接地

第十章接地装置第一节接地装置的基本概念第二节接地装置的安装第三节接地电阻思考题与习题第一节接地装置的基本概念一、电气接地的基本概念▉接地与接地装置▉接地电流与接地短路电流▉流散电阻与接地电阻▉对地电压▉接触电势和接触电压▉跨步电势和跨步电压▉中性点、零点、和中性线、零线▉接地线和接地（工作接地、保护接地和重复接地）▉接地系统二、电气接地的作用和分类▉电气接地的作用▉电气接地的分类▉电气设备的接地▉接地与接地装置电气设备的任何部分与大地之间作良好的电气连接，称为接地（1）。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或接地极（2）。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体（3）。间作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体（4）。连接于接地体与电气设备接地部分之间的金属导线，称为接地线与接地体合称为接地装置（5）。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网（6）。▉接地与接地装置接地线又分为接地干线和接地支线，接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。如图10-1所示接地体按其布置方式可分为外引式接地体和环路式接地体。按其形状划分，有管形、带形和环形几种基本形式。按其结构划分，有自然接地体和人工接地体之分。▉接地电流与接地短路电流凡从带电体流入地下的电流即属于接地电流。接地电流有正常接地电流和故障接地电流。正常接地电流指正常工作时通过接地装置流入地下，借大地形成工作回路的电流；故障接地电流指系统发生故障时出现的接地电流。系统一相接地可能导致系统发生短路，这时的接地电流叫做接地短路电流，如接地的380/220V系统的单相接地短路电流。在高压系统中，接地短路电流可能很大，接地短路电流在200A及以下的，称小接地短路电流系统；接地短路电流大于500A的，称大接地短路电流系统。▉流散电阻和接地电阻如图10-2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线的电阻之和。接地线电阻一般很小，可以忽略不计。因此，可以认为流散电阻就是接地电阻。▉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20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。▉接触电势和接触电压接触电势是指接地电流自接地体流散，在大地表面形成不同电位时，设备外壳、构架或墙壁与水平距离0.8m处之间的电位差。接触电压是指设备绝缘损坏时，在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差。如人在发生接地故障的设备旁边，手触及设备的金属外壳，则人手与脚之间所呈现的电位差，即为接触电压，接触电压通常按人体离开设备0.8m考虑。如图10-3所示，a的接触电压为Uc，故障设备对地电压为Ud。▉接触电势和接触电压▉跨步电势和跨步电压跨步电势是指地面上水平距离为0.8m（人的跨距）的两点之间的电位差。跨步电压是指人站立在流过电流的大地上，加于人的两脚之间的电压，如图10-3中的Ub1、Ub2。人的跨步一般按0.8m考虑。图10-3中，紧靠接地体位置，承受的跨步电压最大；离开了接地体，承受的跨步电压小一些，对于垂直埋设的单一接地体，离开接地体20m以外，跨步电压接近于零。考虑人脚底下的流散电阻，实际跨步电压应降低一些。▉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，如图10-4及图10-5所示。▉中性点与中性线、零点与零线、重复接地▉接地线和接地—接地线一般有中性线（代号N）、保护线（代号PE）或保护中性线（代号PEN）。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（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“地线”。▉接地线和接地—接地（工作接地）将电气装置的必须接地部分，通过接地装置与大地有良好的电气连接称为接地。电力系统和电气设备的接地按其不同的作用，可分为工作接地、保护接地、重复接地和接零。（1）工作接地在正常或事故情况下，为了保证电气设备可靠运行而必须在电力系统中某一点进行接地，称为工作接地。这种接地可直接接地或经特殊装置接地，如图10-6所示。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。防雷装置的接地，能在雷击时将强大的雷电流泄入大地，减小雷电流流过时引起的电位升高。▉接地线和接地—接地（保护接地）为防止因绝缘损坏而遭受触电的危险，将与电气设备带电部分相绝缘的金属外壳或构架同接地体之间作良好的物理连接，称为保护接地，如图10-7所示。保护接地的形式有两种：1）设备的外露可导电部分经各自的接地线（PE线）直接接地，如在TT和IT系统中。2）设备的外露可导电部分经公共的PE线（在TN-S系统中）或经PEN线（在TN-C系统中）接地，这种接地型式称为“保护接零”。注意：同一低压系统中，不能有的采取保护接地，有的又采取保护接零，否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压。▉接地线与接地—（工作接地与保护接地图）▉接地线和接地—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，见图10-6。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10-8a所示，这是很危险的。如进行了重复接地，如图10-8b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为，危险程度大大降低。▉接地线和接地—重复接地（图10—8）▉接地系统在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式：一种是电源中性点不接地，一种是中性点经阻抗接地，再有一种是中性点直接接地。前两种合称为小接地电流系统，亦称中性点非有效接地系统，或中性点非直接接地系统。后一种中性点直接接地系统，称为大接地电流系统，亦称中性点有效接地系统。我国10kV系统，一般采用中性点不接地的运行方式。如单相接地电流大于一定数值时（10kV系统中接地电流大于30A、20kV及以上系统中接地电流大于10A时），则应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。我国110kV及以上的系统，则都采用中性点直接接地的运行方式。▉电气接地的作用电气接地的作用主要包括以下几点：（1）防止人身遭受雷击将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地极之间作良好金属连接，以保护人身安全，防止人身遭受电击。（2）保障电气系统正常运行电力系统接地一般为中性点接地，中性点的接地电阻很小，因此中性点与地间的电位接近于零。系统由于有了中性点的接地线，也可保证继电保护的可靠性。（3）防止雷击和静电的危害▉电气接地的分类1.按接地作用分类常用的接地可分为以下几种：1）系统接地；2）设备的保护接地；3）防雷接地；4）屏蔽接地；5）防静电接地；6）等电位接地7）电子设备的信号接地及功率接地2.按接地形式分类接地极按其布置方式可分为外引式接地极和环路式接地极。若按其形状，则有管形、带形和环形几种基本形式。若按其结构，则有自然接地极和人工接地极之分。▉电气设备的接地为了保证安全必须将正常时不带电而故障时可能带电的电气设备的外露导电部分采用保护接地、或保护接零的措施，接地装置设计技术规程对必须接地和不须接地部分作了明确的规定。（1）电气设备的外露导电部分接地；（2）电气设备外露导电部分不接地；（3）外部导电部分第二节接地装置的安装一、接地装置的敷设要求二、接地装置的安装▉接地体的安装——自然接地体的利用▉接地体的安装——人工接地体的安装▉接地线的安装——自然接地体的选用▉接地线的安装——人工接地线的选用▉接地装置的敷设要求（1）为减少相邻接地体的屏蔽作用，垂直接地体的间距不宜小于其长度的两倍，水平接地体的间距不宜小于5m。（2）接地体与建筑物的距离不宜小于1.5m。（3）围绕屋外配电装置、屋内配电装置、主控制楼、主厂房及其它需要装设接地网的建筑物，敷设环形接地网。这些接地网之间的相互连接不应少于两根干线。对大接地短路电流系统的发电厂和变电所，各主要分接地网之间宜多根连接。为了确保接地的可靠性，接地干线至少应在两点与地网相连接。自然接地体至少应在两点与接地干线相连接。▉接地装置的敷设要求（4）接地线沿建筑物墙壁水平敷设时，离地面宜保持250～300mm的距离。接地线与建筑物墙壁间应有10～15mm的间隙。（5）接地线应防止发生机械损伤和化学腐蚀。与公路、铁道或化学管道等交叉或有可能发生机械损伤的地方，对接地线应采取保护措施。在接地线引进建筑物的入口处，应设标志。（6）接地网中均压带的间距D应考虑设备布置的间隔尺寸，尽量减少埋设接地网的土建工程量及节省钢材。视接地网面积的大小，一般可取5、10。对330kV及500kV大型接地网，也可采用20间距。但对经常需巡视操作的地方和全封闭电器则可局部加密（如取D=2～3）。▉接地装置的敷设要求（7）接地线的连接需注意以下几点：1）接地线连接处应焊接。如采用搭接焊，其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。在潮湿的和有腐蚀性蒸汽或气体的房间内，接地装置的所有连接处应焊接。该连接处如不宜焊接，可用螺栓连接，但应采取可靠的防锈措施。2）直接接地或经消弧线圈接地的主变压器、发电机的中性点与接地体或接地干线连接，应采用单独的接地线。其截面及连接宜适当加强。3）电力设备每个接地部分应以单独的接地线与接地干线相连接。严禁在一个接地线中串接几个需要接地的部分。▉接地体的安装—自然接地体的利用接地装置的安装分接地体的安装和接地线的安装。接地体的安装又分自然接地体的利用和人工接地体的装设。在设计和安装接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材。自然接地体是用于其他目的，但与土壤保持紧密接触的金属导体。如果实地测量所利用的自然接地体电阻已能满足要求，而且这些自然接地体又满足热稳定条件，就不必再装设人工接地装置，否则应装设人工接地装置。对于大接地电流系统的发电厂和变电所则不论自然接地体的情况如何，仍应装设人工接地体。自然接地体至少应由两根导体在不同地点与接地网相连（线路杆塔除外）。▉接地体的安装—自然接地体的利用用来作为自然接地体的有：上下水的金属管道；与大地有可靠联接的建筑物和构筑物的金属结构；敷设于地下其数量不少于二根的电缆金属外皮及敷设于地下的非可燃可爆的各种金属管道；非绝缘的架空地线等；对于变配电所来说，可利用其建筑物钢筋混凝土基础作为自然接地体。利用自然接地体时，一定要保证良好电气连接，在建筑物结构的结合处，除已焊接者外，凡用螺栓连接或其他连接的，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小于规定值。