供电系统的保护接地与防雷技术防雷图集下载

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20kHz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lkΩ左右；皮肤有伤口时，约为800Ω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600~1000Ω，而接地电阻通常小于4Ω，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、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2~2.5m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。

应尽量选择自然导体作接地线。通常采用25×4mm或40×4mm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（touchvoltage）。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（stepvoltage）。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/Ω1kV以上的中性点接地系统≤0.51kV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。

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ABC

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4Ω。）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。应用局煮限性：当设备绍发生单双相碰壳渔故障时赏，接地忘电流并倡不大，凯往往不柄足以引嫌起中等使容量以邮上的线姓路的保工护装置辉动作，听这将导呀致线路棵长期带绪故障运伴行，将蛙仍有触汤电的危之险。2.TT系统为了帖安全学起见催，要午求接旦设备修的电求源处挖熔体眉熔断宇，但赢当设条备容撒量较泛大（紧如额邪定电决流轿）时估，按颂照熔充体额享定电偶流取必须斧小于侵或等碰于3倍导线旨按发热菠允许通届过电流序的原则姨，则：为了保驻证人身遗安全，国接地电订阻应满睛足：接地电伤阻要做抄到这样漏小非常榜困难，岩特别是揭当土壤何电阻率陵较高的习地区，货根本就谢无法达味到。结论希：单纯采查用TT系统糟是不但能保滑证安蓝全的丑，必叔须加旺装漏电生保护朵装置，方能蒸成为较伶完善的往保护系眯统。三、保贪护接地3.TN系统在中性点甘直接接晚地的三相裕四线制绿低压系夸统中，侍将电气妇设备正厕常情况披下不带厘电的外露帽可导诊电部分伤（金签属外饺壳和激构架低等）间经公望共的乞保护舍线（PE线，pro亭tec长tiv唉eea路rt填hi阶ng）或保垒护中性恭线（PEN线，冻又称浓零线新）与较系统寸中性录点直训接电诉气连菜接，舅称为TN系统。TN系统TN－C系统TN－S系统TN－C－S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系统中性点煎直接接洲地电网鸟中，如贺果用电候设备不果采取任序何安全棒措施，弹则设备可漏电时泉，触及斑设备的券人体将屠承受220抗V的相贫电压末，这煎显然毅是非卖常危深险的锐。工作很原理若设有陆保护接窄地装置弯，当发费生单相游碰壳故泄障时，梦故障电谨流经电源保相线史→设海备的慌金属滋外壳践→保寇护线奇→电赌源中陡性点形成呜相对待保护丽线的痒单相糕短路杰回路龙，这哗将产杨生较劫大的显短路卫电流皆，足羊以使盏线路塘上的让保护萝装置(如熔钱断器)迅速熔坊断，限从而将撕漏电设自备与电陈源断开物，从而尊避免人娘身触电捞的可能嘱性。在同针一中岔性点海直接顿接地零供电批系统榜中，覆不能揭同时踩采用TT系统霜和TN系统怒保护汇。三、毒保护筐接地4.注意事钟项设备a采用TN-鸽C系统姿，设笔备b采用TT系统且镇同为一矩配电系闻统之中肌，当设镰备b发生碰嫌壳时，炎电流通谦过佩和陈形两成回路蛮，电流迫不会大痕大，线恰路保护引（如熔丢断器）意可能不号会断开验，故障证将长时衬间存在婆。这时，拴除了接够触该设泰备的人坐员有触策电危险婚外，由会于PE绵N线对地文电压升后高达到注：即奖使熔断流器符合亲能烧断承的要求膜，也不宜允许混合合接法嚷。因为穗熔丝在较使用中肚经常调书换，很疲难保证载不出差股错。，致扑使所午有采吹用TN津-C接地设脖备的外蜡壳都将妈带点，供这时很吧危险的波。在TN河-C系统中劣，PEN线的购连接雅应牢虾固可昨靠，纯接触平良好薯。所陶有电昌气设复备均舰应以芬并联建方式授接在PE纪N线上根，不臭允许府串联临。PE线上禁坦止安装扛保险丝蝴或单独乌的断流张开关。一旦派出现PE钞N线断线置，接在轨断线处居后面一细段线路皆上的电请气设备态，相当会于没有柜任何保川护措施苏。如果贴断线处牧后面有炉的电气观设备外滑壳漏电盘，则不坊但这台财设备外心壳长期盗带电，残而且使椅接在断披线处后驴面的所乘有采用TN-瞎C保护接声地的设歉备的外纯壳都存哑在接近廊于电源凳相电压术的对地社电压，洗触电的索危险性佩将被扩尸大。四、共甜同接地般与重复崭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。小丽结：1.供电似系统的保护螺接地四、找共同免接地欢与重爷复接乱地1.共同接变地例如在纤当电动货机a在A相上发转生碰壳撒短路，询电动机运在B相上监发生送碰壳堂短路倦，此精时流野经电程动机颂的电叫流为作用于a、b电机皮外壳浊上的桂电压恋为：当命时低，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.供电系餐统的保忍护接蜘地四、共课同接地广与重复恭接地1.共同能接地在中性今点不接候地供电贺系统中役，同一征母线供喉电的设桥备要采扑用共同具接地的方式润保证安健全。这植样就可壤以将两嗓相分别廉接地短拔路变成腹相间短司路，迅卷速使保减护装置箭动作。四、共碰同接地乒与重复撤接地2.重复洪接地在TN系统荣中，币还应拍当采藏用重复元接地，以确任保接地邪装置的虾可靠。如果蚊断线醒处后鸟面某究一设情备碰校壳时栗，事刻故电芽流将水通过床触及坡设备市的人遣体和闷工作扬接地R0构成回辜路，又押因为Rr>>亏R0，所以葵在断线高处后面治人体几宪乎承受称全部的技相电压旋，不但预这台设验备外壳象长期带茂电，而抄且使接浅在断线众处后面长的所有断采用TN-懒C保护材接地华的设烂备的课外壳脚都存张在接辱近于跨电源齿相电订压的晶对地洞电压摆，触赴电的脱危险圆性将桃被扩两大。在TN猫-C系统中享，一旦妇出现PE衫N线断碍线，讽接在校断线课处后专面一冈段线喊路上较的电虎气设给备，冤相当棚于没居有任辱何保永护措置施。四、共越同接地踩与重复旺接地2.重复接薯地在TN系统中歉，还应暴当采用重复接堤地，以痕确保住接地恋装置截的可吸靠。除将耗配电茂变压康器中电性点犬作工恋作接亲地外声，沿PEN走向的杀一处或养多处还姿要再次接馒地，叫刷重复病接地波。当采烫用重斩复接叔地，愈碰壳忌电流相主要若通过句重复饼接地典电阻Rn和工鲁作接斑地电完阻劝构成浪回路半，在婆断线阅处后批面，淡漏电念设备恩外壳盖的对奶地电步压为齐相电丢压在这重复竖接地前电阻扁上的凭电压矩降，林使事蚁故的河危险未程度梯有所搜减轻愈，但惑对人鞭还是膏危险卡的，良因此哑，PE减N线的断自线事故角应尽量伯避免。1.供电系燥统的保护搁接地五、漏双电保护鸭器漏电保夫护器（又称漏讲电保敬护开拜关）夕是一井种电椅气安任全装械置。净将漏今电保铜护器晶安装还在低族压电徐路中首，当屯发生谊漏电切和触吓电时铁，且量达到谁保护距器所鱼限定误的动竹作电怎流值信时，使就立槐即在辈限定钓的时达间内逮动作喝，自薄动断烂开电梅源进蝇行保恳护。1.工作原失理根据进苗和出电率流差的赛原理来黑工作的圈，就是侦从火线炼进来多游少电流杂，就应筹该从零港线回去毙多少电搜流。1.供电锐系统的保蜓护接苏地五、夕漏电甘保护萄器2.应用漏电拔保护记用于TN系统垦中，闭从使近用漏裂电保往护装身置的精地点帅起，TN－C系统壤应改慈用TN－S系统，疮即保护蒸线不再造用作中盗性线，饶使整体印成为TN－C－S系统筝。敷丑设时必应注眨意将相线和逮中性线帝穿过漏阔