接地故障保护

接地故障保护黄妙庆,主 要 内 容 低压接地系统 防火漏电报警 保护接地 保护等电位联结 剩余电流保护器,规范和标准 GB 16895.21 2004 电击防护 IEC 60364 4 41：2005 “Protection against electric shock” GB 16895.3 2004 接地配置、接地导体、保护导体和联结导体 IEC 60364 1: 2005 “Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions” GB 17045 - 2006电击防护 装置和设备的通用部分 GB 16895.17 2002 信息技术装置的接地配置和等电位联结 IEC 60364 4 44: 2007 “Protection against voltage disturbances and electro- magnetic disturbances”,单电源TN系统 供电系统在电源中性点直接接地，电气装置的外露可导电部分 用保护（PE）导体连至该电源的中性点。 T N-C系统：在整个系统中采用将中性导体和PE导体的功能 合并成单个导体。,在电气装置中的PEN可附加接地, PE或PEN导体宜在进入建筑物处接地。 大、高建筑物内PE导体与外界可导电部分的等电位联结可视为附加接地。 “接零” ?,TN C系统 外露可导电部分对地有电位，不允许用于有火灾或爆炸危险 的场所。 外露可导电部分对地有电位，对敏感设备产生电磁干扰。 有杂散电流，埋地金属构件加速腐蚀,TN C系统 现在TN-C用的少了 ? 用于多电源中性电之间的连接回路,TN C系统 PEN不允许插入隔离电器 不能安装剩余电流保护器（RCD） 为了维修安全，不能安装隔离电器。 常用于：公用电网 远距离供电线路 PEN与相线应敷设在一起 TN C必须在TNS之上 导体截面： 10 mm2（铜）或 16 mm2（铝） PEN沿线有电压降 可采用：3相4线；3极开关,TN C系统,断中性线导致危险的接触电压 ?,TN - C,TN - S,假设：RA = RB = 1 PEN；10 mm 2 20 m 35 m Ut =216 V,假设：RA = RB = 1 PE；10 mm 2 20 m 35 m Ut = 110 V,TN C系统, 外露可导电部分和PEN重复接地,TN-S系统：在整个系统中采用单独的保护导体。,在电气装置中的 PE可附加接地,内设变电所是否最好采用TNS系统？TNS系统是否可用于任何场合？中性点接地接地电阻,TN系统是否不能用于室外电气装置？,在电气装置中的 PEN或PE可附加接地,TN-C-S系统：在系统中一部分采用将中性导体和PE体的功能合并成单个导体，另有一部分采用单独的保护导体。,TNCS系统是否只适用于市网供电？,多电源TN系统 多电源TN系统有电磁干扰问题 在TN系统由于设计不当，可能在不期望的路径中流过 工作电流，这些电流可能产生如下后果： 火灾； 腐蚀； 电磁干扰。,多电源TN系统,多电源TN系统,TN系统: Ia U0 / ZS 式中： ZS 故障回路的阻抗（包括电源本身、 从电源至故障点的线导体以及电源与 故障点之间的保护导体的阻抗），； Ia 自动切断电源的保护电器在规定 的时间内的动作电流，A； U0 标称线对地电压，V。,TN系统接地故障自动切断电源时间 国家标准（IEC原标准） 固定式设备： 5 s 移动式设备： 0.4 s （U0 = 230 V） IEC新标准 32 A终端回路： 0.4 s（U0 = 230 V） 32 A终端回路: 5 s, 移动式设备规定最长的切断电源时间，s, 配电回路允许的切断电源时间，s TN系统： 5 s TT系统： 1 s,校验步骤 确定故障回路的阻抗（含变压器、线导体和PE导体）； 计算接地故障电流； 根据负荷的性质和保护电器的特性曲线，确定保护电器 的动作电流； 查出保护动作时间； 校验导线电缆的短路热稳定。, 校验线路的热稳定截面 S It t PE线: 校验接地故障电流 k 相线和中性线: 校验三相短路电流,断路器限流特性曲线 注: 限流后的特性曲线是根据断路器的不同额定电流绘制的, TT系统 TT系统的电源中性点直接接地，电气装置外露可导电部分 所连接的接地极，不与供电系统的接地极相连接。,在电气装置中的PE可附加接地, TT系统通常应采用剩余电流保护器。在故障回路的接地阻抗值稳定且足够低的条件下，可采用过电流保护器。 采用剩余电流保护器 RAIn 50 V 式中：RA 接地极和外露可导电部分PE导体的电阻之和， ； Ian 剩余电流保护器的额定剩余动作电流，A。 采用过电流保护器 ZS Ia U0 式中：ZS 故障回路阻抗（包括电源、线导体、PE导体、接地导体、 用电设备和电源接地极的阻抗） ； Ia 在规定的时间内使切断电源保护电器自动动作的电流，A； U0 标称线对地电压，V。, IT系统 IT供电系统中所有带电部分对地绝缘或中性点通过足够大的阻抗接地。电气装置的外露可导电部分单独地或成组地或集合地接地。,中性线（N）可配出或不配出在电气装置中的PE可附加接地, IT系统,IT系统,外露可导电部分的PE导体集合地连接至同一的接地系统。若发生第2次异相接地故障，则变为相间短路后保护动作切断电源。, 外露可导电部分可单独地、分组或集合地接地。还应满足以下条件： 交流系统 RA Id 50 V 直流系统 RA Id 120 V 式中：RA 接地极和外露可导电部分的PE导体的电阻之和， ； Id 线导体对外露可导电部分忽计阻抗第一次接地故障 电流，计入泄漏电流和电气装置的接地阻抗的总和，A。 IT系统单一接地故障电流很小，不动作于切断电源。当人体同时触及同时发生接地的外露可导电部分就会遭受危害，此时应自动切断电源。, 第2次发生接地故障时自动切断电源的条件如下： 1. 外露可导电部分的PE导体集合地连接至同一的接地 系统，而且交流系统不配出中性导体或直流系统不配出中间 导体： 2 Ia ZS U 当配出中性线或中间线：2 Ia ZS U0 式中：U0 线导体对中性导体或中间导体的标称电压，V； U 线电压，V； ZS 故障回路线导体和PE导体的阻抗，； ZS 故障回路中性导体和PE导体的阻抗，； Ia 按TN系统规定的时间内使切断电源的保护电器自动动作 电流，A。,IT系统,外露可导电部分的PE导体集合地连接至同一的接地系统,IT系统,外露可导电部分的PE导体集合地连接至同一的接地系统，若第2次N线发生接地故障，则IT系统变为TN系统。,2. 外露可导电部分单独地或分组地接地： RA Ia 50 V 式中：RA 接地极和外露可导电部分PE导体的电阻的总和，； Ia 按TT系统规定的时间使切断电源的保护电器自动动作 的电流，A。 IT系统可采用系列保护电器和监视器： 过电流保护器； 绝缘监视器； 剩余电流保护器； 剩余电流监视器； 绝缘故障定位器。,IT系统,外露可导电部分单独地或分组地接地,IT系统,外露可导电部分单独地或分组地接地，若第2次N线发生接地故障，则IT系统变为TT系统。,电气分隔 电气分隔的分类： 只限供电给单台用电设备； 供电给多台用电设备。 以上均由采用简单分隔防护的不接地电源供电。 电气分隔的防护措施： 基本防护（通用）； 故障防护,电气分隔（电气隔离）,漏电火灾报警问题 规则 IEC 标准 火灾危险场所（BE2）：制造、生产、加工或储存易燃品。 电气装置：按照火灾危险场所的要求选择和配置。 TN和TT系统终端回路采用 300 mA（500 mA）的RCD ； IT系统采用绝缘监测器（IMD），第2次故障时切断电源。 剩余电流监测器（RCM）可替代安全设施的RCD。 矿物绝缘电缆和封闭母线槽不考虑由于绝缘故障而可能会 起火，故不需防护。,漏电火灾报警问题 规则 IEC 标准 火灾危险场所（BE2）：制造、生产、加工或储存易燃品。 电气装置：按照火灾危险场所的要求选择和配置。 TN和TT系统终端回路采用 300 mA（500 mA）的RCD ； IT系统采用绝缘监测器（IMD），第2次故障时切断电源。 剩余电流监测器（RCM）可替代安全设施的RCD。 矿物绝缘电缆和封闭母线槽不考虑由于绝缘故障而可能会 起火，故不需防护。, IEC 火灾危险场所的电气装置： 表面温度 布线规定 设备和线路的耐火性 照明的布置和敷设方式 电气保护装置 建筑结构, 高层民用建筑设计防火规范 高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾 报警系统。 火灾危险性大如何定位？ 火灾危险场所的防火必要性与人员密集程度有何决定性的 关系？ 还装不装 RCD？ 漏电报警器如何设定？与上下级的保护电器如何配合？ “ 多功能”：漏电、过流、过电压、欠电压、防雷、误操作、 中性线断开报警。, 建筑设计防火规范 下列场所宜设置漏电火灾报警系统： 1. 一级负荷、 50 m 的乙、丙类厂房和丙类仓库。 2. 二级负荷、室外消防水量 30 l/s 的建筑。 3. 二级负荷影剧院、商店、展览、广播电视、电信、财贸 金融、室外 消防水量 25 l/s的其他公共建筑。 4.国家文物保护单位的重点砖木/木结构。 5.一、二级负荷的消防用电设备。 火灾危险场所的防火必要性与负荷等级、房高有何必然的 关系？ 乙和丙类建筑的划分与有火灾危险物质的分类如何协调？ 办公楼、饭店、学校、医院、公寓等公共建筑呢？ 还装不装 RCD？ 漏电报警器如何设定？与上下级的保护电器如何配合？, 日本 JEAC8001-1978内线工程 150 m2 旅馆、饭店、公寓、集体宿舍、公共住宅、公共浴室 等应设置漏电火灾报警。 新版的规范或标准有何规定？ 办公楼、商场、医院、学校、家庭住宅、影剧院等公共建筑呢？ 漏电报警如何设定？ 还装不装 RCD？, 漏电火灾报警的依据 火灾起因统计：漏电 1.8%、短路 52%、过负荷 4.6% 起火实验：漏电 500 mA， 相当于发热量 115 W 300 mA 69 W 100 W 就会起火 事故原因： 绝缘老化、损伤 过负荷、高次谐波、短路 过电压、欠电压 环境 电气装置的质量 设计、安装、维修等, 其他问题 管理 产品标准 不同接地系统 经济,电气安全隐患接地故障 在系统、装置或设备的给定点与局部地之间的电连接。 低压系统接地故障约占70 - 80%，其中死亡事故约占50%。,电气安全隐患 案例： 接地故障保护电器不动作或动作时间过长或接触电压过高 火灾或爆炸危险场所采用TNC系统 总等电位联结不合格 无必要的辅助等电位联结 户外电气装置的电击防护不当 特低电压设备的使用不当,电气安全规范和标准 编制工作；标准管理体制 规范、标准的更新和协调、国际接轨 问题举例： 接零 重复接地 接地电阻 等电位联结 不共用接地 漏电保护 漏电防火 安全供电,电击防护 电击防护 = 基本防护 + 故障防护 （直接接触防护）（间接接触防护） 基本防护： 带电部分的基本绝缘； 遮拦或外护物（外壳）； 防护等级至少为 IPB或IP2； 顶部IPB或IP2 阻挡物；（用于熟练人员） 置于伸臂范围之外。（用于熟练人员）, 兼有基本和故障防护： 安全特低电压 SELV 和保护特低电压PELV； 功能特低电压 FELV。, 故障防护 相线导体对外露可导电部分或PE导体之间不计阻抗的接地故障 自动切断电源； 双重绝缘或加强绝缘；采用类设备或等效绝缘的设备） 供电给单台设备的电气分隔； 供电给多台设备的电气分隔。（用于熟练人员） 非导电场所；（用于熟练人员） 不接地的等电位联结；（用于熟练人员） 附加保护 剩余电流保护器； 辅助等电位联结。,自动切断电源 自动切断电源：基本防护 + 故障防护 基本防护：基本绝缘或遮拦或外护物 故障防护： 保护接地： 外露可导电部分接PE导体； 同时可触及的外露可导电部分连接至同一 接地系统； 保护等电位联结 自动切断电源, 保护等电位联结 每个建筑物的接地导体、总接地端子（MET）和下列 可导电部分应接成保护等电位联结： 建筑物的供水、燃气等金属管； 正常使用时可触及的可导电的构筑物 金属中央供热系统和空调系统； 可利用的结构钢筋等； 征得主管部门许可的通信电缆金属护套。,总等电位联结,图2 变压器PEN导体的连接方式,辅助等电位联结 接地故障的附加保护措施 例如: 特殊场所 长线路不能满足规定的切断电源时间 下列部分连接起来: 可同时触及的固定式设备的外露可导电部分之间 以及和外界可导电部分（包括可利用的钢筋）之间； 等电位联结系统应接至包括插座在内所有设备 的PE导体。 核实同时可触及的外露可导电部分和外界可导电部分之间的电阻R满足：R 50/Ia Ia 保护电器的动作电流，A,总等电位联结端子与辅助等电位/局部等电位联结的连接？竖井PE干线？,特低电压系统 （ELV） ELV： 50 V a. c. 120 V d.c. 500 V 1 min 绝缘耐压试验 安全（不接地的）特低电压SELV ： 在正常情况 电压不超过 50 V 在单个故障情况 (a.c.) 在其他回路接地故障情况 SELV的二次侧不应接地 保护特低电压（接地的）PELV： 在正常情况、单个故障情况情况下电压不超过50 V a.c. PELV的二次侧接地 ；采用等电位联结 特低电压设备的额定电压：48 V a.c. 中国：36 V a.c., 特低电压设备,外部接地故障的转移电位传到特低电压侧,电击：电流通过人体或动物躯体而引起的生理效应。,剩余电流保护器 下列末端回路必须安装剩余电流保护器 ：? 移动式电气设备； 生产用的电气设备； 施工工地的电气设备； 安装在户外的电气设备； 民用大多数插座回路； 安装在水中的供电线路和设备,剩余电流保护器（RCD） 30 mA的RCD用于特殊场合（如特别潮湿场所等）或特殊装置的接地故障保护和直接接触的附加保护。 TN系统：采用过流保护器不能完全满足作为接地故障保护的要求时，可采用RCD。 用于一般人员使用的额定电流 20 A插座（I类设备） 用于额定电流 32 A露天移动式设备 用于防火的300 mA的剩余电流保护器。,剩余电流保护器（RCD） 选择原则 RCD的型式及特性 保护要求：故障保护；附加保护 供电的连续性 使用的人员 RCD的型式 其动作与供电电压无关 其动作与供电电压有关, 保护要求 单相RCD：确保供电电压 1.1 UN 85 V 三相RCD：确保供电电压 1.1 UN 0.7 UN 采用依靠供电电压动作的RCD（例如电子式RCD）， 应校验接地故障时的残压是否满足上述要求。同时应加强对控制线路的监护，确保其动作可靠。 为避免由于剩余电流（PE线电流和泄漏电流）的误动作，需注意RCD负荷侧的设备累计的剩余电流要小于 RCD额定剩余动作电流的 0.4倍。 IT系统：RCD的额定剩余动作电流至少应大于第1次接地故障电流的 2倍（第1次故障不动作）。 RCD应防止由于电磁干扰而误动作。,单相,单相平波,三相星形,二脉冲桥,同上半控,相间二脉冲桥,六脉冲桥,相控,各种类型剩余电流保护器的应用范围, 保护选择性 上下级剩余电流保护器之间为了获得全部选择性,应满足 以下两个条件： 上级剩余电流保护器的额定剩余动作电流至少宜等于 下级剩余电流保护器的额定剩余动作电流值的2倍； 对于所有故障电流，上级剩余电流保护器不动作时间宜大于下级剩余电流保护器的不动作时间。 例如上级剩余电流保护器的额定剩余动作电流至少等于下级剩余 电流保护器的额定剩余动作电流值的3倍，而且上级保护器的动作时间 大于下级保护器的时间时，就有可能实现全部选择性。 两个均为无延时的剩余电流保护器，当上级的额定剩余动作电流为 500 mA，下级的为30 mA的条件下也无法实现选择性。,接地装置 接地极 电气装置内设置接地极时，应将该接地极用接地导体连接到该电气装置的总接地端子上。 通过接地故障电流和PE导体的接地装置，应能承受热的、机械的和电应力以及引起电击的危险。此外，还应耐腐蚀和具有足够的机械强度。 采用不同材料的接地装置时，应考虑回产生腐蚀的问题。 可燃液体或可燃气体用的金属管不应用做接地极。但是可做等电位联结。, 可用作接地极的举例如下： 埋入地基的金属结构（基础接地）； 埋地的板、管、棒、带或线状的金属物体； 埋在地下混凝土中的钢筋（预应力钢筋混凝土除外）； 根据当地条件或要求，可采用的电缆金属护套和其他 金属护层； 根据当地条件或要求，可采用的其他适用的地下金属结构。,埋在土壤中的接地导体的最小截面积, 接地导体, 总接地端子 高低压电气装置的功能接地和保护接地； 信息技术设备的功能接地和保护接地； 防雷装置的接地等。 总接地端子的每个接线接头应采用工具可靠地单独拆卸, 保护导体 保护导体的截面应按下列公式进行热稳定校验： S I 2 t k 式中: S: 截面，mm2； I : 通过保护电器的故障电流方均根值，A； t：自动切断电源保护电器的动作时间（ 5 s)，s； 注：需考虑回路阻抗的限流影响和保护电器的I2t的限值。 k：由保护导体、绝缘和其他部分的材料以及初始和最终温度 决定的系数（k值见附录A）。,保护导体的最小截面积, 不包含在电缆本身的或不与线导体共处于同一外护物（例如导管）内的每根保护导体，其截面不应小于： 有防机械损伤防护时，铜：2.5 mm2；铝：16 mm2； 没有防机械损伤防护，铜：4 mm2；铝：16 mm2。 保护导体可由下列一种或多种导体组成： 多芯电缆中的导体； 与带电导体共用外护物的绝缘导体或裸导体； 固定安装的裸导体或绝缘导体； 符合标准的电缆金属护套、电缆屏蔽层、电缆铠装、 同心导体、金属导管等。, 下列金属部件不允许用作保护导体或保护等电位联结导体： 金属水管；（我国允许采用水管，水表应采用符合规定的跨接线） 含有可燃性气体或液体的金属管道； 正常使用中承受机械应力的结构部分； 柔性或可弯曲的金属导管； 柔性金属部件； 支撑线索。 采用过电流保护器作为电击防护时，其PE导体应与带电部 分敷设在一起或相互靠近。 L = 0 l （ln D + 1 ） R 4, 如果电气装置中包含有金属外护物的设备，例如低压开关柜、控制盘柜或母线槽，若其金属外护物或框架同时满足如下三项要求，则可用作保护导体： 应利用其结构或良好的连接，以保证其机械、化学或电化学损伤的 防护性能，确保其电气的连续性； 应符合标准规定的最小截面的要求； 应在每个预定的分接点上，便于与其他保护导体连接。, 保护导体不应插入开关器件。但为了便于测试，可设置只能用工具拆开的接头。 采用电气检测接地状态时，不应将专用器件（如动作传感器、线圈）与保护导体串联。, 器具的外露可导电部分不应用于构成其他设备PE导体的一部分，但符合上条规定的除外。, PEN导体 只能在固定安装的电气装置中采用PEN导体；而且，考虑 到机械强度的原因，其截面不应小于：铜10 mm2或铝16 mm2。 我国2002年以前发布的有关规范和标准规定：采用多芯电缆的芯线作为 PEN 干线，其最小截面不应于4 mm2。从提高PEN导体的安全使用，现在 的标准加大其最小截面的要求。, 如果从电气装置的任意一点起，中性导体和PE导体分别采用单独的导体，则不允许将该中性导体再连接到电气装置的任何其他的接地部分（例如，由PEN导体分接出的PE导体）。 外界可导电部分不应用作PEN导体。, 低压开关柜产品标准规定，开关柜内母线的截面： 400 mm2 800 mm2 时， PEN导体 最小为线导体的 25%。 采用过电流保护器作为电击防护时，其PE导体应与带电部分敷设在一起或相互靠近。, 固定式接线的用电设备的PE导体电流超过10 mA时，应按如下规定设置加强型保护导体： PE导体全长的截面至少为铜10 mm2