电气安全工程第3章.ppt

间接接触电击防护,安全工程学院,接地基本概念，保护接地定义，IT系统的安全原理，保护接地应用及接地电阻的确定，绝缘监测及过压保护。 TT系统的概念,安全原理以及应用。 TN系统安全原理及类别，TN系统速断和限压要求，保护接零应用范围，重复接地概念、作用、应用和接地电阻的确定，速断保护元件。 保护导体的组成，保护导体的截面积，等电位联结，相零回路阻抗测量; 自然接地体和人工接地体，接地线，降低接地电阻的方法，接地测量，接地装置的检查和维护。,重点难点,防止间接接触电击的技术措施： 保护接地（基本技术措施） 保护接零（基本技术措施） 加强绝缘 电气隔离 不导电环境 等电位联结 特低电压 漏电保护器,一、保护接地（IT系统）,保护接地是最古老的电气安全措施。 保护接地是防止间接接触电击的基本安全技术措施,1、接地的基本概念,接地分类 接地电流和接地短路电流 流散电阻和接地电阻 对地电压和对地电压曲线 接触电动势和接触电压 跨步电动势和跨步电压,1. 接地分类 （1）正常接地和故障接地。 （2）正常接地又有工作接地和安全接地之分。工作接地是指正常情况下有电流流过，利用大地代替导线的接地，以及正常情况下没有或只有很小不平衡电流流过，用以维持系统安全运行的接地。安全接地是正常情况下没有电流流过的起防止事故作用的接地，如防止触电的保护接地、防雷接地等。故障接地是指带电体与大地之间的意外连接，如接地短路等。,2. 接地电流和接地短路电流 凡从接地点流入地下的电流即属于接地电流。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0.4kV 系统中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，接到电流500A 及以下的称小接地短路电流系统；接地短路电流大于 500A 的称大接地短系统。,3. 流散电阻和接地电阻 接地电流入地下后自接地体向四周流散这个自接地体向四周流散的电流叫做流散电流。流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻。 接地电阻是接地体的流散电阻与接地线的电阻之和。接地线的电阻一般很小，可忽略不计，因此，在绝大多数情况下可以认为流散电阻就是接地电阻。,4. 对地电压和对地电压曲线 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和接地电阻的乘积。 如果用曲线来表示接地体及其周围各点的对地电压，这种曲线就叫做对地电压曲线。,5. 接触电动势和接触电压 接触电动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，设备外壳与水平距离 0.8m 处之间的电位差。 接触电压是指加于人体某两点之间的电压,6.跨步电动势和跨步电压 跨步电动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。 跨步电压是指人站在流过电流的地面上,加于人的两脚之间的电压,保护原理（适用于各种不接地网） RE与RP （人体电阻） 呈并联关系，且RE / RP RE REZ， UP （人体电压）在安全范围内。,2、 IT 系统的安全原理,2、 IT 系统的安全原理,人体承受的电压和流过人体的电流分别为,Up=,=,Ip=,式中：U 相电压； Up,Ip 人体电压和人体电流； Rp 人体电阻； Z 各相对地绝缘阻抗。,3、保护接地的应用范围,各种不接地配电电网 保护接地适用于各种不接地配电网，包括交流不接地配电网和直流不接地配电网，也包括低压不接地配电网和高压不接地配电网。在这类配电网中，凡由于绝缘损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，均应接地。,3、保护接地的应用范围,它们主要包括： (1) 电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具的金属底座和外壳； (2) 电气设备的传动装置； (3) 屋内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架，以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门； (4) 配电、控制、保护用的屏 ( 柜、箱 ) 及操作台等的金属框架和底座；,3、保护接地的应用范围,(5) 交、直流电力电缆的金属接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和电缆的金属护层，可触及的金属保护管和穿线的钢管； (6) 电缆桥架、支架和井架； (7) 装有避雷线的电力线路杆塔； (8) 装在配电线路杆上的电力设备； (9) 在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地短路电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；,3、保护接地的应用范围,(10) 电除尘器的构架； (11) 封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分； (12) 六氟化硫封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体； (13) 电热设备的金属外壳； (14) 控制电缆的金属护层。,3、保护接地的应用范围,电气设备的某些金属部分 电气设备下列金属部分，除另有规定外，可不接地： (1) 在木质、沥青等不良导电地面，无裸露接地导体的干燥的房间内，交流额定电压 380 V 及以下，直流额定电压 440V 及以下的电气设备的金属外壳；但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其他物体时，则仍应接地； (2) 在干燥场所，交流额定电压 127V 及其以下，直流额定电压 110V 及其以下的电气设备的外壳；,3、保护接地的应用范围,(3) 安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时不会在支持物上引起危险电压的绝缘子的金属底座等； (4) 安装在已接地金属框架上的设备，如穿墙套管等 ( 但应保证设备底座与金属框架接触良好 )； (5) 额定电压 220V 及其以下的蓄电池室内的金属支架；,3、保护接地的应用范围,(6) 由发电厂、变电所和工业企业区域内引出的铁路轨道； (7) 与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。 此外，木结构或术杆塔上方的电气设备的金属外壳一般也不必接地。,4、接地电阻的确定,(1)低压设备接地电阻 (2)高压设备接地电阻 (3) 架空线路和电缆线路的接地电阻,5、绝缘监视,低压配电网绝缘监视,5、绝缘监视,高压配电网绝缘监视,6、过电压的防护,由于外部原因造成的有雷击过电压、电磁感应过电压和静电感应过电压； 由内部原因造成的有操作过电压、谐振过电压以及来自变压器高压侧的过渡电压或感应电压。,6、过电压的防护,为了减轻过电压的危险均在不接地低压配电网中，可把低压配电网的中性点或者一相经击穿保险器接地。 击穿保险器主要由两片黄铜电极夹以带小孔的云母片组成，其击穿电压大多不超过额定电压的 2 倍。正常情况下，击穿保险器处在绝缘状态，配电系统不接地；当过电压产生时，云母片带孔部分的空气隙被击穿，故障电流经接地装置流入大地。这个电流即高压系统的接地短路电流，它可能引起高压系统过电流保护装置动作，切除故障，断开电源。,6、过电压的防护,如果这个电流不大，不足以引起保护装置动作，则可以通过选定适当的接地电阻值控制低压系统电压升高不超过120 V。通常情况下，R E 4 。 正常情况下，击穿保险器必须保绝缘良好。否则，不接地配电网变成接地配电网，用电设备上的保护接地将不足以保证安全。,6、过电压的防护,因此，对击穿保险器的状态应经常检查，或者接入两只相同的高内阻电压表进行监视。正常时，两只电压表的读数各为相电压的一半。如果击穿保险带内部短路，一只电压表的读数降低至零；而另一只电压表的读数上升至相电压。必要时，防护装置应当设置监视击穿保险器绝缘的声、光双重报警信号。为了不降低系统保护接地的可靠性，监视装置应具有很高的内阻。,二、保护接地（TT系统）,TT 方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统。第一个符号 T 表示电力系统中性点直接接地；第二个符号 T 表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。在 TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地.,二、保护接地（TT系统）,TT 系统的特点如下。 1 ）当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。 2 ）当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，困此 TT 系统难以推广。 3 ） TT 系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料。,1、 TT 系统的原理,1、 TT 系统的原理,这种配电网的额定供电电压为 0.23/0.4kV ( 相电压为 0.23kV, 线电压为 0.4kV), 额定用电电压为 220/380V( 相电压为 220V,线电压为 380V)。220V 用于照明设备和单相设备，380V 用于动力设备。,1、 TT 系统的原理,接地的配电网中发生单相电击时，人体承受的电压接近相电压。也就是说，在接地的配电网中，如果电气设备没有采取任何防止间接接触电击的措施，则漏电时触及该设备的人所承受的接触电压可能接近相电压，其危险性大于不接地的配电网中单相电击的危险性。,2、 TT 系统的应用,采用TT系统时，被保护设备的所有外露导电部分均应同接向接地体的保护导体连接起来；采用TT系统应当保证在允许故障持续时间内漏电设备的故障对地电压不超过某一限值，即 UE=IEREUL,在环境干燥或略微潮湿、皮肤干燥、地面电阻率高的状态下，UL 不得超 过 50V； 在环境潮湿、皮肤潮湿、地面电阻率低的状态下，UL 不得超过 25V。 故障最大持续时间原则上不得超过 5s。,三、保护接零（TN系统）,TN系统中的字母N表示电气设备在正常情况下不带电的金属部分与配电网中性点之间金属性的连接，亦即与配电网保护零线(保护导体)的紧密连接。这种做法就是保护接零。或者说TN系统就是配电网低压中性点直接接地,电气设备接零的保护接零系统。,1、 TN系统的安全原理及类别,TN系统中的字母N表示电气设备在正常情况下不带电的金属部分与配电网中性点之间金属性的连接，亦即与配电网保护零线(保护导体)的紧密连接。这种做法就是保护接零。或者说TN系统就是配电网低压中性点直接接地,电气设备接零的保护接零系统。,1、 TN系统的安全原理及类别,1、 TN系统的安全原理及类别,U 配电网相电压； ZL 相线阻抗； ZPE 保护零线阻抗； ZE 回路中电器元件阻抗； ZT 变压器计算阻抗.,1、 TN系统的安全原理及类别,2、保护接零的应用范围,保护接零用于中性点直接接地的 220/380V 三相四线配电网。在这种配电网中，接地保护方式(TT系统)难以保证安全,不能轻易采用。在这种系统中，凡因绝缘损坏而可现危险对地电压的金属部分均应接零。要求接零和不要求接零的设备和部位与保护接地的要求大致相同。,2、保护接零的应用范围,TN-S 系统可用于有爆炸危险、火灾危险性较大或安全要求较高的场所，宜用于独立附设变电站的车间。 TN-C-S 系统宜用于厂内设有总变电站，厂内低压配电的场所及民用楼房。 TN-C 系统可用于无爆炸危险、火灾危险性不大、用电设备较少、用电线路简单且安全条件较好的场所。,2、保护接零的应用范围,UE=URE/（RNRE） UN=UUE=URN/（RNRE）,2、保护接零的应用范围,这时的故障电流不太大，不一定能促使短路保护元件动作而切断电源，危险状态将在大范围内持续存在。 除非接地的设备或区段装有快速切断故障的保护装置,否则，不得在TN系统中混用 TT 方式。,2、保护接零的应用范围,这时的故障电流不太大，不一定能促使短路保护元件动作而切断电源，危险状态将在大范围内持续存在。 除非接地的设备或区段装有快速切断故障的保护装置,否则，不得在TN系统中混用 TT 方式。,3、工作接地,工作接地是指在正常和事故情况下,为了保证电气设备的安全运行,在电力系统中某点进行的接地叫工作接地.如变压器的中性点接地,互感器中性点接地,和两线一地系统的一相接地都属于工作接地,3、工作接地,(1)降低人体的接触电压。在中性点对地绝缘的系统中，当一相接地，而人体又触及另一相时，人体将受到线电压，但对中性点接地系统，人体受到的为相电压。 (2)迅速切断故障设备。在中性点绝缘的系统中，一相接地时，接地电流仅为电容电流和泄漏电流，数值很小，不足以使保护装置动作以切断故障设备。在中性点接地系统中，发生碰地时将引起单相接地短路，能使保护装置迅速动作以切断故障。 (3)减轻高压窜人低压的危险。,3、工作接地,(3)减轻高压窜人低压的危险。 （4）故障容易被检测，故障点也比较容易确定。,3、工作接地,当配电网一相故障接地时，如没有工作接地，另两相对地电压将上升到接近线电压甚至更高一些；如有工作接地，在线电压为04kV的配电网中，一般可限制中性线对地电压不超过50V，而非故障相对地电压不超过250V。在10kV不接地系统中，如低压没有工作接地，当高、低压故障短接时，低压系统的对地电压将上升为5 800V右；如低压边有工作接地，一般可限制低压系统对地电压升高不得超过120V。,4、速断保护元件,接零系统中的速断保护元件是短路保护元件或剩余电流保护 ( 漏电保护 ) 元件 。 常见短路保护元件是熔断器和低压断路器的电磁式过电流脱扣器。,4、速断保护元件,应严格控制保护元件的动作电流。在不致错误切断线路、不影响正常工作的前提下，保护元件的动作电流越小越好。 为了不影响线路正常工作，保护元件应能躲过线路上的最大冲击电流而不动作。 断路器动作很快，应要求其瞬时 ( 或短延时 ) 动作过电流脱扣器的整定电流大于线路上的峰值电流。,4、速断保护元件,如中性线不能被相线上的保护元件保护，可在中性线上装设保护元件。但其动作应当只能断开相线或同时断开相