第六章安全与接地

第六章安全与接地第一节概述主要内容:供配电系统的接地与安全一接地的概念1接地——就是把电气设备与电位参照点的地球作电气上的连接使其保证有一个较低的电位。2接地装置——接地引下线和接地体的总称。体建筑物中的自然金属导采用专门的金属导线引下线钢筋、自来水管道等—自然接地体）人工接地体（专门设置接地体3接地的种类1保护接地—为了人身安全防止设备绝缘劣化外壳带电而危及人身安全。2工作接地—稳定对地电位和继电保护需要（比如变压器中性点接地）3防雷接地—倒泻雷电流，以消除过电压对设备的影响。第二节接地电阻、接触电压和跨步电压1流散电阻（接地电压）大地内的电流密度2r2IE为土壤电阻率r2Irr12Idrru2（接地电压）接地体等电位a2Iaur2IauR流散流散接地RR如图1所示，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叫做流散电阻。接地电阻是接地体的流散电阻与接地体的电阻之和。接地体电阻一般很小，可以忽略不计。因此，接地电阻不是接地体的电阻，而是电流在土壤中流散时土壤所呈现的电阻图1流散电阻IjdUjd接地电流电位分布曲线大地（零电位）接地体流散电场大地接地体流散电场20m大地图2接地概念图返回2对地电压电流通过接地体向大地作半球形流散。在距接地体越远的地方球面越大，所以流散电阻越小。一般认为在距离接地体20m以上，电流就不再产生电压降了。或者说，至距离接地体20m处，电压已降为零。电工上通常所说“地”就是这里的地。通常所说的对地电压，即带电体同大地之间的电位差。也是指离接地体20m以外的大地而言的。简单说，对地电压就是带电体与电位为零的大地之间的电位差。显然对地电压等于接地电流与接地电阻的乘积。如果接地体有多根钢管组成，则当电流自接地体流散时，至电位为零处的距离可能超过20m。3跨步电压和接触电压（1）原理0.8m0.8mUjaUjcUjc20m20m接地电流电位分布曲线图3跨步和接触电压r2Irr12Idrru2（2）跨步电压跨步电压—在接地电位的分布区域内，当人（动物）的双脚分开站在接地电位分布区域内时，由于人的双脚具有不同的对地电位，一般将这种电位差称为跨步电压。一般将人的跨步步距定为0.8m。减小跨步电压的措施：深埋接地体，降低土壤的散流电阻。采用网状接地装置，并缩小接地网的间距，降低接地电阻。敷设水平均压带，降低电位差。（3）接触电压接触电压——通常将地面离设备水平距离为0.8m处对地电位与设备的外壳、架构或墙壁离地面1.8m处两点间的对地电位差为接触电压。基本措施：在距设备外壳周围约1m的地中，埋设20~30cm的辅助接地线并将与主接电线相连接，降低接地电阻。铺沙砂烁或浇混凝土或沥青地面可以提高地面表面电阻，增强绝缘性能。敷设水平均压带，降低电位差。第二节供配电系统的接地形式建筑供配电系统的接地，是指将配电系统或建筑物中的电气装置、设施的某些导电部位经接地线连接到接地极。一保护接地形式在供配电系统中，如果配电线路的绝缘破坏，可能会使电器设备的金属外壳等可导电的部分的对地电位超出的安全电压，危及人身安全。保护接地——将电气设备的外露的可导电部分（金属外壳）与地作金属连接，实现这一接地称为保护接地。）地系统接地（保护接地金属外壳通过独立的接系统接地（保护接零）金属外壳通过公共接地保护接地的基本形式低压配电系统接地的形式根据电源端与地的关系、电气装置的外露可导电部分与地的关系分为TN、TT、IT系统，其中TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S系统。以拉丁文字作代号形式的意义为：第一个字母表示电源与地的关系。T表示电源有一点直接接地；I表示电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。N表示电气装置的外露可导电部分与电源端有直接电气连接；T表示电气装置的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。一TN系统根据国家标准《供配电系统设计规范》GB50052—95规定：TN系统连接的特点就是工作零线和保护接地线有直接的金属连接关系。即有工作零线，电气设备的金属外壳通过低压配电网的中性点接地，既保护接零。SCTNSTNCTNTN————系统可分为合情况按中性线和保护线的组1TN—C系统俗称三相四线制系统。这种方式的连接特点是工作零线和保护合二为一，二者共用，称为PEN线。（1）特点图4TN-C系统优点：简单、经济，配电系统的过电流保护可兼作单相接地故障保护。缺点：单相接地故障时，系统存在着安全隐患。PEN线突然断线，单相故障时，故障电流不能经过PEN线构成回路。保护零线和工作零线共用，PEN线对地存在电位差，设备也有电位差。PEN上有电流流过，对其他设备产生电磁干扰。（2）使用状况现在已经不允许使用。2TN—S系统俗称的三相五线制图5TN-S系统这种方式的特点是将TN—C系统中共用的工作零线和保护零线分开，设置独立的工作零线N和保护零线PN，设备的金属外壳与独立的保护零线连接。（1）特点优点：发生单相短路故障时，故障电流仍然经设备金属外壳和PE线构成回路，供配电线路的过流保护仍然可以兼作单相接地故障保护。设备的外壳对地没有电位差，不会对设备产生电磁干扰。缺点增加了投资。单相接地故障时（PE断线），系统存在安全隐患。（2）使用状况目前我国推广的系统。附：（1）在三相四线制配电线路的进户点再改为三相五线制安装方法是将工作零线和保护零线分开进户，在保护零线上再安装一个重复接地体。（2）将变压器零线的一处或多处通过接地装置与大地的再次连接（重复接地）在1kV以下中性点直接接地的电力系统中，为确保接零安全可靠，除在电源中性点进行工作接地外，还必须在中性线的其他地方进行必要的重复接地。这些地方有：架空线路的干线和分支线的终端及沿线每1km处；电缆或架空线路引入室内或大型建筑物处(但距接地点不超过50m者除外)；室内设备接地时，应将中性线与设备的接地装置相连接。每一重复接地装置的接地电阻均不应大于10Ω。重复接地是保护接零系统中不可缺少的安全措施，它的安全作用主要有以下几方面：(1)通过接地电阻和中性线阻抗的并联，降低漏电设备对地电压。(2)一旦发生中性线断线时，由于重复接地存在，可以减轻触电的危险程度。(3)重复接地和工作接地可构成中性线的并联分支，短路发生时能增大短路电流加速线路保护装置的动作，缩短故障的持续时间。(4)重复接地对雷电流有分流作用，有利于限制雷击过电压的产生和改善防雷性能。3NT—C—S系统系统中有一部分中性线和保护线是合一的。兼有TN—C和TN—S的特点。常用于TN—C的供电方式。图6TN-C-S系统4TN方式的注意事项（1）PE或PEN线必须可靠连接，任何时候都不能断开。（2）不允许在PE线或PEN线上装设熔断器等开关电器。（3）PE线和N线分开后，就不能再合并（出现环流）。二TT系统TT系统有一个直接接地点，电气设施的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极。图7TT系统TT系统的安全性能和电磁兼容性比TN系统好（故障电流经设备金属外壳、独立的接地体和中性点接地电阻构成回路），但成本高于TN系统，在欧洲的应用广泛使用，应用前景比较好。三IT系统电源中性点不接地，而电气设备的金属外壳通过独立的接地体接地的方式。对IT系统来说，各自的PE线独立接地，设备的金属外壳无电位差，在发生单相接地故障时，安全性能更好。图8IT系统四总结1.TN系统中性点直接接地并引出有中性线保护线或保护中性线(顾名思义中性线和地线合为了一体)属于三相四线制系统系统有个特点就是设备不单独接地只系统接地.分TN-C、TN-S和TN-C-S三种。a)TN－S系统：整个系统的中性导体和保护导体是分开的。b)TN－C系统：整个系统的中性导体和保护导体是合一的。c)TN－C－S系统：系统中一部分线路的中性导体和保护导体是合一的。2.TT系统也属于三相四线制系统但除了系统接地外用电设备分别单独接地。3.IT系统是中性点不接地或经1kΩ阻抗接地其他用电设备单独接地.通常不引出N线。第三节接地计算和接地装置一接地电阻的计算自然接地体接地网水平接地体垂直接地体接地装置1垂直接地体Ld4LL2ElnR—土壤电阻率L—接地体长度d—接地体直径多根垂直接地体nRnE1ER—利用系数（它表示由于电流相互屏蔽而使电流不能充分利用）2水平接地体ｎ≤12，每根长约60米,ρ——为土壤电阻率；L——为接地体长度。单根—LRE多根—）（2.1062.0EnR表1垂直管形接地体的利用系数3接地网发电厂和变电所接地sLs44.0E5.0RL—接地体（包括水平、垂直）总长度S—接地网面积（接地网在冲击电流的作用下同样具有火花和电感效应影响，这个问题涉及很复杂，常常需要通过实验来掌握）部分自然接地体的工频接地电阻可采用下列公式计算。（1）电缆金属外皮和水管等的接地电阻RE≈2ρ/l(Ω)式中，ρ——为土壤电阻率；l——为电缆及水管等的埋地长度。（2）钢筋混凝土基础的接地电阻式中，ρ——为土壤电阻率；V——为钢筋混凝土基础的体积，m3。4自然接地体的接地电阻的计算)(2.03VRE5接地装置计算过程（1）按设计规范要求确定允许的接地电阻值。（2）实测或估算可以利用的自然接地体的接地电阻。（3）计算需要补充的人工接地体的接地电阻。EEnEEnEmRRRRR需要的人工接地体电阻—EmR自然接地体电阻—EnR允许接地电阻—ER（4）计算单根接地体的接地电阻。（5）计算接地体的数量EmEERRn)1(例题有一个50kVA的变压器中性点需要接地，可利用自然接地体的电阻为25Ω，已知接地电阻的要求值不大于10Ω,接地处的土壤电阻率为150Ωm。试确定接地装置的方案并求出相应的参数。解（1）先求出需要补充的人工接地装置的电阻值。67.1610252510EEnEEnEmRRRRR（2）根据需要补充的人工接地体电阻值，可以初步确定采用垂直钢管接地体，并用扁钢焊成一排的方案。求出单根垂直钢管接地电阻。60R5.2150L1E）（（3）计算接地体的数量查利用系数表得83.0~79.0E,取为0.8，接地体的数量05.467.168.060)1(EmEERRn（4）最后的方案是，考虑接地体的均匀对称布置，选取5根直径50mm，长为2.5m的镀锌钢管做垂直接地体，并用40mm×40mm×40mm的镀锌扁钢焊接，敷设成一字形，管间的距离为5m，这样就可以满足接地电阻小于10Ω的要求。二接地装置1接地体优先使用自然接地体。如果自然接地体不能满足要求时，再考虑增加人工接地体。（1）垂直接地体接地体的布置根据安全、技术要求，因地制宜安排，可以组成环形、放射形或单排布置。为了减小接地体相互间的散流屏蔽作用，相邻垂直接地体之间的距离不应小于2.5～3m，垂直接地体的顶部采用扁钢或直径圆钢相连，上端距地面不小于0.6m，通常取0.6～0.8m。常用的几种垂直接地体布置形式如图10。图10常用的垂直接地体的布置图9单个垂直接地体的安装（2）水平接地体多岩石地区和土壤电阻率较高（）的地区，因地电位分布衰减较慢，接地体宜采用水平接地体为主的棒带接地装置。水平接地体通常采用扁钢或直径为φ12～φ16的圆钢组成，可以组成放射形、环形或成排布置，水平接地体应埋设于冻土层以下，一般深度为0.6～1m，扁钢水平接地体应立面竖放，这样有利于减少流散电阻。常用的几种水平接地体布置形式，如图11。mm44105103图11水平接地体布置（3）接地网发电厂和变电所常采用以水平接地体为主的复合接地体，即人工接地网，对面积较大的接地网，降低接地电阻靠大面积水平接地体。既有均压、减小接触电压和跨步电压的作用，又有散流作用。复合接地体