电力系统接地分类详解

电力系统接地分类详解在电力系统中，接地是用来保护人身及电力、电子设备安全的重要措施。通常我们将接地分为工作接地、系统接地、防雷接地、保护接地，用他们来保护不同的对象，这几种接地形式从目的上来说是没有什么区别的，均是通过接地接地导体将过电压产生的过电流通过接地装置导入大地，从而实现保护的目的。现代工厂在接地上都要求形成一张严密的网，而所有的被保护对象都挂在这个安全的接地网上，但不同的接地都需要从接地装置处的等电位点连接。对于防雷接地，主要是通过将雷电产生的雷击电流通过接地网这一有效途径引入大地，从而对建筑物起到保护作用。一般有两种避雷方式供选择，其一是避雷针接地，其二是采用法拉第笼方式接地。它们是两种不同的防雷模式，它们在防雷原理上有显著的区别。避雷针的原理是空中拦截闪电、使雷电通过自身放电，从而保护建筑物免受雷击，避雷针的保护范围是从地面算起的以避雷针高度为滚球半径的弧线下的面积，对于法拉第笼，它认为避雷针的范围很小，而且在避雷针保护的空间内仍有电磁感应作用，而且避雷针附近是强的电磁感应区，有很大的电位梯度，在它周围有陡的跨步电压存在，在这一范围内的人们有生命危险，鉴于种种观点，现在的防雷接地系统中法拉第笼占有重要地位。实验证明，一个封闭的金属壳体是全屏蔽的，在雷电流通过时，是沿着壳体的外表面流入大地，而在壳体的内部没有感应电动势及磁通，即雷电流没有对内部的设备产生干扰效应。而法拉第笼下部的环状接地环、等电位均压网也避免了人在此等电位环境中被雷击的危险。采用保护接地是当前低压电力网中的一种行之有效的安全保护措施。通常有两种做法，即接地保护和接零保护。将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接是电气工作的一个重点，也就是我们通常说的接地。将电气设备和用电装置的金属外壳与系统零线相接叫做接零。由于电力系统中采用保护接地，是我们对用电设备、金属结构及电子等设备采取的接地保护措施，这样就可以避免电器设备漏电、线路破损或绝缘老化漏电等漏电事故造成的伤害。通过接地导体将可能产生的线路漏电、设备漏电及电磁感应、静电感应等产生的过电压通过接地回路导入大地，而避免设备等的损坏及保证人生的安全。有了接地保护，可以将漏电电流迅速导入地下，而实现此目的就是要求所有的用电设备、钢结构及电子、仪表设备都要与接地网可靠连接，简单而言，在电力系统中，接地和接零的目的，一是为了电气设备的正常工作，例如工作性接地；二是为了人身和设备安全，如保护性接地和接零。虽然就接地的性质来说，还有重复接地，防雷接地和静电屏蔽接地等，但其作用都不外是上述两种。而针对不同的供电系统，这些接地也有不同的选择。两种不同的保护方式使用的客观环境又不同，如果选择不当，不仅会影响对设备及人身的保护性能，还会影响电网的供电可靠性。对于不同供电方式所要求的接地系统也有区别，采取的保护措施也不同。保护接地中的接零保护与接地保护有几个方面的不同。一是保护原理不同。接地保护的基本原理是限制漏电设备对地的泄露电流，使其不超过某一安全范围，一旦超过某一整定值保护器就能自动切断电源；接零保护的原理是借助接零线路，使设备在绝缘损坏后碰壳形成单相金属性短路时，利用短路电流促使线路上的保护装置迅速动作。二是适用范围不同。根据负荷分布、负荷密度和负荷性质等相关因素。来选择TT系统或TN系统（TN系统又可分为TN-C、TN-C-S、TN-S三种）不同的接地系统。我国现行的低压公用配电网络，通常采用的是TT或TN-C系统，实行单相、三相混合供电方式。即三相四线制380/220V配电，同时向照明负载和动力负载供电。三是线路结构不同。接地保护系统只有相线和地线，三相动力负荷可以不需要中性线，只要确保设备良好接地就行了，系统中的中性线除电源中性点接地外，不得再有接地连接；接零保护系统要求无论什么情况，都必须确保保护中性线的存在，必要时还可以将保护中性线与接零保护线分开架设，同时系统中的保护中性线必须具有多处重复接地。在中性点不接地的供电系统中发生单相对地，非故障相对地电压可能升高为1.732倍相电压（即线电压），由于电容的倍压效益，接地点的间歇性电弧可能在电网中引起更高的过电压，使非故障相的绝缘薄弱点被击穿，造成两相短路，尤其电缆线路会因电弧发热得不到及时散发而爆炸。而对于一些中性点不接地系统，在发生单相漏电时，因为没有泄露回路或回路电阻过大，而设备仍可以正常运行的原因，而因接地电流很小，问题不容易暴露，而当漏电电流一旦与接地良好的金属连接，就有火花放电等现象发生，系统就出现工作不正常现象。因此对于这些小电流接地系统发生单相漏电时，不允许长时间运行，应尽快查出漏电部位并采取保护。而对于中性点接地的供电系统，当发生单相接地故障时，接地点与供电设备接地点之间就会形成回路，接地电流很大，这种系统被称做大电流接地系统，而两个接地点的阻值越小，接地电流就越大。所以对于中性点接地系统，中性点直接接地运行方式下应做到以下三点：①所有用电设备在正常情况下不带电的金属部分，都必须采用保护接零或保护接地；②在三相四线制的同一低压配电系统中，保护接零和保护接地不能混用，即一部分采用保护接零，而另一部分采用保护接地，但若在同一台设备上同时采用保护接零和保护接地则是允许的，因为其安全效果更好；③要求中性线必须重复接地，因为在中性线断开的情况下，接零设备外壳上都带有220V的对地电压，这是绝不允许的。而我个人认为，有了这些很好的接地理论及体系，在设计及施工过程中，要实现彻底的接地保护，有两个工作重点也是不容忽视的，第一部分接地装置的安装，它们必须确保接地阻值在设计范围之内，具备安全、可靠的优点，而且需要通过定期的测量确定接地可靠性。第二部分就是引下线及接闪器，设备、金属结构及用电装置壳体等与接地网的可靠、正确连接。因为有可能一点疏忽就可能对设备及人生的接地保护上失败。例如，我们通常所有的接地连接在一起，构成一张严密的网，而各种设备与他们连接的点不同也是有很大区别的。如果你认为，所有的接地都连接在一起，而选择仪表接地时想就近，选择了一根防雷引下线作为仪表系统接地的引入点，在发生雷击过电流时，就有可能因大的雷击过电流及强的电磁感应对仪表设备及PLC等一些接地要求很严格的精密设备赞成损坏。所以接地连接需要我们一定按设计及规范施工。通常情况下，对于单个建筑物，从接地极、接地网（底下暗敷部分）到等电位接地板，需要将接地网引上点都接到此点，再由此往各个设备及及需要接地保护的部位连接，这样避免电器漏电或雷击过电流给人造成伤害，也避免给其他设备造成损坏。漏电流直接由接地线通过等电位接地板对地放电，从而达到接地的目的。随着设备种类的多样化和数量的日益增长,防雷接地与各种电气设备的接地是分开独立接地,还是共用接地,已成为广大设计工作者十分关心的问题。实践表明，采用共用接地有许多优点，但也存在一些问题，需要正确分析和对待。所谓共用接地是指电力系统的工作接地与电气设备的保护接地、防雷接地等共用一套接地装置或指几个电气设备的接地线汇聚在一起，连接到设置在一个或几个地点的共用接地电极上的接地。1共用接地的优点接地线少，接地系统较简单，维护、检查容易；各个接地电极并联连接的等效接地电阻比独立接地的总电阻小。如果是利用建筑结构体作为共用接地装置，因其接地电阻很小，共用接地的效果就更显著；当有一个接地电极失效时，其他接地电极也能补充，提高了接地的可靠性；减少接地电极的总数，节省了设备施工费用；当负荷设备绝缘损坏发生碰壳短路故障时，可以产生较大的短路电流使保护装置动作。同时能够减小人员触及故障设备时的接触电压；可以减少雷电电压的危害。理论上，为了防止雷电压的反击作用，防雷接地装置与建筑物、电气设备及其系统之间最好能保持足够的距离，但在工程中往往存在许多困难而无法做到。因各种建筑物总有许多引入管线，这些管线分布范围很广，尤其在利用钢筋混凝土建筑物的结构钢筋作为暗敷防雷网时，建筑物管线与电气设备的外壳实际上是无法与防雷系统真正分开的，也无法与电气设备的接地分开。在这种情况下，为限制雷击时电气设备和建筑物接地点电位的增高，应采用共用接地，即将变压器中性点以及各种电气设备的工作接地和保护接地与防雷接地共同连接起来。如大楼建筑物，当把电气部分的接地和防雷接地连成一体后，就使建筑物内的钢筋间构成一个法拉第笼，在此笼内的电气设备和导体都与笼相连接，也就不会受到反击。因此，利用大楼建筑物的金属结构体接地时，大楼内多种系统的接地就可以共用接地，不过，应使共用接地电阻限制在1Ω以下为宜。2共用接地应注意的问题接地电流的性质。接地点电位升高的危害程度与接地电流的大小、持续时间、发生概率等几方面因素有关。例如避雷针、避雷器在雷击时，虽然可能发生大的接地短路电流，但是这种接地电流持续时间短，发生的概率也不高，由这种接地电波引发的电位升高问题危害就不大。但共用接地的接地电阻必须满足各种接地中最小接地电阻的要求，且共用接地的电阻最好能限制在1Ω以下。在中性点接地的低压配电系统中，其共用接地的接地电极上可能集中了系统负荷设备的所有漏电流并形成环流，且有可能长时间流过这种接地电流。一旦系统共用接地电阻值偏离安全限值，就会危及设备及人员的安全。此外，随着计算机及其外围设备的大量使用，为确保它们的正常工作，有必要实施线路滤波器用的接地，在线路与大地之间接上大的电容滤波器，就可能产生相当大的电容电流流向大地，而这种电容电流也包含在漏电流中。电位升高对负荷设备的影响。在共用接地情况下，接地电极电位升高对负荷设备的影响，可以用室内小型组合式变配电柜为例来说明。以往都是将变压器中性点、金属箱体、负荷设备金属外壳共用接地。另外，为了防止避雷器放电时，雷电流有可能使接地电位升高所带来的危险，而将避雷器独立接地。当与该变配电柜连接的负荷设备因绝缘损坏而发生漏电时，其全部环路电流通过共用接地电极，使接地点电位升高，变配电柜箱体的电位也同时升高。这时如果维护检查人员开门查看配电柜内情况，就会有触电的危险，这种事故常有发生。所以，现在在很多情况下不把室内变配电柜中的工作接地与其它接地共用，而是采用独立接地，虽然这样做会给施工增加难度。3共用接地的有关规定我国现行电力行业标准规定，向B类电气装置供电的配电变压器不安装在有B类建筑电气装置的建筑物内，配电变压器高压侧工作于不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地的系统，若该变压器保护接地装置的接地电阻符合50/I且不大于4Ω时，低压系统的工作接地与变压器的保护接地可共用一套接地装置。而对于工作在有效接地系统中的A类电气装置，则要求配电变压器的工作接地应置于保护接地网以外的适当地方，即不得共用一套接地装置。向B类电气装置供电的配电变压器安装在有B类建筑物电气装置的建筑物内时，配电变压器高压侧工作在低电阻接地的系统，当该变压器的保护接地装置的接地电阻符合2000/I，且建筑物采用总等电位连接时，低压系统的工作接地可与该变压器的保护接地共用一套接地装置。工作在A类电气装置中的配电变压器的保护接地可与保护该配电变压器的避雷接地装置共用一套接地装置。另外，如果1kV以上的线路属大接地短路电流系统，而且当发生接地短路故障时能采用迅速切断措施，则也可采用共用接地，但共用接地电阻应小于1Ω。4结束语实践表明，公用低压配电系统中，在各种系统的接地无法做到真正分开的情况下，工作接地与保护接地，保护接地与防雷接地等共用接地更安全，且节省投资、简单和便于维护。对于共用接地存在的问题，可以考虑充分利用大楼建筑的钢架结构体接地，限制共用接地的总接地电阻（小于1Ω）和总等电位连接等办法，将共用接地可能发生的影响和危害减少。新泰李贞义