供电系统的保护接地与防雷技术防雷图集下载

1、第五章 供电系统的保护接地与防雷内容提要：本章讲述供电系统的保护接地与防雷技术。1. 供电系统的保护接地 一、电流对人体的危害 1触电及原因 触电 人体直接接触电气设备的带电部分或人体不同部位同时接触不同电位，一定量的电流通过人体致使组织损伤和功能障碍甚至死亡的现象。直接触电：人体不慎接触正常状态的带电体或过分靠近高压设备；间接触电：人体触及正常状态不带电而因绝缘损坏而意外带电的设备外壳或与之相连接的金属构架。 触电原因：违反安全工作规程；运行维护工作不及时；设备安装不符合要求等。1. 供电系统的保护接地 一、电流对人体的危害 2触电电流对人体的危害电流对人体的伤害程度与通过人体电流的强度、持

2、续时间、电压高低、频率、电流通过人体的路径以及人体的健康状况等因素有关。电流强度：电流越大，人体机能的反应越明显，致命的危害性也越大。电 流数值（交流/直流）感知电流能引起人感觉的最小电流。1mA/5mA摆脱电流人触电后能自己摆脱的最大电流。10mA/50mA安全电流在有防触电保护装置的情况下能摆脱的最大电流，触电时间按不超过1s计。30mA致命电流在较短时间内危及生命的电流。50mA触电时间：以毫秒计量，人体通电时间越长，危险越大，伤害越大。电流路径：没有不危险的路径，经心脏且路径短者越危险。电流性质：直流电流对人体的影响较小50-60Hz的工频电流对人体的危害最为严重，当电流的频率超过20

3、kHz时，对人体的危害作用明显减小。个体差异：与人的健康状况、性别、年龄有关系。儿童、女性、有心脏病者、醉酒者一旦触电，危险较正常人严重。1. 供电系统的保护接地 一、电流对人体的危害 3安全电压与人体电阻安全电压50Hz，有效值适用场合42V在有触电危险场所使用的手持式电动工具36V矿井、多导电粉尘场合使用的照明24V/12V/6V可供某些具有人体可能偶然触及的带电体设备选用安全电压：为了防止触电事故而由特定电源供电所采用的电压系列。应根据作业场所、操作员条件、使用方法、线路状况等因素选用。IEC规定，在任何正常和故障情况下，安全电压系列的的上限值为有效值50V（交流）。人体电阻：一般在干燥

4、环境中，人体电阻大约在2千欧-20兆欧范围内；皮肤出汗时，约为lk左右；皮肤有伤口时，约为800左右。人体触电时，皮肤与带电体的接触面积越大，人体电阻越小。 1. 供电系统的保护接地 二、接地和接地装置 1接地的基本概念 为避免触电事故的发生，保障人身安全而将电气设备的外漏可导电部分进行接地，称为保护接地。如设备外壳的直接接地，电流、电压互感器二次线圈的接地以及配电屏、控制柜框架的接地等。接地 为了保证电气设备的正常工作，保障人身安全、防止间接触电而将供电系统中电气设备的外露可导电部分与大地土壤间做良好的电气连接。 电力系统由于运行和安全的需要，常将发电机和变压器的中性点以及避雷器、避雷针的接

5、地端与大地连接，称为工作接地。1. 供电系统的保护接地 二、接地和接地装置 2接地的基本原理 在中性点不接地系统中，设备外壳不接地且意外带电，外壳与大地间存在电压，人体触及外壳，人体将有电容电流流过， 如图(a)所示。RrIdZIdRrIdZIdRbIr(a)(b) 如果将外壳接地，人体与接地体相当于电阻并联，流过每一通路的电流值将与其电阻的大小成反比。人体电阻通常为600 1000 ，而接地电阻通常小于4，因此流过人体的电流很小， 这样就完全能保证人体的安全， 如图(b)所示。 自然接地体是指兼作接地用的直接与大地接触的各种金属管道（输送易燃、易爆气体或液体的管道除外）、金属构件、金属井管、

6、建筑物基础和电缆外皮等。有条件时应首先利用自然接地体。接地极接地线二、接地和接地装置 2接地装置 1. 接地极: 人为埋入地下并与土壤直接接触的金属导体，也称接地体。 2. 接地线: 电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。接地装置的构成无论是工作接地还是保护接地，都是经过接地装置与大地连接的。接地装置包括接地极和接地线两部分。接地装置的主要作用是向大地均匀地泄放电流。 人工接地体是指专门为接地而人为装设的接地体。可以用垂直埋入的直径50mm，长22.5m的钢管或角钢以及水平放置的扁钢、圆钢等，一般情况下采用管形接地体较好。由若干接地极在大地中相互连接而组成的总体，称为接地网。

7、应尽量选择自然导体作接地线。通常采用254mm或404mm的扁钢或直径16mm的圆钢。 接地线在设备和装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。暗敷引下线，明测试卡明敷引下线和断接卡电气设备金属外壳的接地 2接地装置散流电阻和接地电阻当电气设备发生接地故障时，由带电体流入地下的接地电流IE经接地极向大地作半球形散开，称为散流效应。 接地电流IE在土壤中所遇到的全部电阻称为散流电阻。 自然/人工接地极的对地散流电阻和接地线电阻的总和称为接地电阻。接地线的电阻一般很小，故接地电阻主要指接地极的散流电阻。二、接地和接地装置 2接地装置对地电压电流通过接地极向大地作半球形散开，在

8、距接地极越远的地方球面越大，散流电阻越小。 在距接地体20m左右处，散流电阻趋近于零，该处电位也接近于零，称为电气上的“地”。也就是说，可以认为距离接地体20m以上，电流就不再产生电压降了。 电气设备从接地外壳、接地极到20m外的零电位的“地”（大地）之间的电位差，就称为接地时的对地电压，如图中的UE。 二、接地和接地装置 2接地装置接触电压和跨步电压 此时，若人站在发生接地故障的设备旁，手接触到设备的金属外壳，则人体（人手与脚）之间呈现的电位差称为接触电压（touch voltage）。接触电压通常按人体离开设备0.8m考虑。由于接地装置散流效应，当电气设备发生单相碰壳或接地故障时，在接地点

9、周围的地面上就形成了不同的电位分布。 当人在接地电流流散的区域内行走，由于地面各点电位不同，在两脚间（一般按0.8m考虑）所呈现的电压称为跨步电压（step voltage）。二、接地和接地装置 3接地电阻工频接地电阻：根据通过接地极流入大地中的工频交流电流求得的接地电阻。冲击接地电阻：根据通过接地极流入大地中的冲击电流求得的接地电阻。二、接地和接地装置 接地线的电阻一般很小，故接地电阻主要指接地极的散流电阻。数值上等于接地装置的对地电压与通过接地极流入地中的接地电流之比。自然/人工接地极的对地散流电阻和接地线电阻的总和。电力装置所在电力系统接地电阻允许值 /1kV以上的中性点接地系统0.51

10、kV以下中性点不接地系统41kV以下中性点直接接地系统4接地电阻的允许值（部分）正常工作时，由相线（某一个单位时间内）提供电流，经过用电设备（负载）后由中性线回到电源端。中性线是供电系统不可缺少的组成部分，有不平衡电流流过；保护线则专用于保护，正常情况下是没有任何电流通过的。 相线（黄、绿、红）：从线路的性质上来说，相线是提供能源的线路，俗称“火线”。 中性线（淡蓝色或黑色）：在单相电路中，给提供能源的线路一条电流回路（和相线形成电流通道）的线路称为中性线（N线）或零线。（叫零线的原因是三相平衡时中性线上没有电流通过，同时它直接或间接与大地相连，电压接近于零。） 保护线（黄绿双色）：是作为保护

11、电器设备、防止漏电而发生事故的一条“非正常”电流通道，记作PE线。也称为“地线”。辨 异：1. 供电系统的保护接地 三、保护接地 根据现行的国家标准电压配电设计规范低压配电系统有三种接地形式，即IT系统、TT系统和TN系统。 第一个字母表示电源端与地的关系。 第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。为保证人体触及意外带电的电气设备时的人身安全，而将电气设备的金属外壳进行接地，称为保护接地。T 电源端直接接地；I 电源端所有带电部分不接地或经消弧线圈（或电阻）接地。T 外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；N 外露可导电部分与电源端接地点（中性点）有直接电气连接

12、。在中性点不接地的三相三线制低压系统中，将电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分（金属外壳和构架等）与接地极之间作良好的金属连接，称为IT系统。三、保护接地系统没有中性线（N线），因此不适用于接额定电压为系统相电压的单相用电设备，只能接额定电压为系统线电压的单相/三相设备。三相设备单相设备A B C 1. IT系统 1. IT系统若设备外壳未接地，在设备因绝缘损坏而使外壳带电时，若此时人触及外壳，由于输电线与地之间有分布电容存在，将有电流通过人体及分布电容回到电源，使人触电。在一般情况下，这个电流是不大的，但是，如果电网分布很广，或者电网绝缘强度显著下降，这个电流可能达到危险程度，这就必须采

13、取安全措施。RrIdZIdRrIdZIdRbIr采用保护接地之后，在发生单相碰壳时，人体相当于接地装置的一条并联支路(分流作用)，只要使保护接地电阻远远小于人体电阻，大部分的接地电流被接地装置分流，流经人体的电流很小，从而对人身安全起到了保护作用。 工作原理通过接地电阻与人体电阻的并联，限制漏电设备对地的泄漏电流，使其不超过某一安全范围。 关键： 实质：接地电阻越小越好（一般不超过4。）三、保护接地 2. TT系统在中性点直接接地的低压系统中，将电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分（金属外壳和构架等）通过与系统中性点接地无关的接地极直接接地，称为TT系统。电源给出3根相线，1根中性线。中性

14、线N是220V单相设备电流回路用的。通常将电源中性点的接地叫做工作接地，而设备外露可导电部分的接地叫做保护接地。两者必须是相互独立的。 2. TT系统中性点直接接地电网中，如果用电设备不采取任何安全措施，则设备漏电时，触及设备的人体将承受220V的相电压，这显然是非常危险的。 工作原理若设有保护接地装置，当发生单相碰壳故障时，人体处在和保护接地装置并联的位置，这时事故电流大部分流经保护接地电阻RE和工作接地电阻R0所构成的回路，只有很少一部分通过人体，从而对人身起保护作用。只要限制 的大小，就能保证设备外壳电压 在安全电压范围内。而要使 ，在安全电压以下，则： 应用局限性：1）当设备发生单相碰

15、壳故障时，接地电流并不大，往往不足以引起中等容量以上的线路的保护装置动作，这将导致线路长期带故障运行，将仍有触电的危险。 2. TT系统若 ，则 ，要实现这样小的接地电阻是比较昂贵的。 应用局限性：当设备发生单相碰壳故障时，接地电流并不大，往往不足以引起中等容量以上的线路的保护装置动作，这将导致线路长期带故障运行，将仍有触电的危险。 2. TT系统为了安全起见，要求接设备的电源处熔体熔断，但当设备容量较大（如额定电流 ）时，按照熔体额定电流 必须小于或等于3倍导线按发热允许通过电流 的原则，则：为了保证人身安全，接地电阻应满足：接地电阻要做到这样小非常困难，特别是当土壤电阻率较高的地区，根本就

16、无法达到。结论： 单纯采用TT系统是不能保证安全的，必须加装漏电保护装置，方能成为较完善的保护系统。三、保护接地 3. TN系统在中性点直接接地的三相四线制低压系统中，将电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分（金属外壳和构架等）经公共的保护线（PE线，protective earthing）或保护中性线（PEN线，又称零线）与系统中性点直接电气连接，称为TN系统。TN系统TNC系统TNS系统TNCS系统整个系统的中性线N与保护线PE是合在一起的，电气设备不带电金属部分与之相连 。配电线路中性线N与保护线PE分开，电气设备的金属外壳接在保护线PE上。 TN-C和TN-S系统的综合，电气设备大部

17、分采用TN-C系统接线，在设备有特殊要求场合局部采用专设保护线接成TN-S形式。 3. TN系统中性点直接接地电网中，如果用电设备不采取任何安全措施，则设备漏电时，触及设备的人体将承受220V的相电压，这显然是非常危险的。 工作原理若设有保护接地装置，当发生单相碰壳故障时，故障电流经电源相线设备的金属外壳保护线电源中性点形成相对保护线的单相短路回路，这将产生较大的短路电流，足以使线路上的保护装置(如熔断器) 迅速熔 断，从而将漏电设备与电源断开，从而避免人身触电的可能性。 在同一中性点直接接地供电系统中，不能同时采用TT系统和TN系统保护。三、保护接地 4. 注意事项设备a采用TN-C系统，设

18、备b采用TT系统且同为一配电系统之中，当设备b发生碰壳时，电流通过 和 形成回路，电流不会大大，线路保护（如熔断器）可能不会断开，故障将长时间存在。这时，除了接触该设备的人员有触电危险外，由于PEN线对地电压升高达到注：即使熔断器符合能烧断的要求，也不允许混合接法。因为熔丝在使用中经常调换，很难保证不出差错。 ，致使所有采用TN-C接地设备的外壳都将带点，这时很危险的。 在TN-C系统中，PEN线的连接应牢固可靠，接触良好。所有电气设备均应以并联方式接在PEN线上，不允许串联。PE线上禁止安装保险丝或单独的断流开关。一旦出现PEN线断线，接在断线处后面一段线路上的电气设备，相当于没有任何保护措

19、施。如果断线处后面有的电气设备外壳漏电，则不但这台设备外壳长期带电，而且使接在断线处后面的所有采用TN-C保护接地的设备的外壳都存在接近于电源相电压的对地电压，触电的危险性将被扩大。四、共同接地与重复接地保护原理结构特点特点TN-C绝缘破坏即构成短路，保护跳闸。在全系统内，中性线（N线）和保护线（PE线）是合一的，称为保护中线（PEN线）。节省了一条导线，但在三相负荷不平衡或保护中性线断开时会使所有用电设备的金属外壳都带上危险电压。适用于三相较平衡的场所。TN-S在全系统内，N线和PE线是相互独立的。也称为“三相五线制”。PE线在正常情况下没有电流通过，且N线断开不会影响PE线的保护作用，安全

20、可靠。但耗用的导电材料较多，投资较大。对新建的大型民用建筑、住宅小区，特别推荐采用。TN-C-S在全系统内，仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的，之后即分开为两根线。兼有TN-C系统和TN-S系统的特点，常用于配电系统末端环境较差或对电磁抗干扰要求较严的场所。小 结：1. 供电系统的保护接地 四、共同接地与重复接地 1. 共同接地例如在当电动机a在A相上发生碰壳短路，电动机在B相上发生碰壳短路，此时流经电动机的电流为作用于a、b电机外壳上的电压为：当 时，显然， 是危险电压。因此，这种接法无论电阻如何变化，接触到电机外壳上都是危险的。1. 供电系统的保护接地 四、共同接地与重复接地 1

21、. 共同接地 在中性点不接地供电系统中，同一母线供电的设备要采用共同接地的方式保证安全。这样就可以将两相分别接地短路变成相间短路，迅速使保护装置动作。 四、共同接地与重复接地 2. 重复接地在TN系统中，还应当采用重复接地，以确保接地装置的可靠。如果断线处后面某一设备碰壳时，事故电流将通过触及设备的人体和工作接地R0构成回路，又因为Rr R0 ，所以在断线处后面人体几乎承受全部的相电压，不但这台设备外壳长期带电，而且使接在断线处后面的所有采用TN-C保护接地的设备的外壳都存在接近于电源相电压的对地电压，触电的危险性将被扩大。在TN-C系统中，一旦出现PEN线断线，接在断线处后面一段线路上的电气设备，相当于没有任何保护措施。四、共同接地与重复接地 2. 重复接地在TN系统中，还应当采用重复接地，以确保接地装置的可靠。除将配电变压器中性点作工作接地外，沿PEN走向的一处或多处还要再次接地，叫重复接地。当采用重复接地，碰壳电流主要通过重复接地电阻Rn和工作接地电阻 构成回路，在断线处后面，漏电设备外壳的对地电压为相电压在重复接地电阻上的电压降，使事故的危险程度有所减轻，但对人还是危险的，因此，PEN线的断线事故应尽量避免。1. 供电系统的保护接地 五、漏电保护器漏电保护器（又称漏电保护开关）是一种电气安全装置。将漏电保护器安装在低压电路中，当发生漏电和触电时