各类保护接地与保护接零系统的原理及应用

各类保护接地与保护接零系统的原理及应用 各类保护接地与保护接零系统的原理及应 用 各类保护接地与保护接零系统的原理及应用 贺红生张荣军(中国铝业山西分公司山西河津043304) 摘要:简述了当前我国低压配电网中存在的各类保护接地与保护接零系统的线路 模式,安全原理,指出 我国低压配电网中保护接地与保护接零系统存在的安全问题,并提出了正确选择 和使用各类保护接地与保护接 零系统的措施. ? ;剩余电流保护器(RCD) 关键词:保护接地;保护接零;配电网 1弓f言 在实际生产(如工厂)和生活(如民用住宅)中人们接 触最多的是线电压为380V,相电压为220V的低压配电网,所 以低压配电网最易发生人身触电事故或设备事故,保护接地 与保护接零是防止人身触电事故,保证电气设备正常运行的 重要安全技术措施,应用十分广泛.但是在实际生产和生活 中,保护接地与保护接零的应用存在着许多不 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 或错误之 处,有可能危及人身或设备安全,下面就这方面的问题作一 探讨. 2保护接地与保护接零系统的安全原理 保护接地与保护接零在本质上都是为了防止电气设备金 属外壳意外带电而造成人身或设备事故,但两者的保护原理 有所不同.保护接地的基本原理是限制漏电设备对地的泄漏 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;保护接零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,断开电源.根据低压 配电网线路结构的不同,接地接零保护方式的差异,可将低 压配电网的保护接地与保护接零系统分为以下3个类型: 2.1IT系统 IT系统是三相三线式接地系统,该系统变压器中性点不 接地或经高阻抗接地,无中性线N,只有线电压(380V),无 相电压(220V),保护接地线PE各自独立接地,如图1所示. 其作用原理是当设备金属外壳意外带电时,将其对地电压限 制在安全范围以内,消除或减少触电的危险.该系统的优点 是当一相接地时,不会使外壳带有较大的故障电流,系统可 以照常运行.缺点是不能配出中性线N.因此它是不适用于 拥有大量单相设备的场所的.IT系统主要用于各种不接地配 电网,其安全作用原理是当设备金属外壳意外带电时,将其 对地电压限制在规定的安全范围以内,消除或减小电击的危 险.保护接地还能等化导体间电位,防止导体间产生危险的 电位差;保护接地还能消除感应电的危险. 2.2'I系统 通常称TT系统为三相四线接地系统.该系统常用于建筑 物供电来自公共电网的地方.TT系统的特点是中性线N与保 护接地线PE无一点电气连接,即中性点接地与PE线接地是 分开的,如图2所示.该系统在正常运行时,不管三相负荷 - j4? 圄1IT系统及安全原理 平衡不平衡,在中性线N带电情况下,PE线不会带电.TT系 统的安全作用原理:在这种系统中,当某一相线直接连接设 备金属外壳时,其对地电压为U=三U,上式中R为工儿NTn^ 作接地的接地电阻,该电压低于相电压,但由于R与R在 同一个数量级,对地电压几乎不可能被限制在安全范围内, 对于一般的过电流保护,实现速断也是不可能的,所以一般 情况下不能采用TT系统.如确有困难,不得不采用TT系统, 则必须采取措施,装设能自动切断电源的装置,将故障持续 时间限制在安全范围内.从目前的情况来看TT系统较少被采 用.但随着各种漏电保护器的出现和广泛应用,该系统也会 越来越作为用电场所的接地系统. 圄2IT系统及安全原理 2.3TN系统 目前,我国地面上低压配电网绝大多数都采用中性点直 接接地的三相四线配电网.在这种配电网中,'IN系统是应用 最多的配电及防护方式.TN系统为电源变压器中性点直接接 地,用电设备金属外壳接中性线的接零保护系统.在这种系 统中,当某一相线直接连接设备金属外壳时,形成单相短路. 短路电流促使线路上的短路保护装置迅速动作,在规定时间 内将故障设备断开电源,消除触电危险. 如图3所示,TN系统又分为三相五线中性线与保护导体 分开的TN—S系统,三相四线制中性线(N)与保护导体合 一 的TN—c系统及混合的TN—c—S系统.各自的特点分别 为: —— CHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT~—— 《化工安全与环境》2006年第40期?总第852期. 各类保护接地与保护接零系统的原理及应用 (cl 图3IT系统及安全原理 (1)TN—S是一个三相四线加PE线(三相五线制)的 系统,如图3(a)所示.通常建筑物内设有独立变配电所时 进线采用该系统.TN—S系统的特点是,中性线N与保护接 地线PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电 气连接.中性线N是带电的,而PE线不带电.该系统完全具 备安全和可靠的基准电位,可较安全地用于各种场所中,因 其安全程度高,世界发达国家应用较广,在我国也越来越被 广泛使用. c系统被称之为三相四线系统.该系统中性线 (2)TN— N与保护接地PE合二为一.通称PEN线,如图3(C)所示. 这种接地系统对接地故障灵敏度高,线路经济简单,适合用 于三相负荷基本平衡的工业企业. (3)TN—C—S系统由两个接地系统组成,第一部分是 TN—c系统,第二部分是TN—S系统,分界面在N线与PE 线的连接点,如图3(b)所示.该系统一般用在建筑物的供 电由区域变电所引来的场所,进户之前采用TN—c系统,进 户处做重复接地,进户后变成TN—S系统.TN—S系统的特 点是:中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后,不能 再有任何电气连接.该系统中,中性线N常会带电,保护接 地线PE没有电的来源.PE线连接的设备外壳及金属构件在 系统正常运行时,始终不会带电.因此,TN—S接地系统明 显提高了人及物的安全性.同时只要采取接地引线,各自都 从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共 同获得一个等电位基准点等措施,那么TN—c—S系统可以作 为各种建筑物和工矿企业的一种接地系统. 3当前低压配电网客户端保护接地的使用现状 部分电力客户在保护接地,保护接零的保护系统的模式 选用上不是很重视,无论是城镇农村居民,办公大楼还是厂 矿企业, 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 临时用电等电力客户,其中许多客户对各种保 护系统的知识掌握不够,适用范围不清楚,使用不规范,保 护系统存在许多安全隐患. 我国的办公或家用电器大多采用三芯电源线配三脚电源 插头或四芯电源线配四脚电源插头,对于三相四线制的电器 设备,电器外壳会另附一根黄绿两色的保护接地线,以便在 电器工作时实行保护接地.由于现行的公用配电网络中,并 没有采用统一专用的接地(或接零)线与之相适应.同时, 每一个客户并不是都具备这方面的专业技术知识,再加上城 镇居住条件的客观环境,房屋配电系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 施工的不规范, 设备与安全 供电部门的安全宣传管理不到位等因素的限制或影响,对于 一 般的电力客户来说,要想真正能够正确有效地实施保护接 地,并不是一件容易的事.因此,大多数的客户在产品买回 去后,往往都是将产品设计中要求使用的保护接地线弃而不 用.有些即使采用了一定措施,使用了保护接地线,也往往 很难达到规程要求的技术标准,存在着诸多的不安全因素, 甚至因此而埋下了许多事故隐患.这样一来,产品中原本为 了客户安全而必须要求客户采用的保护接地,反而变成了摆 设和累赘. 笔者通过走访调查发现,在家庭中:能够正确选择使用 保护接地的客户很少;电器买回去后,接地线弃置不用的占 总户数的90%以上;有些客户虽选择使用了保护接地,但却 不正确;不了解自己所在的配电网是何种配电系统的客户占 总户数的95%;能够正确区分接地保护与接零保护的客户不 到总户数的2%.在事业单位情况仍不容乐观,工矿企业情况 较好. 在厂矿企业中,一般都是采用三相四线制,部分采用三 相三线制配电系统,由于厂矿企业的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术人员较多,安 全保护模式的选用比居民用电要规范得多,但并非所有技术 人员对此都很重视和了解,故在实际使用中仍存在一些不规 范或错误之处.如:未采用接地或接零;接地电阻不合要求; 采用三相四线制同一配电系统的电气设备,保护接地接零的 模式不一致,有的电气设备只接地而不接零;没有重复接地 等. 国家要求基建施工现场及临时线路实行三相五线制供电 方式即TN—S系统,做到保护零线PE线和工作零线N线单独 敷设.但是在施工现场,相当一部分施工单位并未按照这个 要求去做,而是采用三相四线制TN—c系统,即使采用了三 相五线制TN—S系统的,也存在不规范的地方如保护零线PE 线未采用黄绿双色线等. 4各类接地与接零保护系统的正确选择 4.1正确选择各类接地与接零保护系统 实践证明,采用接地保护和接零保护系统是当前我国低 压电力网中行之有效的安全保护措施.由于各类不同的保护 系统使用的客观环境不同,因此如果选择使用不当,不仅会 影响客户使用的保护性能,还会影响电网的供电可靠性.那 么作为低压配电网络中的电力客户,如何才能正确合理地选 择和使用各类保护系统呢? 如果客户所在的公用配电网络是三相三线制系统,客户 应该统一采取IT接地保护; 如果客户所在的公用配电网络是三相四线制系统,则应 采用保护接零系统即TN系统,也就是TN—S,TN—C或TN — c—S其中之一,当然电气设备外壳同时接地也是可以的, 其前提条件是电气设备外壳必须进行保护接零. 应该特别注意,在中性点接地的三相四线制低压电网中, 不可以有个别设备只接地而不接零,因为个别设备只接地而 , 不接零会发生以下危险:当只接地而未接零的设备D漏电时电流通过R和R构成回路,由于经过两个接地电阻,而且 往往较大,所以漏电电流不会很大,断路器可能不动作, 电源切断不了,故障可能长时间存在,如图4所示.从图4中 R. 可以看出,该设备的对地电压为U=iU,而零线的对 —— CHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT~—— ? 15? 地电压为.=等__.由于R和R在同一数量级,数值相当接近,所以Ua和 较高,可以达到相电压的半或更高,这样不但使漏电设 备的外壳有对地电压,而且所有与零线相接的设备外壳都将 带电,并且可能是带危险电压,这就大大增加了工作人员触 电的危险性. 图4个别设备只接地不接零的危险性 在这里需要说明的是,当客户所在的公用配电网络是三 相四线制时,一般情况下,不能采用TT系统,即不能单纯采 取保护接地措施.因为在这种系统中当某一相线直接连接设 备金属外壳时其对地电压几乎不可能限制在安全范围内,对 于一般的过电流保护实现速断也是不可能的.其原因前面2.2 中已有详细论述,如果采用,rI'系统,可装设零序电流型漏电 保护装置RCD(剩余电流保护装置)或过电流保护装置,并 优先采用前者.并且系统内各用电设备的接地宜连成整体, 以便实现速断,保证安全. 如果客户所在的公用配电网络是三相五线制系统,那无 疑TN—S系统是最好的选择. 4.2规范并采用高安全度的接地保护与接零保护系统 ,智能建筑, 凡是新建,扩建企事业,商业,居民住宅 基建施工现场及临时线路,应实行三相五线制供电方式,做 到保护零线和工作零线单独敷设.对现有企业应逐步将三相 四线制改为三相五线制供电.为实现这个目标,应规范客户 受电端建筑物内的配电线路设计,施工工艺标准和要求,通 过对新建或改造的客户建筑物的室内配电部分,实施以局部 三相五线制或单相三线制,取代订或TN—C系统中的三相四 线制或单相二线制配电模式,可以有效实现客户端的安全保 护.所谓"局部三相五线制或单相三线制"就是在低压线路 接入客户后,客户要改变原来的传统配线模式,在原来的三 相四线制和单相二线制配线的基础上,分别各增加一条保护 线接入到客户每一个需要实施接地(或接零)保护电器插座的 接地线端子上.为了便于维护和管理,这条保护线的室内引出 和室外引入端的交汇处应装设在电源引入的配电盘上,然后再 根据客户所在的配电系统,分别设置保护线的接入 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 . 对于基建施工现场及临时线路,要按照国家标准《施工 现场临时用电安全技术规范》的要求,供电系统严格实行三 相五线制,并采用TN—S系统. 5使用各类接地与接零保护系统的要求 5.1提高广大电力客户对配电保护系统重要性的认识和知识 水平 政府有关部门和厂矿企业应加强对电力客户和群众用电 安全知识的学习和教育,培养合格的电气工程技术人员,使 ? 16? 其掌握电气安全技术知识,同时在群众中普及安全用电常识, 提高电气工程技术人员和群众的安全意识. 5.2做好IT系统的等电位连接 在不接地IT配电网中,即使每一用电设备都有合格的保 护接地,但各自的接地装置是互相独立的,如图5所示.在 这种情况下,当发生双重故障,2台设备不同相漏电时,2台 设备之间的电压为线电压,2合设备对地电压分别为: ,一. RAl+RA2 11. URn 一 RAl+RA2 式中,(相电压; R.,R——分别为2台设备的保护接地电阻. 图5IT系统的等电位联结 根据以上公式进行计算,2台设备的对地电压一般均在 190V左右,这种电压都能给人以致命的电击,这是十分危险 的.如果像图5中虚线那样,进行等电位联结,即将2台设备 接在一起(或将其接地装置联成整体),则在双重故障的情况 下,相间短路电流将促使短路保护装置动作,迅速切断2台 设备或其中1台设备的电源,以保证安全.如确有困难,不 能实现等电位联结,则应安装漏电保护装置. 5.3接地电阻应符合标准 因为故障对地电压等于故障接地电流与接地电阻的乘积, 所以,各种保护接地电阻不得超过规定的限值.对于低压配 电网,由于分布电容很小,单相故障接地电流也很小,限制 电气设备的保护接地电阻不超过4fl即能将其故障时对地电压 限制在安全范围以内;如配电容量在IOOkVA以下,由于配电 网分布范围很小,单相故障接地电流更小,限制电气设备的 保护接地电阻不超过10Q即可满足安全要求. 5.4规范重复接地 TN系统中,中性线上除工作接地外,其他点的再次接地 称为重复接地.重复接地具有以下作用:减轻PE线或PEN线 意外断线或接触不良时接零设备上电击的危险性;减轻PEN 线断线时负载中性点"漂移".TN—C系统的零线断开后,如 断线后方有不平衡负荷,则负载中性点发生电位"漂移",使 三相电压失去平衡,可能导致接在一相或两相上的用电器具烧 坏.同时可以进一步降低故障持续时间内意外带电设备的对 地电压,缩短漏电故障持续时间,所以应十分重视重复接地. 按照国家规定,以下处所应装设重复接地:架空线路干 线和分支线的终端,沿线路每间1km处,分支线长度超过 200m的分支处;线路引入车间及大型建筑物的第一面配电装 );采用金属管配线时,金属管与保护零线连接 置处(进户处 后做重复接地;采用塑料管配线时,另行敷设保护零线并做 重复接地.当工作接地电阻不超过4Q时,每处重复接地电阻 不得超过10Q;当允许工作接地电阻不超过10Q时,允许重 —— CHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT~—— 《化工安全与环境》2006.q-g40期?总第852期. 各类保护接地与保护接零系统的原理及应用 复接地电阻不超过3OQ,但不得少于3处. 5.5正确利用和装设接地装置 接地装置由接地体(极)和接地线组成.接地体分为自 然接地体和人工接地体;相应地,接地线也分为自然接地线 和人工接地线. 用于其他目的,埋设在地下的金属管道(有可燃或爆炸 性介质的除外),金属井管,与大地有可靠连接的建筑物及构 筑物的金属结构,水工构筑物及类似构筑物的金属桩等自然 导体均可用作自然接地体. 建筑物的金属结构(梁,桩等)及设计规定的混凝土结 构内部的钢筋,生产用的金属结构(起重机轨道,配电装置 的外壳,走廊,平台,电梯竖井,起重机与升降机的构架, 运输皮带的钢梁,电除尘器的构架等),配线的钢管,电缆的 金属构架及铅,铝包皮(通讯电缆除外)等均可用作自然接 地线.不流经可燃液体或气体的金属管道可用作低压设备自 然接地线. 利用水管作自然接地体或自然接地线时,必须取得主管 部门同意,并应考虑到非导体段存在和接触不良的可能性, 凡接触不可靠处应加跨接线;检修时必须有电气工作人员配 合,切断水管前应先作好跨接线. 利用自然导体作接地体和接地线不但可以节省费用,还 可以降低接地电阻和等化地面及设备间电位.如果有条件, 应当优先利用自然导体作接地体和接地线. 人工接地体可采用钢管,角钢,圆钢或废钢铁等材料制 成.其结构型式等严格执行国家标准. 5.6TT系统中客户使用的电器外露可导电部分要全部作接地 保护 在TT系统中,受电设备外露可导电部分如果不进行接地 保护,一旦绝缘破损,外壳即呈现有危险电压,人触及后通 过人体的电流值,可达数百毫安足以致人于死地.当对外露 可导电部分作接地保护时,因装有RCD,可导致电源断开, 使人身安全得到保护. 5.7TN—c系统中客户所有使用的电器外露可导电部分要用 保护线连接到保护中性线上.严禁保护线(PE)断线 在TN—c系统中,接保护中性线是为了防止受电设备因 绝缘破坏,外壳带电伤人,而将受电设备的外露可导电部分 用保护线与保护中性线相连接.之所以起保护作用,主要是 利用相线碰壳时,产生的短路电流,短路电流经相线一中性 线回路,而不经过电源中性点接地装置,使过流保护装置动 护作用.其保护效能要好于接地保护 作而中断电源,起到保 的保护效能.但在具体实施过程中,如果稍有疏忽大意,不 能严格按照规程要求实施保护要求,接零保护系统导致的触 电危险性仍然是很高的.如果连接客户电器设备的保护线 (PE)发生断线或电器设备未连接保护线(PE),一旦发生设 备绝缘损坏碰壳故障,不仅不能形成单相金属性短路,反而 使得电器设备的外壳带电危及人身和设备安全. 5.8采用合理的安全保护方式 在低压电网电源处装设全网总保护装置:用漏电继电器 与交流接触器,断路器构成漏电保护装置作为总保护. 对于移动式电力设备,临时用电设备和用电的家庭,应 安装末级保护(漏电开关或漏电插座). 较大低压电网要采用多级保护.随着用电的不断增长, 较大低压电网单单采用总保护或末级保护方式,巳不能满足 设备与安全 对低压电网供电可靠性和安全用电的需要,因此,较大电网 实行多级保护如三级保护方式是电气化事业发展的必然要求. 图6为三级保护方式的配置图. 图6三级保护方式配置图 5.9合理设置熔断器的位置 在TT系统不宜在N线上装设电器将N线断开,当需要断 开N线时,应装设相线和N线一起断开的保护电器.在TN— c系统,严禁断开PEN线,不得装设断开PEN线的任何电器. 当需要在PEN线上装设电器时,只能相应断开相线回路. 5.10杜绝违章用电行为 客户在使用电能的时候,要严格遵守用电规程,杜绝用 电违章行为.一是要严格按照电器使用的说明书操作,对需 要采取保护接地的电器设备,一定要根据自己所在的电力系 统选择相应的保护接地方式.二是要经常试验RCD的动作可 靠性,对不能正常动作的要及时通知用电管理部门进行更换 或维修,在发现RCD动作后无法正常供电时,要及时检查故 障原因,待故障设备排除后,方可送电,严禁私自退出RCD 的运行,强制送电.三是要根据用电负荷合理选择熔断器和 熔丝的大小,严禁用铜,铝线替代熔丝,尤其是采用接零保 护的电力客户,如果不按规定选择使用熔断器和熔丝,电器 设备一旦发生漏电故障,短路电流就不能使熔丝及时熔断, 断开电源,使得接零保护难以发挥其应有的保护作用.这是 因为该系统是利用设备绝缘损坏碰壳时,形成单相金属性短 路,产生足够大的短路电流而使过流保护装置迅速动作,来 切断漏电设备电源的.如果熔丝选择的熔断电流值大于短路 电流值时,熔丝就不能及时熔断而失去切断电源之作用.四 是不能以为安装了RCD就可以万事大吉了,任何丝毫的侥幸 心理都会成为安全用电的隐患. 6结束语 保护接地与保护接零系统的正确选用关系到配电系统, 电气设备及人身安全,其重要性不言而喻,广大电力用户, 电气工程技术人员及群众应高度重视,尤其是工程技术人员 应掌握相关的电气安全技术知识,在实际工作中应根据配电 系统的型式,客观环境,国家相关安全技术标准,安全程度 要求等正确选择保护接地与保护接零系统,并配备必要的熔 断器,过电流保护或漏电保护器等安全设备,规范装接线路 和电气设施,这样才能提高配电系统和电气设备的本质安全 化水平,减少乃至避免人身触电和设备事故.? 参考文献 1.王玉元,王金波,肖爱民等.安全工程师手册.成都:四川人民出 版社,1995 2.谈文华,万载扬等.实用电气安全技术.北京:机械工业出版社, 1998 3.嵇敬文,赵禄臻等.安全技术手册.北京:水利电力出版社,1985 4.全国注册安全工程师执业资格考试辅导教材编审委员会.安全生产 技术.北京:煤炭工业出版社,2004 一 CHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT~一 ? 17?