供配电安全技术第3讲保护接地与保护接零

供配电安全技术

第三讲：保护接地与保护接零中国矿业大学信息与电气工程学院电气安全与智能电器研究所刘建华目录一、接地与接零二、保护接地三、保护接零四、低压配电接地形式一、接地与接零接地：电气设备的某部分用金属与大地作良好的电气连接。零点：当中性点接地时称为零点，由零点引出的线称为零线接零：电气设备的某部分用金属与零线作良好的电气连接。接地电阻：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。接地电阻＝接地线电阻＋接地体流散电阻≈流散电阻流散电阻：指电流从埋人地中的接地体流向周围土壤时，接地体与大地远处的电位差与该电流之比。（分为接触电阻与土壤电阻）接地电流：当电气设备发生接地故障时，电流通过接地体向大地作半球状散开，该电流称为接地电流。实验证明：电位分布的范围只要考虑单根接地体或接地故障点20m左右的半球范围。距接地体越远，电位越小。20m处电位与无穷远处（电气上的“大地”或“地”）几乎相等。电气设备接地目的：首先保护人身安全，其次保证电气设备与建筑物等的安全。接地类型：工作接地：能保证电气设备在正常和事故情况下可靠地工作而进行的接地。如变压器和发电机的中性点直接接地。保护接地：将电气设备的金属外壳（正常情况下不带电）与地作电气连接。适用于中性点不接地系统。重复接地：采用保护接零时，除系统的中性点工作接地外，将零线上的一点或多点再与地作金属连接。在零线断线时，带电外壳可通过重复接地装置与系统中性点构成回路，产生接地短路电流。一般在干线上１Km零线上要放一个重复接地。一、接地与接零接地类型：防雷接地：由接闪器、引下线、接地装置组成，将雷电电荷分散入地，避免雷电侵害。屏蔽接地：为将干扰电磁场在金属屏蔽层感应出的电荷导入大地，而将屏蔽层接地。静电接地：为防止可能产生或聚集静电荷，对设备、管道、容器等进行的接地。专用电气设备接地：如医疗设备、电子计算机等的接地。有逻辑接地、信号接地、安全接地、功率接地等。一、接地与接零低压系统各种接地电阻值的要求：工作接地：接地装置的电阻值不大于4Ω；保护接地：接地装置的电阻值不大于4Ω；重复接地：接地装置电阻值不大于10Ω；防雷接地：一、二类建筑防直接雷的接地装置电阻值不大于10Ω，防感应雷的接地装置电阻值不大于5Ω；三类建筑防雷的接地装置电阻值不大于30Ω；屏蔽接地：一般要求接地电阻小于10Ω。一、接地与接零二、保护接地保护地线接地极概念：在正常情况下，将电气设备的金属外壳或构架用导线与接地极可靠地连接起来，使之与大地做电气上的连接，这种接地的方式就叫保护接地。采用和不采用保护接地的情况对比采用保护接地之后，当发生人身触电时，由于保护接地电阻的并联，人身触电电压下降。如果不采用保护接地，当发生人身触电时，由于触电电流不足以使熔断器或者自动开关动作，因此危险电压一直存在，如果电网绝缘下降，则存在生命危险。假设人体电阻假设为1000

，接地电阻为4

，电网对地绝缘电阻为19k

，图例如下：二、保护接地不采用保护接地采用保护接地二、保护接地保护接地的实质与关键通过人体与保护接地体并联连接，降低人身接触电压。接地电阻越小，接触电压越小，流过人体电流的越小。保护接地的适用范围三相三线制供电系统(中性点不接地系统)采用保护接地可靠。对三相四线制系统，采用保护接地十分不可靠。一旦外壳带电时，电流将通过保护接地的接地极、大地、电源的接地极而回到电源。因为接地极的电阻值基本相同，则每个接地极电阻上的电压梅是相电压的一半。人体触及外壳时，就会触电。所以在三相四线制系统中的电气设备不推荐采用保护接地，最好采用保护接零。二、保护接地保护接地的适用范围三相三线制供电系统(中性点不接地系统)采用保护接地可靠。对三相四线制系统，采用保护接地十分不可靠。一旦外壳带电时，电流将通过保护接地的接地极、大地、电源的接地极而回到电源。因为接地极的电阻值基本相同，则每个接地极电阻上的电压梅是相电压的一半。人体触及外壳时，就会触电。所以在三相四线制系统中的电气设备不推荐采用保护接地，最好采用保护接零。二、保护接地保护接地存在的问题如果两台设备同时进行保护接地，两者都发生漏电，但不为同一相，则设备外壳将带危险电压。如果将多个接地体用导体连接在一起，则可以解决此问题，称为等电位连接，连接线组成接地网。保护接地要耗费很多钢材，因为保护接地的有限性在于接地电阻小。二、保护接地保护接地的局限性在电源中性点直接接地的系统中，保护接地有一定的局限性。这是因为在该系统中，当设备发生碰壳故障时，便形成单相接地短路，短路电流流经相线和保护接地线、电源中性点接地装置。如果接地短路电流不能使熔丝可靠熔断或自动开关可靠跳闸时，漏电设备金属外壳上就会长期带电，也是很危险的二、保护接地保护接地的注意事项接地电阻一定符合要求；接地一定可靠；保护接地的目的是降低外壳电压，但由于工作性质的要求，并不需要立即停电（一般允许运行半小时），所以危险一直存在。从防止人身触电角度考虑，既然保护接地不能完全保证安全，应当配漏电保护器；但从安全生产角度考虑，不允许漏电就断电，所以是个矛盾，根据现场实际情况决定漏电时是否断电。如果要求断电则安装跳闸线圈。产品：选择性漏电保护装置。二、保护接地三、保护接零保护接零要求零线不能断线，因此零线上不能装设熔断器。并且尽量使零线重复接地，降低零线断线时触电的危险性。概念：保护接零又叫保护接中线，在三相四线制系统中，电源中线是接地的，将电气设备的全局外壳或构架用导线与电源零线(即中线)直接连接，就叫保护接零。采用和不采用保护接零情况对比对三相四线制，如果采用保护接零，当设备漏电时，将变成单相短路，造成熔断器熔断或者开关跳闸，切除电源，就消除了人的触电危险。因此采用保护接零是防止人身触电的有效手段。对三相四线制，如果不采用保护接零，设备漏电时，人的接触电压为火线电压，十分危险。人体触及外壳便造成单相触电事故。图例表示如下：三、保护接零保护接零的基本作用和实质保护接零的基本作用是当某相带电部分碰连设备外壳时，通过设备外壳形成该相对零线的单相短路，短路电流促使线路上过电流保护装置迅速动作，把故障部分断开电流，消除触电危险保护接零的实质是提高动作电流，而保护接地的实质是降低人身触电电压。保护接零的适用范围这种安全技术措施用于中性点直接接地，电压为380/220伏的三相四线制配电系统。三线三线制不可能进行保护接零，因为没有零线。三、保护接零保护接零存在的问题工作零线不允许断线，为防止可将工作零线重复接地。零线断线重复接地三、保护接零接零线一定要真正独立地接到零线上去。正确接法错误接法保护接零的注意事项一定有快速可靠的开关，否则将加重触电的危险性。采取保护接零，一定防止单相设备电源端火零接反，否则设备外壳将带上火线电压。同一电网中不宜同时用保护接地和接零：电机1漏电，形成单相接地短路时，如果短路电流不足以使其动作，则电机2的外壳将长期带电。如果电机1的接地电阻和电网中心点电阻相同，则外壳电压为110V。在一个连接线系统上不能同时进行保护接地和保护接零三、保护接零四、低压配电接地形式

低压配电系统的接地形式可按配电系统和电气设备不同的接地组合分类，根据IEC规定，共有三种接地形式：IT、TT、TN

(TN-C、TN-S、TN-C-S)□□－□□1：表示配电系统对地关系I：表示中性点不接地或经高阻抗接地。

T：表示中性点直接接地；□2：表示电气设备的不带电且外露部分对地关系T：独立接地，且与系统任何接地无关；N：直接与配电系统接地点相连的接地。□3：表示零线(N)和保护接地线(PE)间的关系C：N线和PE线合一；S：N线和PE线分开；C-S：N线和PE线先合后分。

IT系统

概念：电源系统中性点不接地或经高阻抗接地，电气设备采用保护接地形式（三相三线制系统）四、低压配电接地形式IT系统的优缺点和适用场合：优点：接地电流小，安全性好；接地时线电压不变，只须报警不须立即分断，可提高供电可靠性；缺点：一相接地，另两相对地电压升高为线电压，耐压要求高；适用于：对供电可靠性要求高，对环境防水、防爆要求高的场所和特别潮湿的场所，如煤矿、化工厂等。四、低压配电接地形式TT系统

概念：电源中性点直接接地、电气设备采用保护接地形式（三相四线制系统）。四、低压配电接地形式TT系统的优缺点和适用场所：优点：TT系统中保护接地可有效降低故障设备外壳对地电压，减小对触电者的威胁。缺点：接地电流并不很大，往往不足以使保护装置迅速动作，导致设备外壳长期带电，给人身安全带来威胁。适用于：TT系统广泛应用于城镇、农村居民区、工业企业和公用变压器供电的民用建筑中。在煤矿电网中主要应用于地面供电系统。注意：TT系统必须加装剩余电流动作保护器，方能成为较完善的保护系统。四、低压配电接地形式TN系统新国标规定，凡含有中性线的三相系统统称为三相四线制系统，即TN系统。这种系统将电气设备正常不带电的金属外壳与中性线相连接。在我国380/220V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线N和保护线PE。TN系统按其PE线的形式又可分为三种：TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。四、低压配电接地形式TN-C系统

N线与PE线合二为一，为PEN线。（三相四线制）四、低压配电接地形式TN-C系统优缺点和适用场合：优点：简单经济；接地电流大，易保护；缺点：负荷不平衡时，PEN线有电流流过，PEN线上电压降将反映在电气设备外壳上；PEN断线后，发生接地故障时，保护接零的设备外壳可能升为相电压，易形成故障蔓延；适用于：三相负荷平衡，并有专业人员维护管理的一般性工业厂房和场所。四、低压配电接地形式TN-S系统

PE线与N线分开。（三相五线制）四、低压配电接地形式TN-S系统优缺点和适用场所：优点：接地电流大，易保护；正常工作时，PE线上无电流，与PE线相连外壳不带电；缺点：经济性差；适用于：单相负荷集中场所；设有精密电子和数据处理的设备的场所；环境条件差的场所；建筑施工临时供电规范要求采用该方式供电。四、低压配电接地形式TN-C-S系统

三相四线、五线混合系统四、低压配电接地形式TN-C-S系统的优缺点和适用场所：优点：经济性稍好；正常工作时，外壳电位仅为合一PEN线上的电压降；接地电流大，易保护。缺点：PEN断线后，发生接地故障时，保护