《接地的基本原理》PPT课件.ppt

1.4接触电压和跨步电压,R0 人体的阻抗 Rb 地板/脚部电阻 RE 可触及的主动导电部件的接地电阻 If 故障电流,Ut 接触电压 Us 地板/脚部电阻上的电压降 Uf 故障电压 Uf = Ut + Us = If RE （地板材料放置在适当的地板上）,1.4.1接触电势与接触电压,在地表面离设备水平距离为0.8米处与沿设备外壳（可触及的主动导电部件）离地面高度为1.8米处两点的电位差，称为接触电势 人体接触这两点时所承受的电压叫接触电压 如图：,rA为人脚站立点离半球形接地极球心的距离 r0为半球形接地极球心的半径,或者,I0为流过人体的电流，Rb为一只脚与地面的接触电阻,由接地电流引起大地电位上升,当接地电流流入接地电极，其附近的大地的电位分布亦改变。在安全上重要的是地表面的电位。如x点的电位为Vx：(以无限远方为基准),在Vx式中如取xr，便得 出半球状电极自身的电位v，即,1.4.2跨步电势与跨步电压,由图124知道，大地电位以与离接地电极的距离成反比例下降。 中央的平坦部分是存在接地电极的部分。如人在地面以跨步（0.8m）立着，两足之间便可能有电压V，把V这个值称为跨步电压。,rc和rd是两脚离半球中心的距离,或者,电位梯度,在接地电极中，可因各种各样的原因有接地电流流人，如室外的输配电线可能有雷击电流流入，如是在室内电气设备接着的接地电极上，在发生接地事故时便有故障电流流入。 偶然在接地电极上有接地电流流入之际，担心在接地电极附近立着的人会因跨步电压触电。这里，比电位更重要的是 电位梯度，它可把电位微分求得：,由上式知道，电位梯度与离电极的距离x的平方成反比，即电位梯度在靠近电极的地方最大，随离电极距离增大而急速降低。安全的区域每0.8m跨步电压不应大于50V。,跨步电压触电示意图,1.4.4人身触电事故分析,一、人身触电的危害 1.电流对人体的伤害 电流的热效应能使触电者烧伤甚至造成局部机体炭化； 电流的化学效应能引起人体内部组织发生电解作用，严重的会造成人体机能失常； 电流对人体生理性质的伤害。由于电流的强烈刺激使人体内部组织机能受到破坏引起心室颤动或呼吸停止使触电者因大脑缺氧迅速死亡。,2.人体对电流的反应,(1)感知电流 使人体有感觉的最小电流 男性约为1.1mA，女性约为0.7mA； (2)摆脱电流 工频摆脱电流 ，成年男性约为16mA以下，女性约为10mA以下 （3)致命电流(室颤电流) 致命电流又称之为心室颤动最小电流 ，工频电流为30mA,3电流对人体伤害程度的几个因素,触电时对人体的伤害程度与电流的大小、 触电持续时间、电源的频率、电压的高 低、电流通过人体的途径以及人体的健康 状况有关,(1)电流大小的影响,通过人体的电流越大，人体的生理反应越明显引起心室颤动的所需时间越短，致命危险就越大。当通过人体电流超过50mA时就有致命危险，当工频100mA的电流通过人体时，可很快使人致命。,(2)触电持续时间的影响,触电持续时间越长危险性越大其原因是： 1)电流通过人体时间越长，由于电流对人体的发热和电解作用。使人体电阻逐渐减小，在电源电压一定的情况厂，会使电流增人。对人体组织的破坏越加厉害。 2)人体心脏每收缩和扩张一次中间约有0.1s的间隙在这0.1s特定时间内心脏对电流最为敏感，在这特定时间内电流通过心脏即使较小的电流也可能引起心室颤动 因此当触电时间超过1s，则必然与心脏的敏感期重合。 心室颤动电流与电流的持续时间的关系可用下式表示： 当t1s时，I50mA ； 当t1s时，It=50mAs (该式所允许的时间范围是0.1-5s）,以能量为允许限度的心室颤动电流与电流的持续时间的关系： It=0.0135,(3)电流频率对人体的影响,电流的频率对触电的伤害程度有直接影响25-300Hz的交流电对人体的伤害程度最大、当低于或高于以上频率范围时它的伤害程度就会显著减轻。对于直流电来讲它的伤害程度要远比工频交流电小。人体对直流电的极限忍耐电流值约为100mA。,(4)电压高、低对人体的影响,人体触电电压越高通过人体的电流越大危险就越大。由于通过人体电流与作用于人体上的电压并非线性关系。随着作用于人体上电压得升高人体电阻急剧下降，致使电流迅速增加，从而对人体的伤害更为严重。 1000V以上的高电压触电还能伴随弧光烧伤、击穿甚至引起心肌纤维断裂，因此后果更为严重。 IEC规定安全电压为50V。25V以上考虑采取防电击措施。,（5)电流途径的影响,电流通过心脏、呼吸系统和中枢神经时危害性最大。实践证明。人身触电从左手到脚是最危险的电流途径因为在这种情况下电流通过心脏、肺部、脊椎等重要器官会造成心室颤动、呼吸停止和截瘫等。 另外电流通过头部也是较危险的途径因为电流通过头部会号致昏迷并有可能造成脑损伤，使人不醒而死亡、,接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值,(6)人体电阻、健康状况的影响,人体电阻因人而异，一般为几百到一千多欧姆 人体的健康状况和精神状态正常与否对于触电后果有一定的影响如果有心脏病、神经系统疾病、结核病、或醉酒的人因触电伤害的程度要比正常人严重。 另外性别和年龄的不同对触电后果也有不同的程度女性较男性敏感小孩遭受电击较成人危险。,1.4.5防接触电压和跨步电压触电措施,降低接地电阻 改善地面电位分布,提高地表层电阻率（例如：建筑物防雷设计规范第4.3.5条：防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道不应小于3m。当小于3m时应采取下列措施之一： 水平接地体局部深埋不应小于1m; 水平接地体局部应包绝缘物,可采用5080mm厚的沥青层; 采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设5080mm厚的沥青层,其宽度应超过接地体2m。）,1.5接地参数的数值计算方法 （简介）,1.5.1综述 接地参数的计算为设计地网提供理论依据，减小设计的盲目性，在保证人员和设备安全的条件下，做到投资小、效率高。 1.接地参数的近似计算 主要近似处理方法：将接地极几何形状做某些改变以便于进行数学分析 假设电流在接地极上均匀分布 （1）工频接地电阻的计算 1）考虑到屏蔽效应的各种水平接地极的接地电阻 不适用于大型接地网,2）圆板公式的变形,和环状地线接地公式 （D为等值直径 d为埋深）,由圆板电极接地公式,近似得：地网接地公式为,r为等值半径，L为买地导体的总长度，略去了埋深的影响，偏大。,3）我国现行接地规程接地电阻计算公式,利用圆板和圆环电极的接地电阻公式用线性內插法求得,式中：S接地网总面积 L-接地体总长度，包括垂直接地体在内 d-水平接地体的直径或等值直径 h-水平接地体埋设深度,(2)跨步电势step;接触电势Etouch或网孔电势Emesh的计算(IEEE方法),存在问题:,2.接地参数的数值计算,略,1.6接地和接零保护,一、基本概念 1)工作接地 根据电力系统远行的需要而进行的接地(例如变压器中性点接地)称为工作接地。 2)保护接地 将电气设备正常运行情况下不带电的金属外壳和架构，通过接地装置与土壤连接，它是用来防护间接触电的。因此，称作保护接地。 3)保护接零 将电气设备正常远行情况不不带电的金属外壳和架构与配电系统的零线直接进行电气连接。也是用来防护间接触电的，因此，称作保护接零。 实验证明，在离开短路接地故障点20m以外的地方，电位趋近于零、我们把这零电位的地方称为电气上的地”。,二、配电系统的保护接地形式,根据GB90892的规定,配电系统接地型式共有TN、TT及IT三种,电源变压器的中性点直接接地 可触及的导电部件与普通PEN导体相连接 在全系统内N线和PE线是合一的,图 2. TN-C 系统,图 14.5 TN-C 系统,TN-S 系统,中性点直接接地，可触及的导电部件与PE导体相连接，在全系统内N线和PE线是分开的,TN-C-S系统,电源变压器的中性点直接接地 可触及的导电部件与PEN导体相连接，并且部分与保护PE导体相连接 在全系统内，仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的，电源进线点后即分开为两根线,TT系统, 电源变压器的中性点直接接地 可触及的导电部件与单设的装置接地系统（与电源系统接地不相关）相连接,IT系统, 电源变压器的中性点不接地或电源的一点经高阻抗接地（例如1000）。 可触及的导电部件接地,三、保护接地,1保护接地的应用范围 高、低压不接地电网（三相三线制）和部分低压中性点接地电网的金属外壳、架构、支架、框架等金属部分 2 .保护接地的作用 只要保护接地电阻（规定不大于4欧）远远小于人体电阻就能保证接触电压低于安全电压,四、保护接零,1.保护接零的应用范围 中性点直接接地的三相四线制(TNC)和三相五线制(TNS)低压配电系统。 2.保护接零的作用 发生故障时短路电流很大。促使线路上的保护装置迅速动作切断故障设备的电源。 !中性线应在规定地点采用重复接地。交流工作接地电阻不应大于4欧，重复接地电阻不应大于10欧,重复接地,低压供电系统采用接零保护时，陈电源变压器的中性点必须进行工作接地外，还必须做重复接地。 所谓重复接地系指在中性线(应为PEN线)上的一处或多处通过接地体再次与大地做良好的金属联结。 重复接地的接地电阻值不应大于10欧姆。 重复接地作用： (1)降低漏电设备外壳的对地电压 没有重复接地和有重复接地时，中性线断线时的情况如图88所示。,没有重复接地时，漏电设备外壳对地电压等于单相短路电流 I k在中性线部分产生的电压降，它近似等于相电压。有重复接地后，漏电设备外壳对地电压仅为相电压的一部分。,(2)减轻中性线断线时的触电危险中性线上有重复接地后一旦出现中性线断线时、接在断线点后面的所有电气设备的金属外壳的对地电压，仅为相电压的一部分。当有人触及电气设备外壳时，虽然还有危险，但是危险程度已大大降低。 (3)减轻或消除三相负荷严重不平衡时中性线上可能出现的对地电压，原规程规定，由于三相负荷不平衡造成的中性线电流一般不允许超过线电流的25。但是当中性线断线时引起的中性点位移，将导致三相电压不平衡，造成三相电流的不平衡，从而使得中性线电位升高即呈现出危险的对地电压。如果有了重复接地，将给三相不平衡电流提供一条通路。因此，可以减轻或消除中性线断线时，在中性线上可能出现的危险电压。,作业：,1. 什么是“地”?什么是对地电压? 2. 什么是接地系统、接地体、总接地端子和接地线