电气安全-第五讲课件

一、接地的有关概念

(一)接地和接地装置电气装置的某部分与大地之间作良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、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。1接地网示意图接地网示意图1-接地体2-接地干线3-接地支线4-电气设备接地线与接地体合称接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。接地线又分接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网相连接。2(二)接地电流和对地电压

当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，称为接地电流。距离接地体越远，球面越大，其散流电阻越小，相对于接地点的电位越低，所以接地电流的电位分布如图所示。试验表明，在距离接地故障点约20m的地方，散流电阻实际上已接近于零。这电位为零的地方，称为电气上的“地”或“大地”图接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线－接地电流－对地电压3(四)工作接地、保护接地和重复接地1.工作接地工作接地是为保证电力系统和设备达到正常工作要求而进行的一种接地。如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。各种工作接地有各自的功能。电源中性点直接接地，能在运行中维持三相系统中相线对地电压不变。防雷装置的接地，是为了对地泄放雷电流，实现防雷保护的要求。52.保护接地与接零保护接地的型式有两种：

(1)设备的外露可导电部分经各自的接地线（PE线）直接接地，如TT系统和IT系统中设备外壳的接地。

(2)设备的外露可导电部分经公共的PE线（如在TN-S系统中）或经PEN线（如在TN-C系统中）接地。这种接地型式，我国习惯称为“保护接零”。上述的PEN线和PE线就称为“零线”。6保护接地及其作用原理没有装保护接地时的情况。当电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体碰壳时，若人接触此外壳，则电流经过人体入地，在经过其它两相对地绝缘阻抗回到电源。当电网对地绝缘阻抗较低时，考虑电网对地分布电容时，则通过人身的电流将远超过安全值。同时，碰壳处出现的漏电火花还可能引起火灾或爆炸。7保护接地及其作用原理通过人身的电流与通过接地的电流有如下关系：

Rgr——接地极的接地电阻，低压系统Rgr<=10Ω；Igr——流过接地极的电流，A。9保护接地及其作用原理以中性点绝缘的660V低压电网为例，其单相接地电流不大于1A。其人身触电电流为：

Ima=10×1A/1000=0.01A=10mA<<30mA可见，保护接地对人身触电安全是非常重要的。另外，接地电阻Rgr越小，则流经人体的电流Ima就越小，电流大部分由接地极入地。10将接地电阻的数值控制在规程规定的范围以内，就可以使通过人身的电流降到反应电流以内，确保人身安全。由于装设了保护接地装置，碰壳处的漏电电流大部分将经接地极入地。即使设备外壳与大地接触不良而产生火花，但由于接地装置的分流作用，使电火花能量大大减小，从而避免引爆瓦斯、煤尘的危险。保护接地及其作用原理113.重复接地

在TN系统中，为确保公共PE线或PEN线安全可靠，除在电源中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的下列地点进行重复接地：

(1)在架空线路终端及沿线每隔1km处；

(2)电缆和架空线引入车间和其他建筑物处。如果不进行重复接地，则在PE线或PEN线断线且有设备发生单相接壳短路时，接在断线后面的所有设备的外壳都将呈现接近于相电压的对地电压。如果进行了重复接地，则在发生同样故障时，断线后面的设备外壳呈现的对地电压大大降低。13重复接地的作用a)没有重复接地的系统中，PE线或PEN线断线时

b)采取重复接地的系统中，PE线或PEN线断线时14二.电气装置的接地及其接地电阻(一)电气装置应该接地或接零的金属部分

GB50169-2006《电气装置安装工程·接地装置施工及验收规范》规定，电气装置的下列金属部分，均应接地或接零：

(1)电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的金属底座和外壳。

(2)电气设备的传动装置。

(3)屋内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门。

(4)配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的金属框架和底座。

(5)交、直流电力电缆的接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和可触及的电缆金属护层和穿线的钢管。穿线的钢管之间或钢管与电器设备之间有金属软管过渡的，应保证金属软管段接地畅通。15电气装置安装工程·接地装置施工及验收规范(二)电气装置可不接地或不接零的金属部分

GB50169-2006规定，电气装置的下列金属部分可不接地或不接零：(1)在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内，交流额定电压为400V及以下或直流额定电压为440V及以下的电气设备的外壳；但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其他物体时，则仍应接地。(2)在干燥场所，交流额定电压为127V及以下或直流额定电压为110V及以下的电气设备的外壳。17(二)电气装置可不接地或不接零的金属部分(3)安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。

(4)安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。

(5)额定电压为220V及以下的蓄电池室内的金属支架。

(6)由发电厂、变电所和工业企业区域内引出的铁路轨道。

(7)与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。18(三)接地电阻及其要求

接地电阻是接地线和接地体的电阻与接地体散流电阻的总和。由于接地线和接地体的电阻相对很小，因此接地电阻可认为就是接地体的散流电阻。接地电阻按其通过电流的性质分以下两种：(1)工频接地电阻：是工频接地电流流经接地装置入地所呈现的接地电阻。(2)冲击接地电阻：是雷电流流经接地装置入地所呈现的接地电阻。19

接地电阻值

接地的电力装置特点电力装置名称序号

防雷建筑物1514

第三类防雷建筑物

第二类防雷建筑物

第一类防雷建筑物13与电机有电气联系12与电机无电气联系

线路上装设的避雷器或保护间隙11与序号6装置共用10与序号4装置共用

变配电所装设的避雷器9

独立避雷针和避雷器

避雷装置8

表部分电力装置要求的工作接地电阻值（续）注：为工频接地电阻；为冲击接地电阻；为流经接地装置的单相短路电流；为单相接地电容电流，按式(1-6)计算。21三.接地装置的装设与布置(一)自然接地体的利用如果经测量自然接地体接地电阻满足要求，且这些自然接地体又满足短路热稳定条件时，除35kV及以上变配电所外，一般不必再装设人工接地装置。可以利用的自然接地体，按GB50169-2006规定有：

(1)埋设在地下的金属管道，但不包括可燃和有爆炸物质的管道；

(2)金属井管；

(3)与大地有可靠连接的建筑物的金属结构；

(4)水工建筑物及其类似的构筑物的金属管、桩等。22(一)自然接地体的利用

对于变配电所来说，可利用其建筑物的钢筋混凝土基础作为自然接地体。对3～10kV变配电所来说，如果其自然接地电阻满足规定值时，可不另设人工接地。对35kV及以上变配电所则还必须敷设以水平接地体为主的人工接地网。利用自然接地体时，一定要保证其良好的电气连接。在建、构筑物结构的结合处，除已焊接者外，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小于规定值。23(三)防雷装置的接地装置要求

避雷针宜设独立的接地装置。防雷的接地装置（包括接地体和接地线）及避雷针（线、网）引下线的结构尺寸，应符合要求。为了防止雷击时雷电流在接地装置上产生的高电位对被保护的建筑物和配电装置及其接地装置进行“反击闪络”，危及建筑物和配电装置的安全，防直击雷的接地装置与建筑物和配电装置及其接地装置之间应有一定的安全距离，此安全距离与建筑物的防雷等级有关，在GB50057-1994中有具体规定，但总的来说，空气中的安全距离不小于5m，地下的安全距离不小于3m。25防雷装置的接地装置防直击雷的接地装置对建筑物和配电装置及其接地装置间的安全距离

S0-空气中间距(不小于5m)SE-地下间距(不小于3m)26用接地电阻测量仪测量

接地电阻测试仪俗称接地电阻摇表，其测量机构为流比计。测试方案和要求同前。测量仪由手摇发电机、电流互感器、电位器及检流计等组成。全部机构装于铝合金铸造的便携式外壳内，附件有辅助接地探测针（电位探针P’和电流探针C’）及联接导线等，装于附件袋内。常用的接地电阻测试仪的型号规格如下表。180mm×120mm×110mm

误差±2.5%2/20/200晶体管接地电阻测试仪ZC34A172mm×116mm×135mm10/100/1000接地电阻测试仪ZC29-110/100/1000170mm×110mm×164mm

在额定值的30%及以下，误差为额定值的±1.5%；在额定值的30%以上，误差为指示值的±5%1/10/100接地电阻测试仪ZC8外形尺寸:(长×宽×高)准确度量程名称型号29测量步骤视频测量步骤（1）沿被测接地极E’，使电位探测针P’和电流探测针C’依直线彼此相距20m,且P’位于E’和C’之间;（2）用导线将E’、P’和C’与仪表相应端钮联接；（3）将仪表水平放置，检查检流计的指针是否指示黑线上，否则可调整零位调节器S0，使之对准黑线；（4）转动量限转换开关SA，将倍率标度盘拨于乘10倍数档，慢慢转动发电机的手把，同时转动测量表度盘（电位器3RP随之转动），使检流计的指针对准黑线；（5）如测量标度盘的读数小于1时，应将倍数表度盘置于乘1的倍数档，在重新调整测量表度盘，已得到正确的读数，即为所测接地极E’的电阻值Rgr。31自动/数字接地电阻测量仪32五.低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结(一)低压配电系统的接地故障保护接地故障是指低压配电系统中的相线对地或对与地有联系的导电体之间的短路，包括相线与大地、相线与PE线或PEN线以及相线与设备的外露可导电部分之间的短路。接地故障的危害很大。在TN系统中，接地故障就是单相短路，故障电流很大，必须迅速切除，否则将产生严重后果，甚至引起火灾或爆炸。在TT系统和IT系统中，接地故障电流虽然较小，但故障设备的外露可导电部分可能呈现危险的对地电压。如不及时予以信号报警或切除故障，就有发生人身触电事故的可能。因此对接地故障必须重视，应该对接地故障采取适当的安全防护措施。接地故障保护电器的选择，应根据低压配电系统的接地形式、电气设备类别（移动式、手握式或固定式）以及导体截面大小等因素确定。331.TN系统中的接地故障保护

TN系统中配电线路的接地故障保护可由线路的过电流保护或零序电流保护来实现。2.TT系统中的接地故障保护在TT系统中，一般装设漏电电流保护作接地故障保护。3.IT系统中的接地故障保护在IT系统中，当发生第一次接地故障时，应由绝缘监视装置发出音响或灯光报警信号。当发生第二次接地故障时，可形成两相接地短路，这时应由过电流保护或漏电电流保护来切断故障回路。34(二)低压配电系统的漏电电流保护1.漏电保护器的功能与原理漏电保护器又称“剩余电流保护器”（RCD）：在规定条件下，当漏电电流（剩余电流）达到或超过规定值时能自动断开电路的一种保护电器。它用来对低压配电系统中的漏电和接地故障进行安全防护，防止发生人身触电事故及因接地电弧引发的火灾。漏电保护器按其反应动作的信号分，有电压动作型和电流动作型两类。电压动作型技术上尚存在一些问题，所以现在生产的漏电保护器差不多都是电流动作型。电流动作型漏电保护器利用零序电流互感器来反应接地故障电流，以动作于脱扣机构。它按脱扣机构的结构分，又有电磁脱扣型和电子脱扣型两类。35电流动作的电磁脱扣型漏电保护器的原理正常运行时，穿过零序电流互感器TAN的三相电流相量和为零，零序电流互感器TAN二次侧不产生感应电动势，因此极化电磁铁YA的线圈中没有电流通过，其衔铁靠永久磁铁的磁力保持在吸合位置，使开关维持在合闸状态。当设备发生漏电或单相接地故障时，就有零序电流穿过互感器TAN的铁心，使其二次侧感生电动势，于是电磁铁YA的线圈中有交流电流通过，从而使电磁铁YA的铁心中产生交变磁通，与原有的永久磁通叠加，产生去磁作用，使其电磁吸力减小，衔铁被弹簧拉开，使自由脱扣机构YR动作，开关跳闸，断开故障电路，从而起到漏电保护的作用。电流动作的电磁脱扣型漏电保护器TAN-零序电流互感器YA-极化电磁铁QF-断路器YR-自由脱扣机构36电子脱扣型漏电保护器电子脱扣型漏电保护器是在零序电流互感器TAN与自由脱扣机构YR之间接入一个电子放大器AV。当设备发生漏电或单相接地故障时，互感器TAN二次侧感生的电信号经电子放大器AV放大后，接通脱扣机构YR，使开关跳闸，从而也起到漏电保护的作用。电流动作的电子脱扣型漏电保护器TAN-零序电流互感器AV-电子放大器

QF-断路器

YR-自由脱扣机构372.漏电保护器的分类

漏电保护器按其保护功能和结构特征，可分以下四类：

(1)漏电保护开关它由零序电流互感器、漏电脱扣器和主开关组装在一绝缘外壳之中，具有漏电保护及手动通断电路的功能，但不具过负荷和短路保护的功能。这类产品主要应用于住宅，通称漏电开关。

(2)漏电断路器它是在低压断路器的基础上加装漏电保护部件所组成，因此具有漏电保护及过负荷和短路保护的功能。它的有些产品就是在低压断路器之外拼装漏电保护附件而成。例如C45系列小型断路器拼装漏电脱扣器后，就成了家用及类似场所广泛应用的漏电断路器。

(3)漏电继电器它由零序电流互感器和继电器组成，具有检测和判断漏电和接地故障的功能，由继电器发出信号，并控制断路器或接触器切断电路。

(4)漏电保护插头/座它由漏电开关或漏电断路器与插头/座组合而成，使插头/座回路连接的设备具有漏电保护功能。38漏电保护器的类型漏电保护开关漏电断路器漏电保护继电器漏电保护插头插座39各种RCD在低压配电线路中的接线示意图RCD1-单极2线RCD2-双极2线RCD3-3极3线RCD4-3极4线RCD5-4极4线QF-断路器YR-漏电脱扣器

漏电保护器按极数分，有单极2线、双极2线、3极3线、3极4线和4极4线等多种型式，其在低压配电线路中的接线如图。40(三)漏电保护器的装设场所与要求

1.漏电保护器（RCD）的装设场所由于人手握住手持式或移动式电器时，如果该电器漏电，则人手因触电痉挛而很难摆脱，触电时间一长，就会导致死亡。而固定式电器漏电，如人体触及，会因电击刺痛而弹离，一般不会继续触电。由此可见，手持式和移动式电器触电的危险性远远大于固定式电器触电。因此一般规定，安装有手持式和移动式电器的回路上应装设RCD。由于插座主要是用来连接手持式和移动式电器的，因此插座回路上一般也应装设RCD。GB50096-1999《住宅设计规范》规定，除空调电源插座外，其他电源插座回路均应装设RCD。412.PE线和PEN线不得穿过RCD的零序电流互感器铁心在TN-S系统中或TN-C-S系统中的TN-S段装设RCD时，PE线（保护接地线）不得穿过零序电流互感器的铁心。否则，在发生单相接地故障时，由于进出互感器铁心的故障电流相互抵消，RCD不会动作，如图a所示。而在TN-C系统中或TN-C-S系统中的TN-C段装设RCD时，PEN线不得穿过零序电流互感器的铁心，否则，在发生单相接地故障时，RCD同样不会动作，如图b所示。42

对于TN-C系统，如果发生单相接地故障，就形成单相短路，其过电流保护装置应该动作，切除故障。要在TN-C系统中装设RCD，必须采取如上图b的接线，但此接线已非TN-C系统而是TN-C-S系统了。RCD在TN系统中的正确接线TN-S系统中RCD的正确接线

b)TN-C-S系统的TN-S段中RCD的正确接线TN-S系统中和TN-C-S系统的TN-S段中RCD的正确接线433.RCD负荷侧的N线与PE线不能接反如图所示低压配电线路中，假设其中插座XS2的N线端子误接于PE线上，而其PE线端子误接于N线上，则插座XS2的负荷电流I不是经N线而是经PE线返回电源，从而使RCD的零序电流互感器一次侧出现不平衡电流I，造成漏电保护器RCD无法合闸。为了避免N线与PE线接错，建议在电气安装中，N线使用淡蓝色绝缘线，PE线使用黄绿双色绝缘线，而A、B、C三相则分别使用黄、绿、红色绝缘线。44

不同回路共用一根N线可引起RCD误动4.装设RCD时，不同回路不应共用一根N线在电气施工中，为节约线路投资，往往将几回配电线路共用一根N线。如图所示线路中，将装有RCD的回路与其他回路共用一根N线。这将使RCD的零序电流互感器一次侧出现不平衡电流而引起RCD误动，因此这种做法是不允许的。455.低压配电系统中多级RCD的装设要求

为了有效地防止因接地故障引起的人身触电事故及因接地电弧引发的火灾，通常在建筑物的低压配电系统中装设两级或三级RCD，如图。线路末端装设的RCD，通常为瞬动型，动作电流一般取为30mA(安全电流值)；对手持式用电设备，RCD动作电流则取为15mA；对医疗电气设备，RCD动作电流取为10mA。线路末端为低压开关柜、配电箱时，RCD动作电流也可取100mA。其前一级RCD则采用选择型，其最长动作时间为0.15s，动作电流则取300～500mA，以保证前后RCD动作的选择性。根据国内外资料证实，接地电流只有达到500mA以上时，其电弧能量才有可能引燃起火。因此从防火安全来说，RCD的动作电流最大可达500mA。46（四）低压配电系统的等电位联结1.等电位联结的功能与类别等电位联结是使电气装置各外露可导电部分和装置外可导电部分的电位基本相等的一种电气联结。等电位联结的功能在于降低接触电压，以确保人身安全。按GB50054-1995《低压配电设计规范》规定：采用接地故障保护时，在建筑物内应作总等电位联结（MEB）。当电气装置或其某一部分的接地故障保护不能满足要求时，尚应在其局部范围内进行局部等电位联结（LEB）。471.总等电位联结（MEB）总等电位联结是在建筑物进线处，将PE线或PEN线与电气装置接地干线、建筑物内的各种金属管道如水管、煤气管、采暖空调管道等以及建筑物的金属构件等，都接向总等电位联结端子，使它们都具有基本相等的电位，如图中的MEB。2.局部等电位联结（LEB）局部等电位联结又称辅助等电位联结，是在远离总等电位联结处、非常潮湿、触电危险性大的局部地区内进行的等电位联结，作为总等电位联结的一种补充，如图中的LEB。特别是在容易触电的浴室及安全要求极高的胸腔手术室等处，宜作局部等电位联结。48总等电位联结（MEB）和局部等电位联结（LEB）49(二)等电位联结的联结线要求

等电位联结的主母线截面，规定不应小于装置中最大PE线或PEN线的一半，但采用铜线时截面不应小于6mm2，采用铝线时截面不应小于16mm2。采用铝线时，必须采取机械保护，且应保证铝线连接处的持久导电性。如果采用铜导线作联结线，其截面可不超过25mm2。如果采用其他材质导线时，其截面应能承受与之相当的载流量。连接装置外露可导电部分与装置外可导电部分的局部等电位联结线，其截面也不应小于相应PE线或PEN线的一半。而连接两个外露可导电部分的局部等电位联结线，其截面不应小于接至该两个外露可导电部分的较小PE线的截面。50(三)等电位联结中的几个具体问题(1)两金属管道连接处缠有黄麻或聚乙烯薄膜，是否需要做跨接线？由于两管道在做丝扣连接时，上述包缠材料实际上已被损伤而失去了绝缘作用，因此管道连接处在电气上依然是导通的。所以除自来水管的水表两端需做跨接线外，金属管道连接处一般不需跨接。

(2)现在有些管道系统以塑料管取代金属管，塑料管道系统要不要做等电位联结？做等电位联结的目的在于使人体可同时触及的导电部分的电位相等或相近，以防人身触电。而塑料管是不导电物质，不可能传导电流或呈现电位，因此不需对塑料管道做等电位联结。但是对金属管道系统内的小段塑料管需做跨接。

(3)在等电位联结系统内是否需对一管道系统做多次重复联结？只要金属管道全长导通良好，原则上只需做一次等电位联结。例如在水管进入建筑物的主管上做一次总等电位联结，再在浴室内的水道主管上做一次局部等电位联结就行了。(4)是否需在建筑物的出入口处采取均衡电位的措施，以降低跨步电压？对于1000V及以下的工频低压装置，不必考虑跨步电压的危害，因为一般情况下，其跨步电压不足以构成对人体的伤害。51六、井下保护接地系统井下各种电气设备装设了单独的保护接地装置，并不能完全消除触电的危险。52当电动机M1发生单相碰壳（如L3相），则其外壳带电；如电网没有绝缘监视或绝缘监视失灵，这一接地故障将长期存在。此时假设电动机M2的另一相（如L1相）绝缘击穿碰壳，这时电网就发生了两相对地短路，短路电流如图所示。53如果这一短路电流不足以使过流保护装置动作，这一故障将长期存在下去，这时电气设备外壳将带有危险的电压。两电动机外壳对地电压的大小，与两电动机的接地电阻成正比。若电动机M1和M2的接地电阻大小相等，则两电动机外壳对地电压相等，为电网电压的一半，即380V电网对地电压为190V；660V电网对地电压为330V。这时如果人触及该电动机外壳时，是非常危险的。六、井下保护接地系统54解决方案：通常利用供电的高、低压铠装电缆的金属外皮（铅包和金属铠装层）和橡套（塑料）电缆的接地芯线或屏蔽护套，把分布在井底车场、运输大巷、采区变电所以及工作面配电点的电气设备（36V以上）的金属外壳在电气上连接起来，这样就使各处埋设的接地极（或称局部接地极）也并连起来，形成一个井下保护接地系统（或称总接地网）。这样做既降低接地电阻，也可防止不同电气设备的不同相同时碰壳（接地）所带来的危险。六、井下保护接地系统55如图所示。因为接地网电阻远远小于接地极电阻，这时两相短路电流主要通过接地网流通，因而提高了两相短路电流的数值，保证过流保护装置可靠动作。

56井下保护接地系统

井下保护接地系统有主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、接地导线和连接导线组成。设置在井底主、副水仓或集水井内的接地极称为主接地极。主接地极要用面积不小于0.75m2，厚度不小于5mm的钢板做成。如矿井水为酸性时，应视其腐蚀性情况适当加大其厚度，或镀上耐酸金属，或采用其它耐腐蚀钢板。一般在主、副水仓内各设一个主接地极，以保证一个水仓清理或检修接地极时，另一个起保护作用。有几个