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1、第四章 安全与接地,本章主要内容:4.1 4.24.34.4,概述供配电系统的接地形式等电位连接供配电系统的剩余电流动作保护,本章主要从技术的角度分析供配电系统接地与电气安全的内容。,要求：1、理解接地、对地电压、接触电压和跨步电压的概念；2、掌握保护接地形式及其运行特点；3、了解等电位连接的基本构成及应用；4、了解剩余电流动作保护的工作原理和接线方式。,4.1 概述,一、电气安全防范、防护基本措施1.主动防护 以预防为主，主要是法规和条文，规章和制度。如：保证安全距离、提高电气绝缘性能、使用电气安全工具。2.被动防护 是在事故方式后才投入使用的，技术性较强。,二、接地概念 接地：指金属物体与
2、“地”的直接接触。有工作接地、安全接地、故障接地。接地装置的主要作用是向大地均匀地泄放电流，使电气设备外壳对地电压不至于过高。接地装置包括接地体和接地线两部分，它也是防雷装置的重要组成部分。1.接地体 接地体是埋入地下与土壤直接接触的金属导体。接地体一般分为自然接地体和人工接地体。自然接地体，指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物内的钢筋、金属管道和设备。人工接地体，是指人为埋入地中的金属构件，按打入的方式不同可分为垂直接地体和水平接地体。,2.接地线 接地线是连接接地体和电气装置、设备的金属导体。它也分为自然接地线和人工接地线两种类型。人工接地线材料一般采用
3、扁钢和圆钢，采用扁钢作为地下接地线时，其截面积不应小于25mmX4mm，采用圆钢作接地线时，其直径不应小于10mm。自然接地线可利用建筑物的金属结构，必须保证全程接地线路有可靠的电气通路，用螺栓或铆钉连接的部位必须焊接跨接线。,流散电阻和接地电阻,接地电流流入地下以后，就通过接地体向大地作半球形散开，这一接地电流就叫做流散电流。流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻。,接地电阻是接地的流散电阻与接地线、接地体的电阻之和。接地线、接地体电阻一般很小，可以忽略不计。因此，可以认为流散电阻就是接地电阻。,流散电流,三、电气接地的基本概念,接地电流与对地电压,电气设备在发生接地故障时，电流将通过接
4、地体以半球形向大地中散开，称为接地电流，如图所示。,在距离接地体越远的地方，半球的球面积越大，其散流电阻越小，相对于接地点处的电位就越低。,电气设备的接地部分，与零电位的“大地”之间的电位差，称为接地部分的对地电压。,接触电压Utou和跨步电压 Ustep,接触电压，即人站在距设备0.8m处，手触外壳等带电部分，手脚之间所受的电压值。式中 触电者站脚处的电位。跨步电压，即人在接地故障区域内行走，跨出0.8m步距的两脚所受到的电位差值。即：式中 两脚落地点的地面电位。,中性点、零点和中性线、零线,发电机、变压器、电动机等电器的绕组中以及串联电源回路中有一点，它与外部各接线端间的电压绝对值相等，这
5、一点就成为中性点或中点。当中性点接地时，该点则称为零点。由中性点引出的导线，称为中性线；由零点引出的导线，则称为零线。,一般有中性线（代号N）中性线（N线）的功能，一是用来接用额定电压为相电压的单相用电设备，二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流，三是用来减小负荷中性点的电位偏移。保护线（代号PE）或保护中性线（代号PEN）保护线（PE线）的功能，是为保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有设备的外露可导电部分通过保护线（PE线）接地，可在设备发生接地故障时减小触电危险。保护中性线（PEN线）兼有中性线（N线）和保护线（PE线）功能。这种保护中性线在我国通称为“零线”，俗 称
6、“地线”。,四、触电方式,1.接触正常带电体,(1)电源中性点接地的单相触电,通过人体电流:,式中:UP:电源相电压(220V)Ro:接地电阻 4 Rb:人体电阻 1000,这时人体处于相电压下，危险较大。,(2)电源中性点不接地系统的单相触电,对地绝缘电阻,人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R 的大小。若输电线绝缘良好，绝缘电阻R 较大，对人体的危害性就减小。,但导线与地面间的绝缘可能不良（R 较小），甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。,(3)双相触电,触电后果更为严重,通过人体的电流：,2.接触电压触电(接触正常不带电的金属体),当电气设备内部绝缘
7、损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。,这时人体处于线电压下，,Ib,3.跨步电压触电,电位分布,接地点,跨步电压,在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。,当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。,双脚跨步,一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。,五、电流对人体的作用,人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤。,电击是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经
8、系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。,电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。,调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。,1.人体电阻,人体电阻因人而异，通常为 104 105，当角质外层破坏时，则降到8001000。,电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害最大。高频电流不仅没有危害,还可以用于医疗保健等。,3.电流频率对人体的伤害,4.电流持续时间与路径对人体的伤害,电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。,2.电流强度对人的伤害,人体能摆脱的电流阈值:10mA，工频
9、危险电流:50mA,5.安全电压,从保护人身安全的角度来说，安全电压为人体持续接触而不会使人直接致死、致残的电压。,接地类型,按装置属性分,按电压分,自然接地,人工接地,高压系统接地,低压系统接地,直接接地、不直接接地,TN、TT、IT,按作用分,保护性接地,功能性接地,工作接地，屏蔽接地，逻辑接地、信号接地等,防雷接地、保护接地、防静电接地、防电蚀接地等；,4.2 接地形式,接地形式,保护接地：通过独立的接地体接地。,保护接零：通过系统公共的接地线接地。,保护接地,当系统发生单相接地故障时：由于外壳带电,当人触及外壳,接地电流 Ie 将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R 及分布电容C
10、 回到电源。当R 值较低、C 较大时，Ib 将达到或超过危险值。,对地绝缘电阻,分布电容,电气设备外壳未装保护接地时:,电气设备外壳有保护接地时,通过人体的电流：,Rb与Ro并联，且 Rb Ro 通过人体的电流可减小到安全值以内。,利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。,保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。,保护接地：,接地方式,TN,TN-S,TN-C,IT,TN-C-S,TT,第一个字母（T或I）表示电源中性点的对地关系；T：接地，I：不接地或高阻抗接地。,第二个字母（N或T）表示装置外露导电部分的对地关系；N：电气设备正常运行时不带电的金属外露部分与电力网的
11、中性点直接连接，T：与地直接连接。,是为保障人身安全、防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地。,TN系统,TN系统的电源中性点直接接地，并引出有中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线），属于三相四线制或五线制系统。,1.TN-C系统 N线和PE线全部合为PEN线,它是将PE线和N线的功能综合起来，由一根保护中性线PEN，同时承担保护和中性线两者的功能。,TN-C系统特点,当系统发生单相接地故障时，短路电流经外壳和PEN线构成回路，回路中相线、PEN线和设备外壳阻抗很小，短路电流很大，令线路上的过流保护装置动作，切除故障。,供配电系统的过流保护可兼作单相接地故障保护如PEN线断
12、线，短路保护装置不动作，使接PEN的设备外露可导电部分带电，造成人身触电危险。PEN线可能有电流流过，设备外壳对地存在电位差，与不带电金属体碰撞时易产生火花，引发火灾。此外，会对连接在PEN线上的其他设备产生电磁干扰。目前在民用建筑中，已不允许采用这种方式。,2.TN-S系统 N线和PE线全部分开,在电源中性点工作接地，而用电设备外壳等可导电部分通过专门设置的保护线PE连接到电源中性点上。,供配电系统的过流保护也可兼作单相接地故障保护 PE线与N线分开,PE线中无电流流过，因此对接PE线的设备无电磁干扰。PE线断线时，正常情况不会使PE的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将
13、会带电，危及人身安全。PE线与N线分开,投资较TNC高。适于对安全或抗电磁干扰要求高的场所。是我国目前推广的供电系统。,3.TN-C-S 从电源出来的一段采用TNC系统，只起电能的传输作用，到用电负荷附近某一点处，将PEN线分开成单独的N线和PE线。,综合了TNC与TNS系统的特点。PE与N线一旦分开，两者不能在相连。此系统比较灵活，对安全或抗电磁干扰要求高的场所采用TNS系统，而其它情况则采用TNC系统。广泛地应用于分散的民用建筑中，特别适合一台变压器供好几幢建筑物用电的系统。,4.TN方式供电系统的注意事项 PE线或PEN线在任何时候均不得断开；对保护装置的动作时间和动作特性都有要求，若不
14、能满足，应采用剩余保护电流作单相接地故障保护。,TT系统没有公共的PE线，设备外露可导电部分经各自的PE线直接接地，属三相四线制系统。工作接地和保护接地必须是相互独立的。,由于各设备的PE线之间无电磁联系，因此互相之间无电磁干扰。当发生一相接地故障时则形成单相短路，但短路电流不大，影响保护装置动作，不能使用过流保护作单相接地故障保护。需要设置专业的剩余电流动作保护装置。TT系统的安全性能和电磁兼容性比TN系统好。适用于抗电磁干扰要求高的场所及分散的用电系统。,IT系统 IT系统的电源中性点不接地或经1k阻抗接地，通常不引出N线，属于三相三线制系统。,IT系统及一相接地时的故障电流,IT系统,不
15、能使用过流保护作单相接地故障保护（单相接地故障电流很小）。没有N线，不适于接相电压的单相设备。设备外露可导电部分经各自的PE线直接接地，互相之间无电磁干扰。发生一相接地故障时三相用电设备仍能继续工作。应装设单相接地保护装置，以便发生一相接地故障时，给予报警信号。在矿山、冶金等只有三相用电设备的行业应用较多，在建筑供配电中应用极少。,重复接地,在TN系统中，为确保公共PE线或PEN线安全可靠，除在中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的下列地方进行重复接地：1）在架空线路终端及沿线每1km处；2）电缆和架空线引入车间或大型建筑物处。如不重复接地，则在PE线或PEN线断线且有设备发生单相接地
16、故障时，接在断线后面的所有设备外露可导电部分都将呈现接近于相电压的对地电压，即，如图a所示，这是很危险的。如进行了重复接地，如图b所示，则在发生同样故障时，断线后面的设备外露可导电部分的对地电压很小，危险程度大大降低。,重复接地,工作接地,即将中性点接地,各种工作接地有各自的功能。例如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；而电源中性点经消弧线圈接地，能在单相接地时消除接地点的断续电弧，防止系统出现过电压。,等电位联结是使建筑物电气装置的各外露可导电部分与电气装置外的其它金属可导电部分进行电位基本相等的电气连接。,作用于全建筑物，在每一电源进线处，利用联结干线将保护线、接
17、地线的总接线端子与建筑物内电气装置外的可导电部分（如：进出建筑物的金属管道、建筑物的金属结构构件等）连接成一体。,指在局部范围内设置的等电位联结，一般在TN系统中，当配电线路阻抗过大、保护动作时间超过规定允许值时或为满足防电击的特殊要求时，需作局部等电位联结。,指在伸臂范围内的某些外露可导电部分与装置外可导电部分之间所作的等电位联结。,4.3 低压配电系统的等电位联接,总等电位联结示意图,总等电位连接局部等电位连接,楼层局部等单位连接示意图,等电位联结的作用,1.显著降低人体接触电压,电气装置绝缘损坏所引起的接地故障能使其外露导电部分带危险电压，等电位联接可以显著降低人体接触电压从而避免人体触
18、电事故的发生。,2有效消除来自外部的危险电压,等电位连接导线的选择 总等电位连接主母线的截面规定不应小于装置中最大PE线截面的一半，但不小于6mm2。采用铜导线，其截面可不超过25mm2。连接两个外露可导电部分的局部等电位线，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。,4.4 供配电系统中的剩余电流保护,剩余电流保护装置又称为漏电保护装置，是对电气线路或电气设备发生单相接地短路故障时产生剩余电流进行检测而发出信号的装置，当回路中有电流泄漏且达到一定值时，剩余电流保护装置可向断路器发出跳闸信号，切断电路，以避免触电事故的发生或因泄漏电流造成火灾事故的发生。英文缩写RCD。由于漏电
19、保护器动作灵敏，切断电源时间短，因此只要能合理选用和正确安装、使用漏电保护器，对于保护人身安全、防止设备损坏和预防火灾产生会有明显的作用。,漏电保护的意义：当电气设备（或线路）发生漏电或接地故障时，能在人尚未触及之前就把电源切断；当人触及带电体时，能在0.1秒内切断电源，从而减轻电流对人体的伤害程度；防止漏电引起火灾事故。漏电保护作为低压触电伤亡事故的后备保护，已经广泛地应用在低压配电系统中。,1.剩余电流保护装置的工作原理,基本工作原理是检测配电线路的零序电流分量。,在线路正常工作时，对于三相电路和单相电路，穿过零序电流互感器磁环的电流相量和为零，即零序电流互感器磁环内的磁通为零，无感应电流
20、，剩余电流动作保护装置不动作。,在发生接地触电或电气设备绝缘损坏造成接地故障时，相线通过人体或设备金属外壳与“地”构成回路，产生电流，使穿过零序电流互感器的电流不再平衡，零序电流互感器磁环内的磁通不再为零，因而在零序电流互感器中产生感应电流。,剩余电流保护装置的工作原理,电流动作型剩余电流保护专职工作原理图TAN零序互感器；A放大器；YR脱扣器；QF低压断路器,2.剩余电流保护装置的接线方式,按相数或极数分有单相一线、单相两线、三相三线、三相四线。,TN-S系统中的接线方式保护PE线在任何时候都不能接入剩余电流保护装置。,发生接地故障时，故障电流通过与电气设备的金属外壳相连接的保护PE线流出，
21、使穿过剩余电流保护装置中的零序电流互感器的电流不再平衡，在零序电流互感器中产生感应电流，使剩余电流动作保护装置的动作机构动作，切断电源，实现对接地故障的保护。,TN-C系统中的接线方式TN-C系统中，PEN线不能进入剩余电流动作保护装置。且不能在TN-C系统中直接安装剩余电流动作保护装置。,TN-C系统改造措施,设置独立的接地装置，采用保护接地的连接方式，形成局部TT系统，在发生接地故障时，故障电流通过独立的接地装置向大地散流，也使剩余电流动作保护装置的零序电流互感器磁环内的磁通产生变化，确保剩余电流动作保护装置可靠动作。,TT系统中的接线方式,3.剩余电流保护装置的分级保护,通过调整各级剩余
22、电流动作保护装置的动作时间和动作电流参数，实现具有动作选择性的分级保护。末端剩余电流动作保护装置一般采用无延时动作，上级保护装置则延时动作，上下两级剩余电流动作保护装置的动作时间不应小于0.2s。,4.剩余电流保护装置的选用1)剩余电流保护器设置的场所有：手持式及移动式用电设备；建筑施工工地的用电设备；用于环境特别恶劣或潮湿场所(如锅炉房、食堂、地下室及浴室)的电气设备；住宅建筑每户的进线开关或插座专用回路；由TT系统供电的用电设备；与人体直接接触的医疗用电气设备(但急救和手 术用电设备等除外)。,2）剩余电流保护装置的动作电流数值选择：手持式用电设备为15mA；环境恶劣或潮湿场所用电设备为610 mA；医疗电气设备为6 mA；建筑施工工地的用电设备为1530mA；家用电器回路为30 mA；成套开关柜、分配电盘等为100mA以上；防止电气火灾为300 mA。,中小型建筑物两级剩余电流保护安装位置示例见图。,中小型住宅楼的两级RCD安装位置示例,大型建筑剩余电流保护安装位置示例见图。,大型建筑物三级RCD安装位置示例,
