接地系统的特性分析

1不同接地系统的特性●TT系统接地故障与保护●TN系统接地故障与保护●IT系统接地故障与保护●接地系统的选择2●低压变压器中性点直接与接地极相连接●设备的外露可导电部分（外壳）连接到一个独立的接地电极上L1L2L3NRnRuPETT系统3●故障电流值If=Uo/(Rn+Ru)=220/(10+10)=11A●故障电压值Uf=Ru×If=10×11=110VUL(50V)●故障电流产生危险接触电压●断路器通常不适合消除这类故障Uo－相线对地标称电压，220VUL－安全电压限值，50V380V/220VL1L2L3NIf=11ARu10Rn10Uo=220VUf=110V设备外露可导电部分负载TT系统的接地故障分析4●装设剩余电流保护器(RCD)用于间接接触防护●脱扣条件●接触电压≤安全电压●Ru×IΔn≤UL●即：IΔn≤UL/Ru●举例，图中：●IΔn≤UL/Ru=50/10=5A●IΔn可取1A(或3A)Ru－外露可导电部分的接地电阻IΔn－RCD额定剩余动作电流380V/220VL1L2L3NIn=3ARu10Rn10Uo=220VSCPD25A设备外露可导电部分负载TT系统的间接接触防护5●RCD：ResidualCurrentDevice，剩余电流动作保护器，俗称漏电保护器●RCD的主要功能什么是RCD6●剩余电流的检测原理：传感器检测相线与中线电流的矢量和无故障有故障i1i2i3iNi1i2i3iNai1+i2+i3+iN=0i1i2i3iNai1+i2+i3+iN=idi1i2i3iN0ididRCD的工作原理7●通过安装于所有带电导体之上的电流互感器，检测故障电流●测量并计算电流瞬时值的矢量和●通过磁线圈或继电器令保护装置脱扣，将故障回路断开RCD的工作原理（续）lphM检测Ir测量SN脱扣magnetlNM检测差动继电器测量独立电压供电脱扣8●三种不同类型用于检测不同的故障电流AC类：只用于检测AC剩余电流tIdtIdtIdMulti9系列Multi9系列Vigirex系列VigiCompactNS系列A类：用于检测AC型及脉动直流型剩余电流B类：用于检测AC及A以及平滑直流型剩余电流RCD的不同类型9RCD用于防电气火灾●过热、污染以及意外的损伤都会导致线路绝缘的失效●随着线路对地泄漏电流的增大，可能产生电弧，进而引起火灾危险研究表明，有30%的电气火灾与电气线路的绝缘故障有关。300mA额定动作值的RCD可以有效地检测到危险的泄漏电流，防止电气火灾的发生10●垂直选择性●剩余动作电流的设定：IΔn1＞2×IΔn2●延时时间的设定：T1＞T2(total)●水平选择性RCD间的配合－选择性11●人身保护●危险的故障电流●故障电流不足以启动短路保护装置●保护几乎必须瞬动●由经过计算选择的RCD提供保护●防电气火灾●限制故障电流●用于保护人身的RCD可兼做防电气火灾●供电连续性●通过RCD之间选择性获得TT系统的主要特点12●低压变压器中性点直接与接地极相连接●保护接地线PE和中性线N合并成一根PEN线●常采用重复接地的措施L1L2L3PENRnTN-C系统13●低压变压器中性点直接与接地极相连●装置的外露可导电部分都用PE线连接到同一个接地电极上●PE和中性线分离L1L2L3NPERnTN-S系统14●在TN-C-S系统中●上游部分是TN-C●下游部分是TN-S●注意：禁止在TN-C系统的上游使用TN-S系统●当铜芯电缆的截面积小于10mm2，铝芯电缆(和软电缆)的截面积小于16mm2时,应使用TN-S系统●重复接地的作用TN-C-S系统15●故障电流等于相线对PE线短路电流●故障电流产生危险的接触电压●电源电压降至0.8Uo●当PE线和相线尺寸相同，接触电压是Uf=0.8×Uo/2=88VUL(50V)●断路器脱扣TN系统的接地故障分析16●计算接地故障时的短路电流●If=0.8Uo/(RPE+Rph)其中RPE=L/SPERph=L/Sph●令m=Sph/SPE●短路电流计算式为：If=0.8×Uo×Sph/ρ×(1+m)×L●断路器脱扣的条件：If＞Imt==L＜LmaxTN系统的间接接触防护17●人身防护●故障电流是危险的●故障电流通常大到足以被短路保护装置切断●脱扣必须是瞬时的●如断路器本身的保护条件不能满足要求，可用RCD提供保护●防火●故障电流大●必须用附加的RCD来处理●供电连续性●通过短路保护装置之间的选择性来实现TN-S系统的特点18●人身防护●故障电流是危险的●故障电流通常大到足以被短路保护装置切断●脱扣必须是瞬时的,同TN-S●不能用RCD提供保护●防火保护●不能提供●供电连续性●通过短路保护装置之间选则性实现,同TN-STN-C系统的特点19●低压变压器中性点不与接地极相连接●负载的外露可导电部分都用PE导线连接到一个公共接地极上，形成一个等电位联结L1L2L3NPEIT系统20●低压变压器中性点不与接地极相连接●负载的外露可导电部分都用PE导线连接各自独立的接地极上IT系统（续）L1L2L3NPEPEPE21●对于1km长的电缆：R1=R2=R3=10MC1=C2=C3=0.3µF●50Hz时1km长的电缆：Zeq==35401+R2C22R123Zeq123C3C2C1R3R2R1equivalentto1Req=1R1+1R21R3+Req=3.33MXeq=3.54kXeq=13CIT系统泄漏阻抗22IT系统第一次接地故障分析●计算示例Ru=10Rf=0Zeq=3540(以1Km长电缆为例)If=U0/(RN+Ru+Rf+Zeq)≈220/3540=62mAUf=RuxIf=0.062x10=0.62VRNRUPEZeqRfUf123If电流并不危险，但是必须报警23●系统泄漏阻抗●接触电压不危险●无火灾危险●故障不引起脱扣但必须报警IT系统第一次接地故障分析（续）24持续工作的绝缘监测装置●监测原理：●中性点与大地之间施加一电压，产生注入系统的电流信号(Iinj)●低频交流发生器或直流发生器●测量绝缘电阻IR●注入的电流信号：●直流：直接测量IR●交流低频(2.5Hz)：计算IR●远程报警25首次绝缘故障的定位●故障定位装置(FTD)工作原理：●检测故障电流●通过环形电路互感器检测并指示故障回路●FTD的类型：●手动故障定位仪●固定安装的自动故障定位仪L1L2L3PE26IT系统第二次接地故障分析●如果设备共用接地极●原理同TN-S系统（校验回路最大长度）●由断路器提供保护●中性线的保护强制使用(4P,4D)●适用于IT系统，即单极断路器在线电压下的分断能力(IEC60947-2)L1L2L3PE27IT系统第二次接地故障分析（续）●设备共用接地，用TN系统的校验方法●系统不配出中性线，二次故障为相间短路●系统配出中性线，二次故障为相中短路1.7320.8.Uo.Sph=(1+m).ImtLmaxSphSpEm=SNSpEm=10.8.Uo.(SphorSN)=(1+m).ImtLmax负载Rsnu123PENRsnu123PE28●如果设备独立接地●原理同TT系统●由RCD提供保护L1L2L3NCPIIT系统第二次接地故障分析（续）29●人身防护:●不需要自动断电●由PIM持续监测绝缘状况●由FTD定位绝缘故障点●防火:●无故障电流=不需要●由PIM监测●供电连续性:●完整IT系统的特点30●第一次故障电流很微弱●第一次故障接触电压很低●第二次故障后产生危险接触电压●第二次故障脱扣●发生第一次故障时是安全的●第一次故障发生后不影响供电连续性●使用PIM作故障检测●检查脱扣条件●必要的补充计算IT系统的特点（续）31接地系统的选择●在选择接地系统类型时，必须考虑下面几方面因素●按照IEC60364对人身保护的要求●按照IEC60364对设备保护的要求●供电连续性的要求●电磁兼容性的影响●安装维护方便●经济性分析比较32接地系统优点缺点最简单设计：计算量少或不需计算运行：容易确定故障点更改：无需特别校验最大电缆长度安装：RCDs容易安装及设定最便宜铜或铝用量少：4线而非5线3极而非4极用现有的过流保护做人身保护供电连续性最好第一次故障不必脱扣故障电流值低（火灾危险小）供电连续性不好不很便宜：如配出中性线需要5线和4极开关大量使用RCDs某些情况下难以保证RCDs级间选择性配合供电连续性不好必要的计算令设计困难且更改棘手故障电流值高：单纯的绝缘故障就是短路故障：不适用于敏感负载必须封固可调式磁脱扣单元的设定值较为复杂必须有一个可靠并训练有素的维护队伍对中压侧的浪涌电压敏感必须连续监测电网绝缘情况包括中性极在内的所有各极均要设保护，需要安装故障定位设备TTTNIT不同接地系统间的比较33L1L2L3NPELV/LVMV/LVRnRuRuTNCTNSTTITCPI123PENNPE●串联模式接地系统的组合应用34TT(动力设备)IT(特殊负载)123NPE1NPE2NPETNS(照明灯具)RnHV/LV123NPE123NPE●并联模式接地系统的组合应用（续）