线的负载不平衡的情况及 PEN 这段线路的长度。负载越不平衡， PEN 线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在衡电流不能太大，而且在 PE PE 线上应作重复接线上应作重复接地。地。 n对 PE 线除了在总箱处必须和 N 线相接以外，其他各分箱处均不得把 N 线和 PE 线相联， PE 线上不许安装开关和熔断器，也不得用大顾兼作 PE 线。 通过上述分析， TN-C-S 供电系统是在

22、 TN-C 系统上临时变通的作法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时， TN-C-S 系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用 TN-S 方式供电系统。 TN系统速断保护元件系统速断保护元件n接零系统中的短路保护元件不仅仅是保护接零系统中的短路保护元件不仅仅是保护设备和线路，而且是防止间接接触电击的设备和线路，而且是防止间接接触电击的主要单元。主要单元。n利用线路的过电流保护n空气断路器a. 熔断器n采用漏电保护采用漏电保护 保护人体触电不发生心室纤维颤动的界限值30mAs。当过电流保护装置不能满足切除故障的时间时

23、，采用漏电保护。 对住宅用电设备的漏电保护：对住宅用电设备的漏电保护：n在干燥的场所，可选用漏电动作电流为220mA，动作时间为0.1s。 n对潮湿等潮湿，可选用漏电动作电流为30mA、10mA、6mA的快速漏电保护器。TNTN供电系统的适用范围：供电系统的适用范围： nTN-S 方式供电系统安全可靠，适用于防电击要求高，爆炸和有火灾危险场所，如工业与民用建筑等低压供电系统。nTN-C-S 系统宜用于厂内设有总变电站，厂内低压配电的场所及民用楼房。nTN-C 系统可用于无爆炸危险、火灾危险性不大、用电设备较少、用电线路简单且安全条件较好的场所。第五节第五节 保护导体保护导体1 1 保护导体概念

24、保护导体概念: :n组成组成:保护导体包括保护接地线、保护接零线和等电位联结线。n安全性安全性:保护导体断开或缺陷除可能导致触电事故外，还可能导致电气火灾和设备损坏。因此，必须保证保护导体的可靠性。n原则原则：防保护导体断开引发事故。n分类分类: 人工保护导体-导电性好，不易损坏 自然保护导体-方便、可靠;节约成本，减少接地体电阻2 2 保护导体的截面积保护导体的截面积n为满足导电能力、热稳定、机械稳定性、耐化学腐蚀要求，保护导体必须有足够的截面积。n当保护线与相线材料相同时，保护线可以直接按下表选取，如果保护线与相线材料不同，可按相应的阻抗关系考虑。SL/mm2SPE/mm2SL16SL16

25、35SL/2n 兼作工作零线的保护零线的PEN 线的最小截面积除应满足不平衡电流的导电要求外，还应满足保护接零可靠性的要求。为此，要求铜质PEN线截面积不得小于 10mm2，铝质的不得小于16mm2，如系电缆芯线，则不得小于4mm2。3 等电位联结n等电位联结等电位联结指保护导体与建筑物的金属结构、生产用的金属装备以及允许用作保护线的金属管道等用于其他目的的不带电导体之间的联结 (包括IT系统和TT系统中各用电设备金属外壳之间的联结)。n作用：作用：通过等电位联结可以实现等电位环境。等电位环境内可能的接触电压和跨步电压应限制在安全范围内。 4 相零回路检测相零回路检测 dccb RVRP UU

26、MUR 比较二式得：UMUdcUbN TMVANUMIMIMUabUabCSURRPIMbdUCILRbNdcbNcbdcUUUUUUUMMsoIUZ/第六节 接地装置n接地装置是接地体接地装置是接地体( ( 极极 ) )和接地线的总称。和接地线的总称。运行中电气设备的接地装置应当始终保持运行中电气设备的接地装置应当始终保持良好状态良好状态。n分类：分类： 自然接地体自然接地体 人工接地体人工接地体1 自然接地体和人工接地体n自然接地体自然接地体是用于其他目的，且与土壤保持紧密接触的金属导体。利用自然接地体不但可以节省钢材和施工费用，还可以降低接地电阻和等化地面及设备间的电位。如果有条件，应当

27、优先利用自然接地体。n人工接地体人工接地体可采用钢管、角钢、圆钢或废钢铁等材料制成。人工接地体宜采用垂直接地体，多岩石地区可采用水平接地体。n变电所经常采用以水平接地体为主的复合接地体，即人工接地网人工接地网。复合接地体的外缘应闭合，并做成圆弧形。n为了保证足够的机械强度，并考虑到防腐蚀的要求，钢质接地体的最小尺寸见表 3-9。电力线路杆塔接地体引出线应镀锌，截面积不得小于50mm2。2 2 接地线接地线n交流电气设备应优先利用自然导体作接地线交流电气设备应优先利用自然导体作接地线。在非爆炸危险环境在非爆炸危险环境，如自然接地线有足够的截如自然接地线有足够的截面积面积，可不再另行敷设人工接地线

28、可不再另行敷设人工接地线。n车间电气设备较多车间电气设备较多时分为：时分为：接地干线接地干线、接地支接地支线线. .各电气设备的接地支线应单独与接地干线或各电气设备的接地支线应单独与接地干线或接地体相连，不应串联连接。接地体相连，不应串联连接。n接地线的涂色和标志应符合国家标准接地线的涂色和标志应符合国家标准。非经允非经允许许，接地线不得作其他电气回路使用接地线不得作其他电气回路使用。材料种类铜/mm2铝/mm2明设的裸导线46绝缘导线1.52.5电缆接地芯或与相线包在同一保护套内的多芯导线的接地芯1.01.5 低压电气设备外露铜、铝接地线截面积低压电气设备外露铜、铝接地线截面积接地线的截面要

29、求接地线的截面要求( (见下表见下表) )3 3 接地电阻接地电阻接地体对无穷远处零电位面之间的电压接地体对无穷远处零电位面之间的电压U U与与通过接地体泄入大地的电流通过接地体泄入大地的电流I I 之比值之比值IUR R=RR=R1 1+R+R2 2+R+R3 3+R+R4 4 R R4 4接地体本身电接地体本身电阻阻引下线电阻引下线电阻接地体与土壤接触电阻接地体与土壤接触电阻接地体至零电位之间接地体至零电位之间土壤电阻土壤电阻a a 垂直接地体垂直接地体dllR4ln2d多根垂直接地体并联多根垂直接地体并联nRRn1利用系数利用系数112 2根并联根并联 =0.9=0.96 6根并联根并联

30、 =0.7=0.7b.b.水平接地体水平接地体hL)(ln22AdhLLR形状系数形状系数c.c.杆塔的钢筋混凝土基础自然接地电阻杆塔的钢筋混凝土基础自然接地电阻杆塔自然接地电阻估算值杆塔自然接地电阻估算值 杆塔杆塔型式型式钢筋混凝土杆钢筋混凝土杆铁铁 塔塔单单杆杆双双杆杆有有3 3 4 4根拉根拉线的单双线的单双杆杆单柱单柱式式门门 型型 工频工频自然自然接地接地电阻电阻( ( ) )0.30.3 0.20.2 0.10.1 0.10.1 0.060.06 d.d.变电站的地网变电站的地网sR5 . 0材料种类地上地下室内室外交流直流圆钢直径/mm681012扁钢截面/mm260100100

31、100厚度/mm3446角钢厚度/mm2.02.54.06.O钢管管壁厚度/mm2.52.53.54.54 4 大地的导电特性大地的导电特性n土壤电阻率土壤电阻率n大地的导电方式：电子导电和离子导电，因此，干燥的土壤或纯净的水是不导电或导电能力很差的n土壤电阻率的大小主要取决于土壤中导电粒子的浓度和土壤的含水量。也就是说，土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，电阻率就越小。n影响土壤电阻率的因素影响土壤电阻率的因素n土壤种类n 土壤含水量n土壤温度n化学成分n土壤物理性质n季节影响5 5 降低接地电阻的施工法降低接地电阻的施工法n高土嚷电阻率地区高土嚷电阻率地区n外引接地法外引接地法。n将接地体