接地和接零

§1接地和接零接地和接零的基本目的有两条,一是按 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 的工作要求需要接地;二是为了保障人身和设备安全的需要接地或接零｡按其作用可分为四种｡a.工作接地;b.保护接地;c.保护接零;d.重复接地｡一､工作接地1､什么是工作接地?在采用380/220V的低压电力系统中,一般都从电力变压器引出四根线,即三根相线和一根中性线,这四根兼做动力和照明用｡动力用三根相线,照明用一根相线和一根中性线｡在这样的低压系统中,考虑当正常或故障的情况下,都能使电气设备可靠运行,并有利人身和设备的安全,一般把系统的中性点直接接地,如图-1中的R0即为工作接地｡由变压器三线圈中点引出的线也叫中性线即零线,该点就叫中性点｡工作接地的作用有两点,一是减轻一相接地的危险性;二是稳定系统的电位,限制电压不超过某一范围,减轻高压窜入低压的危险｡2､工作接地是如何减轻一相接地的危险性的呢?如图-2所示,如果电网的中性点不接地,当有一相碰地时,接地电流不大,设备仍可运行,故障可能长时间存在,但这时电流可能通过设备和人体回到零线而构成回路,这是很危险的｡应当看到,发生上述故障时,不只是某一接零设备处在危险状态,而是由该变压器供电的所有接零设备都处在危险状态中,同时,没有碰地的两相对地电压显著升高,大大增加触电的危险｡如果是如图-3那样,变压器的中性点直接接地,即变压器有工作接地,上述危险就可减轻或基本消除,这时,接地电流Id主要通过碰地处接地电阻Rd和工作接地电阻R0构成回路,接零设备对地电压为:U0=Id*R0=U/(Rd+R0)*R0(式-1)由此可见,减少R0可限制U0在某一安全范围以内｡3､工作接地是如何稳定系统电位的呢?如图-4所示,高压为10kV电网,低压为380/220V电网,当绝缘损坏时,高压电意外窜入低压边时,整个低压系统对地电压都将升高,如果低压系统不接地,其对地电压可升高到数千伏,这对大量接触低压设备的工作人员是非常危险的｡如果象图-4示那样,低压边中性点直接接地,则低压边对地电压将受到工作接地电阻的限制,不会太高｡这时,高压接地电流Icd通过低压工作接地和高压线路对地分布电容构成回路｡低压零线对地电压U0=Id*r0(式-2)一般情况下,要求在发生高压窜入低压时U0不得超过120伏,这就要求工作接地电阻:r0≤120/Icd(式-3),对于中､小容量的10千伏电网,高压接地电流一般不超过30安,r0≤4欧姆是能满足上述要求的｡二､保护接地1､什么是保护接地呢?保护接地就是电气设备在正常运行的情况下,将不带电的金属外壳或构架用足够粗的金属线与接地体可靠地连接起来,以达到在相线碰壳时保护人身安全,这种接地方式就叫保护接地,对于保护接地电阻值的要求是:R0<4欧姆｡该接地方式适用于三相电源中性点不接地的供电系统和单相安全电压的悬浮供电系统的一种安全保护方式｡这种系统必须有独立的变压器供电,具体的应用场合有:矿山地下作业,有爆炸危险的化工单位,以及其他高度危险环境的供电场所｡图-5即为保护接地的示意图｡2､保护接地的工作原理是什么?如图-6所示,在不接地的低压系统中,当一相碰壳且人接触机壳时,接地电流Id通过人体和电网对地绝缘阻抗形成回路｡如各相对地绝缘阻抗相等,运用电工学的方法,可求得漏电设备的对地电压:Ud=U*3Rr/3Rr+Z(式-4)｡式中:U--电网电压;Rr--人体电阻;Z--电网每相对地绝缘阻抗｡电网对地绝缘阻抗Z由电网对地分布电容和对地绝缘电阻组成,并可看作是二者的并联｡一般情况下,绝缘电阻大于分布电容的容抗,如果把绝缘电阻看作是无限大,则对地电压:(式-5)式中:C--每相对地分布电容;Xc=1/wc;ω=2лƒ为电源角频率｡当电网对地绝缘正常时漏电的设备对地电压很低,但当电网绝缘性能显著下降,或电网分布很广时,对地电压可能就会上升到危险的程度｡这就由必要采取图-7所示的保护接地措施｡有了保护接地以后,漏电设备对地电压主要决定于保护接地电阻Rb的大小｡由于Rb和Rr并联,且Rb﹤Rr,可以近似的认为对地电压:Ud=U*3Rb/(3Rb+Z)(式-6)｡又因Rb﹤Z,所以设备对地电压大大降低｡只要适当控制Rb的大小,即可限制漏电设备对地电压在安全范围内｡例如,对于长度1km的380V电缆电网,如人体电阻为1500欧姆,当发生漏电且人体触及设备时,人体承受的电压约为127V,通过人体的电流约为84.5mA,这对人体是很危险的｡这种情况下,如果加上保护接地,且接地电阻Rb=4欧姆,则人体承受的电压降低为0.415V,通过人体的电流降低为0.277mA,对人体就没有危险了｡在不接地的电网中,单相接地电流的大小主要取决于电网的特征,如电压的高低､范围的大小､敷设的方式等｡一般情况下,由线路对地分布电容决定的电抗都比较大,而绝缘电阻还要大得多,数以兆欧计,计算时可看作是无限大｡因此,单相接地电流一般都很小,这就有可能采用保护接地把漏电设备对地电压限制在安全电压以下｡但重要的一条是----在有接地的电网中,这条规律是不一定成立的｡3､保护接地的应用范围有哪些呢?保护接地适用于不接地的电网｡在这种电网中,无论环境如何,凡由于绝缘破坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分,除另有规定外,都应采取保护接地措施,主要包括:(1)电机､变压器､开关设备､照明器具及其它电气设备的金属外壳､底座及与其相连的传动装置;(2)户内外配电装置的金属构架或钢筋混凝土构架,以及靠近带电部分的金属遮拦或围栏;(3)配电屏､控制台､保护屏及配电柜(箱)的金属框架或外壳;(4)电缆接头盒的金属外壳､电缆的金属外皮和配线的钢管;此外,某些架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔､互感器的二次线圈等,也应予以接地｡三､保护接零1､什么是保护接零什么是保护接零呢?保护接零就是电气设备在正常运行的情况下,将不带电的金属外壳或构架与电网的零线紧密地连接起来,这种接线方式就叫保护接零｡如图-8所示｡从图-8中可知,万一某一相线碰壳时,短路电流要比保护接地时大得多,使相线的熔丝熔断,以达到保护人身地的安全｡在中性点接地的系统系统中宜采用该接地方式｡2､保护接零的工作原理使怎样的呢?图-9为保护接零的原理图,从图中可以看出,当有某一相带电的相线碰连上外壳时,通过设备外壳形成该相线对零线的单相短路(即碰壳短路),短路电流Id总是比较大,这样促使安装在相线线路上的保护装置,如熔断器Rd迅速动作,从而把故障部分与电源分断开来,消除隐患保障了人身的安全｡我们再进一步地来分析不采用该接地方式会出现怎样地情况｡在三相四线制变压器中性点直接接地的电网中,如果用电设备不采取任何的安全措施,则设备漏电时,触及设备的人体将承受近220V的相电压,这样的情况显然是非常危险的｡如图-10所示,当有一相带电部分碰连设备外壳时,事故电流经过人体和变压器的工作接地构成回路,其大小为:IR=U/(Rr+R0)(式-7)式中的U为220V相电压;Rr为人体电阻;R0为工作接地电阻｡这样一来,工作接地电阻R0通常在4欧姆以下,比人体电阻Rr要小得多,可以忽略不计｡而人体的电阻如果按1000欧姆考虑的话,则通过人体的电流就为IR=220/1000=0.22安=220毫安｡已知,20~25毫安以上的工频电流对人体就有危险了,而100毫安的电流就足以使人致命,这里的220毫安的电流给人带来的危险就更可想而知了,所以,在变压器的中性点直接接地的系统中,没有安全装置是绝对不允许的｡3､在变压器中性点直接接地的系统中,如果不采用保护接零而采用保护接地,情况又会怎样呢?我们也可以来分析一下,在变压器中性点直接接地的系统中,不采用保护接零而采用保护接地所出现的情况是什么｡如图-11中电动机设有保护接地装置,接地电阻为Rd,当一相带电部分碰连外壳时,人体处在和保护接地装置并联的位置,其简化电路图如图-12所示｡这时,事故电流大部分经过保护接地电阻Rd和工作接地电阻R0形成回路,只有很少一部分通过人体｡通过人体的电流决定于人体电阻和人体的接触电阻｡按照图-12的情况,人体接触电压即电动机的外壳对地电压亦即降在接地电阻Rd上的电压,为了要知道人体承受的电压,要先求出事故电流｡因为Rr比Rd要大得多,所以能近似地认为事故电流为:ID=U/(R0+Rd)(式-8),根据规定,R0和Rd都不得超过4欧姆｡如果都按4欧姆考虑,可以得到:Id=(220/4+4)=27.5(A)从这里可以近似求出人体承受得电压:UR=Id*Rd=27.5*4=110(V),如果人体电阻按1000欧姆考虑,则通过人体得电流为:IR=UR/Rr=110/1000=0.11(A)=110(MA)这个数值对人来说还是非常危险的｡另一方面,这27.5安的事故电流不足以引起中等容量以上的线路的保护装置动作,设备上的危险电压就会长期存在,一般采用自动开关作保护装置的线路,要求事故电流大于其整定电流的1.25倍;采用熔断器作保护装置的线路,要求事故电流大于其额定电流的4倍｡只有这样,才能保证在发生事故时,保护装置迅速切断电源｡因此｡从安全角度考虑,对于上述27.5安的电流,只能使用整定电流为27.5/1.25=22安以下的自动开关或27.5/4=6.9安以下的熔断器｡这在实际当中显然是不能让人满意的｡那么,能不能用降低接地电阻R0和Rd的 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来增加事故电流,以使保护装置迅速动作呢?理论上是可以的,但在实际上却是困难重重的｡例如,对于100A的熔断器,事故电流应大于400A,要求接地电阻为:(Ro+Rd)≤U/Id=220/400=0.55欧姆,要求达到这样小的接地电阻,不但不经济,且在土壤电阻较高的地方,简直就是不可能的事｡因此,这个办法也是难以行通的｡类似地,采用降低保护接地电阻Rd以降低事故设备对地电压的办法也是难以行通的｡假如限制事故设备对地电压Ud=36V,则降在工作接地电阻上的电压U0=U-Ud=220-36=184V,若工作接地电阻R0仍按4欧姆考虑,可求得:Rd=Ud/U0*R0=36/184*4=0.78欧姆｡显然,这样的做法也是不合适的｡由以上的分析可知:①在变压器中性点直接接地的三相四线系统中,电器设备不接地是很危险的｡②在这样接地的配电系统中,单纯采用保护接地也不能保证安全的｡所以,在这种系统中必须采用保护接零作为安全措施｡4､保护接零的适用范围｡该接地方式的应用范围可以说是十分的广泛｡在220/380V三相四线制､且中性点直接接地的电网中,不论环境如何,凡由绝缘损坏而可能呈现对地电压的金属外壳部分均应采用接零保护｡例如,电动机的外壳､与电动机相连的金属构架和机器､车间的配电箱､配电室的开关柜､穿有电线的金属管､电缆的金属外皮等等,都必须要有可靠的接零保护｡四､保护接地和保护接零它们都是维护人身安全的两种技术措施,虽也有相似的地方,但二者在本质上是不同的;1､不同之处⑴保护原理不同低压系统保护接地的基本原理是限制漏电设备对地电压,使其不超过某一安全范围;高压系统的保护接地,除限制对地电压外,在某些情况下,还有促成系统中保护装置动作的作用｡保护接零的主要作用是借接零线路使设备漏电形成单相短路,促使线路上的保护装置迅速动作;其次,保护接零系统中的保护零线和重复接地也有一定的降压作用｡⑵适用的范围不同保护接地适用于一般的低压中性点不接地的电网及采用了其它安全措施的低压接地电网,保护接地也能用于高压不接地的电网之中｡保护接零适用于中性点直接接地的低压电网,不接地电网不必采用保护接零｡⑶线路结构不同保护接地系统除相线外,只有保护地线｡保护接零系统除相线外,必须有零线;必要时保护零线要与工作零线分开;其重复接地装置也应有地线｡2､相同之处⑴在低压系统中都是为了防止漏电造成触电事故的技术措施｡⑵要求采取接地措施与要求采取接零措施的项目大致相同｡⑶接地和接零都要求有一定的接地装置,而且各接地装置的接地体和接地线的 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､连接都基本相同｡3､在同一配电系统中保护接地和保护接零不能混用为什么在同一配电系统中,保护接地和保护接零不能混用呢?如图-13所示,设备A采用的是保护接零,B采用的是保护接地且同在一配电系统之中,当设备B发生碰壳时,电流通过Rd和R0形成回路,电流不会太大线路可能不会断开,但故障将长时间存在｡这时,除了接触该设备的人员有触电的危险外,由于零线对地电压升高达到U0=U/(Rd+R0)*R0(式-9)的值,致使所有与接零设备接触的人员都有触电的危险｡因此,在同一配电系统中不允许保护接地和保护接零这两种接地方式混用｡五、重复接地1､什么是重复接地?重复接地就是将零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接,如图-14那样,就称为重复接地｡2､重复接地的作用是什么呢?重复接地的作用是在降低漏电设备对地电压､减轻零线断线的危险性､缩短故障时间､改善防雷性能等方面起着重要的作用｡1）重复接地是如何地降低漏电设备的对地电压?图-15是没有重复接地的保护接零系统,当发生碰壳短路时,线路保护装置将迅速动作,切断电源｡但从碰壳短路起,到保护装置动作完毕止的短时间内,设备外壳是带电的,其对地电压即短路电流在零线部分产生的电压降为:Ud=Ui=Id1*Zl=U/(Zx+Zi)*Zi(式-10)｡式中:Id1——单相短路电流;Zi——零线阻抗;Zx——相线阻抗;U——电网相电压｡零线阻抗越大,设备对地电压就越高｡一般情况下,这个电压对人是危险的｡应当指出,企图用降低零线阻抗的办法来获得设备上的安全电压是不现实的｡例如,如果要求设备对地电压Ud=50V,则在220/380V系统中,零线阻抗必须小于相线阻抗的30%,或者说零线导电能力必须大于相线导电能力的3.4倍｡这当然是很不经济,也是不现实的｡一般情况下,零线导电能力不应低于相线导电能力的50%,即相当于零线阻抗不应高于相线阻抗的2倍,这时,如果发生碰壳短路,设备对地电压约为:Ud=Zi/(Zx+Zi)*U=2Zx/(Zx+2Zx)*U=2/3*220≈147V由此可见,单纯接零还是有触电的危险的｡在上述情况下,如象图-16那样再加上重复接地,则设备对地电压就可以降低,触电危险就可减轻｡图中的Rc是重复接地装置的接地电阻,这时,由于有了Rc,零线对地电压重新分布｡接零设备的对地电压即接地电流Id通过接地电阻Rc的电压降,即Ud=Uc=Id*Rc=Ul/(Rc+R0)*Rc(式-11)显然,这时设备对地电压只占零线电压降的一部分｡假定零线电压仍为147V(实际上有了Rc和R0与零线并联,零线电压该应该更低一些),并假定Rc=10欧姆､R0=4欧姆,可求得设备对地电压:Ud=147/(10+4)*10=105V｡这个电压虽然对人还是存在危险,但危险性却相对减小了｡2)重复接地是如何减轻零线断线的危险性的?图-17为没有重复接地的接零系统｡当零线断线时,断线处后面的某一设备碰壳时,事故电流通过触及设备的人体和工作接地构成回路,又因为人体的电阻要比工作接地的电阻R0大得多,所以在断线处后面人体几乎承受全部的相电压｡图-18为有重复接地的接零系统｡那么从图中可知,情况就大不一样了｡这时,碰壳电流主要通过重复接地电阻Rc和工作接地R0构成回路,在断线处后面,接零设备对地电压为:Uc=Id*Rc(式-12)。在断线处前面的那部分,接零设备对地电压为:U0=Id*R0(式-13),Uc与U0之和为电网相电压｡因为,Uc和U0都小于相电压,所以危险程度减轻了一些｡在保护接零系统中｡当零线断线时,即使没有设备发生碰壳短路,而是出现三相负荷不平衡,零线上也可能出现危险的对地电压｡在这种情况下,重复接地也有减轻或消除危险的作用｡如图-19所示,在两相停止用电一相保持用电的情况下,电流将通过该相负荷､人体和工作接地构成回路｡因为人体电阻较大,所以大部分电压降在人体上,触电的危险性就很大了｡如果是如图-20所示的那样,零线上或设备上有了重复接地,则人体承受的电压(设备为对地电压)即为重复接地电阻Rc上的电压降。一般来说,Rc与负荷电阻和工作接地电阻相比不会太大,其上电压降页只占电网相电压的一部分｡从而减轻或消除触电的危险｡3）重复接地是如何缩短故障时间的?因为重复接地和工作接地构成零线的并联分支,所以当发生短路时,能增加短路电流,而且线路越长,效果越显著,这就加速了线路的保护装置的动作,缩短了事故持续时间｡4）重复接地如何改善防雷性能的?架空线路零线上的重复接地,对雷电有分流的作用,有利于限制雷电的过电压,改善了防雷的性能｡§2接地和接零为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。1.工作接地即将中性点接地目的：(1)降低触电电压(2)迅速切断故障。在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。(3)降低电气设备对地的绝缘水平2.保护接地当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,当人触及外壳,接地电流Ie将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R'及分布电容C'回到电源。当R'值较低、C'较大时，Ib将达到或超过危险值。保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。(用于中性点不接地的低压系统)3.保护接零（用于380V/220V三相四线制系统）把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。注：中性点接地系统(1)不允许采用保护接地，只能采用保护接零；(2)不准保护接地和保护接零同时使用。此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电，其对地电压为110V。§3接地相关一、接地的一般概念1、接地和接地装置接地：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地装置：由接地体和接地线两部分组成。接地体：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。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、建筑物的基础等，称为自然接地体。接地线：接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线。接地线在设备正常运行时是不载流的，但在故障情况下通过接地故障电流。接地线又分为接地干线和接地支线。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。2、接地电流和对地电压当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流，称为接地电流。试验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，在距单根接地体或接地故障点20米左右的地方，实际上散流电位已趋近于零，这电位为零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。电气设备的接地部分与零电位的“地”（大地）之间的电位差，就称为接地部分的对地电压。3、接地电阻电流自接地极的周围向大地流散所遇到的全部电阻称为散流电阻，即接地体与土壤之间的接触电阻及土壤的电阻之和。散流电阻与接地体和接地线本身的电阻之和称为接地电阻。由于后者远小于散流电阻，可忽略不计，通常将散流电阻作为接地电阻。对接地装置的接地电阻进行限定，就是指在同样的接地电流下，接地电阻越小，接触电压和跨步电压也越小，对人身越安全。接地装置规程对接地电阻的规定如下表所示：接地电阻的允许值 电力装置所在电力系统 接地电阻允许值（Ω） 1000V以上的中性点接地系统 RE≤0.5Ω 1000V以上的中性点不接地系统 RE≤250V/IE≤10Ω 1000V以下中性点不接地系统 RE≤4Ω 1000V以下中性点直接接地系统 RE≤4Ω对于总容量不超过100kVA的变压器或发电机供电的1000V以下小型供电系统，接地电容电流更小，可以放宽要求，规定RE≤10Ω。4、接触电压和跨步电压接触电压是指设备的绝缘损坏时，在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差，用Ur表示。如人站在发生接地故障的设备旁边，手触及设备的金属外壳，则人手与脚之间的电位差，即为接触电压。跨步电压是指在故障点附近行走，两脚之间(一般为0.8m)出现的电位差，用Us表示。在带电的断线落地点附近及防雷装置泄放雷电流的接地体附近行走时，同样也有跨步电压。跨步电压的大小与距接地点的远近有关，距离短路接地点愈远，跨步电压愈小，距离20米以外时，则跨步电压近似等于零。而接触电压的大小则反之，当距离接地短路点愈远时，接触电压愈大，愈近时，接触电压愈小。因此在敷设变配电所的接地装置时，应尽量使接地网做到电位分布均匀，以降低接触电压和跨步电压。5、零线在三相四线制的交流电路中与变压器直接接地的中性点连接的导线，或直流回路中的接地中性线，称为零线。在零线上不能装熔丝和开关，以防零线回路断开造成危险6、接地类型工作接地工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。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。至于防雷装置的接地，其功能更是显而易见的，不进行接地就无法对地泄放雷电流，从而无法实现防雷的要求。保护接地由于绝缘的损坏，在正常情况下不带电的电力设备外壳有可能带电，为了保障人身安全，将电力设备正常情况不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接，称为保护接地。一般应用在高压系统中，在中性点直接接地的低压系统中有时也有应用。保护接地可分为三种不同类型，即TN系统、IT系统和TT系统。二、接零为防止因电气设备绝缘损坏而使人身遭受触电的危险，将电气设备的金属外壳与变压器中性线（零线）相连接的，称为接零保护。在三相四线制中性点直接接地系统中，当某一相绝缘损坏使相线碰壳时，单相接地短路电流则通过该相和零线构成回路。由于零线的阻抗很小，所以单相短路电流很大，它足以使线路上的保护装置迅速动作，从而将漏电设备与电源断开，既消除触电危险，又使低压系统迅速恢复正常工作，起到保护作用。三、重复接地在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，称为重复接地。作用是：当系统中发生碰壳短路时，可以降低零线的对地电压，当零线断裂时，或当零线与相线交叉连接时，都可以减轻触电的危险。在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，必须实行重复接地。对实行重复接地的要求如下：在低压架空线末端及沿线每1km处；当高低压线路共杆架设时，在共杆架设段的两端终端杆上，低压线路的零线要接地；没有专用线芯作零线，或利用电缆金属外皮作零线的低压电缆线路；电缆和架空线在引入车间或大型建筑物处。_1553080586.unknown