家庭电路和安全用电(修订版)(五)接地保护(附等电势联结)

家庭电路和安全用电（五）接地保护河北保定河北大学修订版（2012.9）王绍符新概念基础物理1IT接地保护系统2TT接地保护系统3TN接地保护系统4接地保护系统的选用附：等电势联结引言接地保护系统分为IT，TT，TN三种（1）第一个字母说明电源对地的关系字母“I”表示电源与地隔离，如三相三线系统电源不接地；字母“T”表示电源有一点与地直接连接，如三相四线系统电源的中性点接地.（2）第二个字母说明用电装置外露导电部分(如金属外壳)对地的关系字母“T”表示外露导电部分直接接地，这在我国习惯上常称之为“接地”；字母“N”表示外露导电部分与电源中性点连接而接地，这在我国习惯上常称之为“接零”.IT系统电源不接地，用电器的外壳接地，如图所示.该系统不引出中性线，多用于三相三线负载.其特点是发生故障后无需停电，也不会发生人身电击事故.多用于不能间断供电部门，如手术室等.一般住宅供电不采用IT系统.1IT接地保护系统1.1IT接地保护系统故障（一）IT接地故障保护系统电源不接地，也不引出中性线．用电设备金属外壳接地．如果有一相线发生与外壳接触故障，此时故障电流Id回路包括接地电阻RA及另两相对地电容的阻抗，所以故障电流Id的值很小，其故障电压不超过安全电压限值.d50VAIR第一次接地故障不会引起人身电击等事故发生，也不中断对用电设备的供电．但是在IT系统中应安装绝缘监测器，发生第一次故障后发出声光信号，以便及时排除.如果发生第一次接地故障后未能及时排除，随后又发生另一相线接地故障就会形成两相短路，这就是所谓第二次接地故障．第二次接地故障将引起保护电器发生动作切断电源．IT系统不宜引出中性线，因为引出中性线后如果中性线发生接地故障，绝缘监测器不能给出信号，故障无法发现，而此时的IT系统则已退化为TT系统．从而失去IT系统发生故障不间断供电的优点．1.2IT接地保护系统故障（二）TT系统接线方式如图所示，三相电源的中性点接地，用电处另行埋设保护接地线PE.用电器的金属外壳与此保护接地线PE相连.分散的住宅常采用这种系统.2TT接地保护系统TT系统如果发生相线碰壳事故，故障电流Id通过大地构成回路，如图所示.该电流使保护器rcd动作，切断电源，消除危险.2.1TT接地保护系统故障（一）d22044IA=27.5ATT系统对外壳的接地电阻和保护电器有一定的要求，接地电阻不能大于4Ω.另外，保护器的动作电流必须小于某一定值.当供电电压为220V，电源及电器两处的接地电阻均为4Ω时，则发生相线碰壳事故时故障电流为如果该电路中保险丝额定值不小于27.5A，将长时间不熔断，保护失效.这种情况下，保护线PE及与之相连的所有电器的外壳对地电压均为110V，有触电危险.所以采用TT系统时，对使用大功率用电器受到限制.如加装漏电保护器则可改观.2.2TT接地保护系统故障（二）TN-C系统TN-S系统TN-C-S系统TN系统是最常用的保护系统.电源的中性点接地，并引出中性线N.TN系统又可分为TN-C，TN-S，TN-C-S三种子系统.3TN接地保护系统TN-C系统工作中性线同时用作保护接地线，符号为PEN.3.1TN-C接地保护系统TN-C系统工作原理是，如果用电器发生某根相线碰壳事故，则经过PEN线形成单相短路，短路电流迫使保护器动作，切断电源.TN-C系统可以通过适当选择PEN线的截面积，以及在较长线路上将PEN线重复接地等措施，使PEN线的阻抗足够小，从而发生相线碰壳事故时短路电流足够大，能使保护器能在规定的时间内切断电源，因此解决了TT系统不适于应用较大功率电器的问题.3.1.1TN-C系统中的错误接法用TN-C系统电器外壳不能直接与室内的中性线连接.住宅供电系统末端往往存在着严重的三相负载不平衡现象，PEN线上电流较大，如果电器外壳直接与室内的中性线连接就会使接地的电器外壳对地有较高电压，也可能造成危险.3.1.2TN-C系统的缺陷TN-C系统存在很大缺陷，如不能出现PEN线断线.如果PEN线在A点断开，而A点之后又没有重复接地线，则A点之后只要有一个电器未关断，就会导致所有接PEN线的电器外壳对地电压为相电压.这将造成大范围触电危险.TN-S系统从电源中性点引出两根线，一根是工作中性线N，另一根是保护线PE.这样，N线断开不会使电器外壳带电.TN-S系统的缺点是比TN-C系统多用一根导线.线路较长时，装置费用要增加.此系统多用于变压器在楼内的高层建筑.尽管TN-S系统的PE线和N线都是从电源中性点引出来的，但用途不同，布线方式也不同，绝不允许掉换使用.否则退化为TN-C系统.3.2TN-S接地保护系统TN-C-S系统是个折衷方案.在干线上PE和N合用一根PEN线.这样可以节约线路装置费用.在线路末端(如进入建筑物处)再把PEN线分开为PE线和N线，如此可以克服TN-C系统中存在的主要问题.此系统被广泛应用于住宅小区楼房供电.3.3TN-C-S接地保护系统TN-C-S接地保护系统故障TN-C-S系统发生相线与用电设备外露导电部分接触，故障电流Id通过PE线，以及PEN线到电源形成短路.短路电流Id使保护电器瞬时动作切断电路，保障安全.接地故障保护系统应根据建筑物的功能、用电设备的特点、人员情况、地理条件等选用．各种接地系统都有其优点也有其不足之处，并不存在某种最优且能普遍适用的系统．4接地保护系统的选用（1）TT接地保护系统由于故障电流要通过大地，而接地电阻不小于4Ω，从而故障电流较小.以220V电压、两处接地电阻合计8Ω计算，故障电流约为27.5A,不足以使保护电器动作切断电源，以至使用电器外露导电部分带有约110V的电压.TT接地保护系统加漏电保护器情况可以得到改善.4.1接地保护系统的选用（一）（2）TN接地保护系统故障电流通过的是金属导体，不通过大地，因而无上述问题.但是多一条保护线PE,成本较高.4.2接地保护系统的选用（二）（3）分散用户适宜用TT接地保护系统加漏电保护器;成片的小区适宜用TN-C-S接地保护系统;高层建筑变压器在楼内，适宜用TN-S接地保护系统.此外，设置等电势联结可以起到更好的安全保护作用.但是，任何保护措施都不能说万无一失，更重要的是要有安全意识.4.3接地保护系统的选用（三）附：等电势联结等电势联结（EB）(在工程技术中称作等电位联结).等电势联结就是将建筑物内的PE线、人工接地线、各种设施的金属管道、建筑物的金属构件等，都用截面较大的导线汇接，使建筑物内人所能接触到的导体都处于同一电势.设置有重复接地及总体等电势联结（MEB）的TN-C-S接地保护系统等电势连接故障电流为Id，建筑物内部PE线的阻抗为ZPE.由于ZPE很小，所以预期接触电压UC也就很低，因而可以起到安全保障作用.CdPEUIZ等电势联结除总体等电势联结（MEB）外，还有局部等电势联结（LEB）,如住宅建筑内的卫生间，环境潮湿，安全电压限制一般只有25V（远小于通常的50V），像这种情况可在卫生间内部设置等电势联结，这就是局部等电势联结（LEB）.等电势联结的采用可以降低对重复接地的要求，还有防雷和抗电磁干扰的作用，这对信息网络技术迅速普及的今天来说，已成为不可少的有效安全措施.THEEND