第三章（修改）间接接触电击防护祥解课件

第三章 间接接触电击防护 n按照IEC（国际电工委员会）以及GB50054 -95低压配电设计规范规定，低压供 电系统的接地型式按配电系统和电气设备 不同的接地组合分类。其一般由两个字母 组成，必要时可加后续字母，其共有五种 型式： IT系统 TT系统 TN系统 （TN-S系统 TN-C系统 TN-C-S系 统） n其中第一个字母表示电源侧（配电变压器或发 电机）接地方式：T表示直接接地；I表示不接 地或通过大阻抗接地。 n其中第二个字母表示电气设备外露导电部分接 地方式：T表示独立于电源接地点的直接接地； N表示直接与电源系统接地点。 n后续字母表示中性线与保护线的关系：C表示中 性线与保护线合并为一根导体；S是表示中性线 与保护线分开为两根相互独立的导体。 n接地的概念 n所谓接地，就是讲设备的某一部分经接地装置与大 地紧密连接起来。 n接地的分类 n正常接地和故障接地 n正常接地分为工作接地和安全接地 n工作接地：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。 n安全接地时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 。 n故障接地时指带电体与大地之间的意外连接，如接 地短路等。 n接地电流和接地短路电流 n凡从接地点流入地下的电流即属于接地电流。 n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。 n在高压系统中，接地短路电流可能很大，接地短路 电流500A及以下的称小电流接地系统；接地短路电 流500A以上的称大电流接地系统。 *河南理工大学电力工程 系 6 n电气设备发生单相碰壳，接地电流经接地极 入地后，向四周流散，形成地中电流。距接 地极越近，电流通过土壤的导电面积越小， 反之越大。 n在电流扩散的方向上选同长的一段，可见距 接地极越近，半球面表面积越小，电阻较大 ；越远的地方，电阻越小。离接地极20m以 外的地方，土壤电阻很小，近似认为零。 *河南理工大学电力工程 系 7 n电流通过电阻时产生压降，距接地极越近 的地方，单位长度上的电压降越大；反之 也就越小。在20m以外的土壤中，几乎没 有电压降，因而认为该处的电位为零，即 通常所说的电气上的“地”。接地回路中任 何一点对“地”的电位差称为对地电压。 n接地极附近土壤中的电位分布曲线如图 *河南理工大学电力工程 系 9 n接地极的对地电压与经接地极流入地中的 接地电流之比称为接地极的流散电阻；电 气设备接地部分的对地电压与接地电流之 比称为接地装置的接地电阻，它等于接地 线的电阻与接地极的流散电阻之和。因为 接地线的电阻很小，可略去不计，故一般 认为接地电阻等于流散电阻。 *河南理工大学电力工程 系 10 n跨步电压的概念：当接地极有电流流过时 ，在离接地极20m的圆内，地面上具有不 同的电位分布。当人的两脚站在这种带有 不同电位的地面时，两脚间的电位差叫做 跨步电压。在计算时，一般取步距0.8m， 即取0.8m间的电位差为跨步电压。由图可 知，距接地极越近，跨步电压越大，反之 越小。 n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。 n接触电压是指加于人体某两点之间的电压。 1 IT系统 IT系统定义 I 表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接 地。第二个字母 T 表示负载侧电气设备进行接 地保护，如图所示。 IT系统安全原理： 上图（a）所示的在不接地配电网中，当一相碰壳 时，接地电流 通过人体和配电网对地绝缘阻抗构成 回路。 如各相对地绝缘阻抗对称，即 则运用戴维南定理可以比较简单地求出人体承受电压 和流经人体的电流。 运用戴维南定理可得到上图（b）所示等值电路。 等值电路中的电动势为网络二端开路电压，即没有人 触电时该相对地电压 。 因为对称，该电压即相电压 该阻抗为 根据等值电路不难求得人体承受的电压和流过人体 的电流分别为： （3.1） （3.2） 式中： -相电压； -人体电压和人体电流； -人体电阻； -各相对地绝缘阻抗。 绝缘阻抗 是绝缘电阻R和分布电容C的并联阻 抗。对于对地绝缘电阻较低，对地分布电容又很小 的情况，由于绝缘电阻中的容抗比电阻大得多，可 以不考虑电容。这时可简化得到人体电压和人体电 流分别为： （3.3） （3.4） 对于对地分布电容较大，对地绝缘电阻很高的情 况下，由于绝缘阻抗中的电阻比容抗大得多，可以 不考虑电阻。这时也可化简复数运算，求得人体电 压和人体电流分别为： （3.5） （3.6） 由以上个事可得，在不接地配电网中，单相电击 的危险性决定于配电网电压、配电网对地绝缘电阻 和人体电阻等因素 nIT系统是否满足间接接触电击防护要求,须考虑 多种因素: a.对系统而言: 电网电压、电网对地绝缘阻抗 b.对人身而言：人体电阻 c.对设备而言：接地电阻 n上述条件往往不满足触电防护要求，故还应符合 d.绝缘监视 e.过电压防护 f.等电位联结等条件 IT系统安全条件： IT系统绝缘监测 1无源测量 （1）正常时相对地导纳 （2）接入附加电导Gg时的每相对地导纳Yg Ig V A Ag L1 220V N SB1SA1SB2 U I (Ug) Gg 2有源测量 N T1 L1 L2 L3 mA V R1R2R3 R/3 Z1Z2Z3 Z/3 U 2 U2 T2 U1 I I 保护接地网 （1）消除异相碰壳触电危险 （2）因并联支路多 而总的RE降低 IE M2 N T L1 L2 L3 M1 RE1RE2 IT系统安全评价： a.供电的可靠性高 b.IT 方式供电系统在供电距离不是很长时、对地 电容不大情况下，安全性好。 c.如果供电距离很长，供电线路对大地的分布电 容就不能忽视了，此时会增加触电危险性。 d.抑制过电压能力差。 e.单相接地时，由于短路电流较小，不易检测出 故障，保护装置可能不动作。 f.单相接地时，另两相电压升高，对绝缘不利， 可能会损坏设备，且增加触电危险。 IT适用范围： n供电连续性要求较高，如应急电源、医院手术 室、地下矿井、电力炼钢等。 2 TT系统 TT系统定义： nTT 系统是指电源中性点直接接地，电气设备的 外露导电部分用线接到接地极（此接地极 与中性点接地没有电气联系） 。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。 TT 系统 TT系统安全原理： TT系统安全评价： 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。 n现在有的建筑单位是采用 TT 系统，施工单位 借用其电源作临时用电时，应用一条专用保护 线，以减少需接地装置钢材用量，如下图所示 。图中点画线框内是施工用电总配电箱，把新 增加的专用保护线 PE 线和工作零线 N 分开， 其特点是：共用接地线与工作零线没有电的 联系；正常运行时，工作零线可以有电流， 而专用保护线没有电流； TT系统适用范围： a.分散住宅或农村用户宜采用TT系统。 b.建筑施工现场宜采用TT系统。 c.城市公共用电. 3 TN系统 TN系统定义： TN 系统是将电气设备的金属外壳与保护零线相 接的保护系统，称作接零保护系统，用 TN 表 示。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。 TN系统的类别 nTN系统根据电气设备外露导电部分与系统连接 的不同方式又可分三类：即系统、 系统、系统。 n如图所示。 TN-S 系统的保护零线是与工作零 线完全分开的；TN-C-S 系统干线部分的前一部 分保护零线是与工作零线共用的；TN-C 系统的 干线部分保护零线是与工作零线完全共用的。 （a）TN-S 系统（b）TN-C-S 系统（c）TN-C 系统 TN系统的安全原理 nTN系统的安全原理是当故障使电气设备金 属外壳带电时，形成相线和零线短路，回 路电阻小，电流大，能使熔丝迅速熔断或 保护装置动作切断电源。 保护接零原理图 （a）原理图 （b）等效电路 n 1.保护接零的作用 n地面低压380/220V采用三相四线制供电系 统，由于使用广泛，并带有生活、照明等 负荷，发生人身触电的几率较高。这种供 电系统，采用变压器中性点直接接地的运 行方式，其接地的中性点叫零点，由零点 引出的线或接地的中性线叫零线。 n 保护接零，就是把电气设备正常情况下 不带电的金属部分与电网的零线作电气连 接的保护措施。 保护接零电气示意图 n保护接零的目的：保证人身安全，防止发生 触电伤亡事故。当电气设备发生一相碰壳故 障时，则通过设备外壳造成相线对零线的单 相短路，电流超出正常工作电流许多倍，能 使线路上的过流保护装置迅速动作，限制了 故障存在的时间，减少触电几率。此时，如 果在电源被切断之前恰有人触及该漏电设备 外壳，可利用保护接零的分流作用，减少人 身触电电流，降低接触电压，以保证人员的 安全。 TN系统重复接地 2. 重复接地 沿零线把一点或多点再次接地，成为 重复接地。 重复接地的作用：进一步降低发生单 相碰壳接地短路时人体的接触电压，并可 减少零线断线时漏电设备外壳的对地电压 。 如图所示，未采用重复接地时，当电气设备发生 单相碰壳时，故障点以后的零线上电压为1/2 相电压（设零线与相线同材质同截面）。 如图所示，采用重复接地后，如果工作接地电阻 与重复接地电阻相等，相线截面与零线截面也 相等，则接触电压仅为1/4相电压， 在无重复接地时，若零线断线并发生一相碰壳， 则断电以后的零线上及其它接零外壳上，将出现 接近相电压值的对地电压。在有重复接地后，相 电压V降落在重复接地电阻及中性点接地电阻上 n在供电系统中，应尽量避免零线断线事故的发 生，在三相四线制供电系统的零线上，一般不 允许装设熔断器。 TN系统安全评价： a.一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏 电电流上升为短路电流，这个电流很大，是 TT 系统的 数倍，熔断器的熔丝会熔断，低压断路 器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断 电，比较安全。 b.TN 系统节省材料、工时，在我国和其他许多国 家广泛得到应用，可见比 TT 系统优点多。 c.TN 系统对漏电设备起一定降压作用。 I.TN-S 供电系统的安全评价： TN-S TN-S 供电系统的安全评价： a.工作零线只用作单相照明负载回路。 b.系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只 是工作零线上有不平衡电流。 PE 线对地没有 电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在 专用的保护线 PE 上，安全可靠。 c.当N线断线，若此时三相负荷不平衡，中性点电 位升高，PE线也无电位。 TN-S 供电系统的安全评价： d.专用保护线 PE 不许断线，禁止接入熔断器或 漏电开关等。 e.禁止TN-S 系统有保护接地（即禁止TT、TN混用 ） II. TN-C 供电系统的安全评价： TN-C TN-C 供电系统的安全评价： a.特点：电源变压器中性点接地，保护零线（ ）与工作零线（）共用。 n它是利用中性点接地系统的中性线（零线）作 为故障电流的回流导线，当电气设备相线碰壳 ，故障电流经零线回到中性点，由于短路电流 大，因此可采用过电流保护器切断电源。 系统一般采用零序电流保护； c.系统适用于三相负荷基本平衡场合， 如果三相负荷不平衡，则线中有不平衡 电流，再加一些负荷设备引起的谐波电流也会 注入，从而中性线带电，且极有可能 高于，它不但使设备机壳带电，对人身 造成不安全。 d.系统应将线重复接地，其作用 是当接零的设备发生相与外壳接触时，可以有 效地降低零线对地电压。 III.TNCS系统安全评价 TN-C-S TNCS系统安全评价 a.它由两个接地系统组成，第一部分是系 统，第二部分是系统，其分界面在线 与线的连接点。分开以后，N线应对地绝缘 。为了防止分开后的PE线与N线混淆，应按国标 GB7947-87的规定，给PE线和PEN线涂以黄绿相间 的色标，给N线涂以浅蓝色色标。 b.当电气设备发生单相碰壳时，同系统； 当线断开，故障同C系统； 系统中应重复接地，而线 不宜重复接地。 c.工作零线 N 与专用保护线 PE 相联通，线路不 平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到 零线电位的影响。但后面 PE 线上没有电流， 即该段导线上没有电压降，因此， TN-C-S 系 统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不 能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于 PEN 线的负载不平衡的情况及 PEN 这段线路的 长度。负载越不平衡， PEN 线又很长时，设备 外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平 衡电流不能太大，而且在 PE 线上应作重复接 地。 d.对 PE 线除了在总箱处必须和 N 线相接以外， 其他各分箱处均不得把 N 线和 PE 线相联， PE 线上不许安装开关和熔断器，也不得用大顾 兼作 PE 线。 通过上述分析， TN-C-S 供电系统是在 TN- C 系统上临时变通的作法。当三相电力变压器 工作接地情况良好、三相负载比较平衡时， TN -C-S 系统在施工用电实践中效果还是可行的。 但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专 用的电力变压器时，必须采用 TN-S 方式供电 系统。 TN系统速断保护元件 n接零系统中的短路保护元件不仅仅是保护 设备和线路，而且是防止间接接触电击的 主要单元。 a.利用线路的过电流保护 n空气断路器 n 熔断器 b.采用漏电保护 保护人体触电不发生心室纤维颤动的界限 值30mAs。当过电流保护装置不能满足 切除故障的时间时，采用漏电保护。 对住宅用电设备的漏电保护： n在干燥的场所，可选用漏电动作电流为 220mA，动作时间为0.1s。 n对潮湿等潮湿，可选用漏电动作电流为 30mA、10mA、6mA的快速漏电保护器。 TN供电系统的适用范围： nTN-S 方式供电系统安全可靠，适用于防 电击要求高，爆炸和有火灾危险场所，如 工业与民用建筑等低压供电系统。 nTN-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。 nTN-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。 第五节 保护导体 1 保护导体概念: n组成:保护导体包括保护接地线、保护接零线和 等电位联结线。 n安全性:保护导体断开或缺陷除可能导致触电事 故外，还可能导致电气火灾和设备损坏。因此 ，必须保证保护导体的可靠性。 n原则：防保护导体断开引发事故。 n分类: 人工保护导体-导电性好，不易损坏 自然保护导体-方便、可靠;节约成本，减少接 地体电阻 2 保护导体的截面积 n为满足导电能力、热稳定、机械稳定性、耐化 学腐蚀要求，保护导体必须有足够的截面积。 n当保护线与相线材料相同时，保护线可以直接 按下表选取，如果保护线与相线材料不同，可 按相应的阻抗关系考虑。 SL/mm2SPE/mm2 SL16SL 1635SL/2 n 兼作工作零线的保护零线的PEN 线的最 小截面积除应满足不平衡电流的导电要求 外，还应满足保护接零可靠性的要求。为 此，要求铜质PEN线截面积不得小于 10mm2，铝质的不得小于16mm2，如系电缆 芯线，则不得小于4mm2。 3 等电位联结 n等电位联结指保护导体与建筑物的金属结 构、生产用的金属装备以及允许用作保护 线的金属管道等用于其他目的的不带电导 体之间的联结 (包括IT系统和TT系统中各 用电设备金属外壳之间的联结)。 n作用：通过等电位联结可以实现等电位环 境。等电位环境内可能的接触电压和跨步 电压应限制在安全范围内。 4 相零回路检测 dccb RVRP UUMUR 比较二式得： UMUdcUbN T M V A N UM IM IM UabU a b C S UR RP IM b d U C IL 第六节 接地装置 n接地装置是接地体( 极 )和接地线的总称 。运行中电气设备的接地装置应当始终保 持良好状态。 n分类： 自然接地体 人工接地体 1 自然接地体和人工接地体 a.自然接地体是用于其他目的，且与土壤 保持紧密接触的金属导体。利用自然接地 体不但可以节省钢材和施工费用，还可以 降低接地电阻和等化地面及设备间的电位 。如果有条件，应当优先利用自然接地体 。 b.人工接地体可采用钢管、角钢、圆钢或 废钢铁等材料制成。人工接地体宜采用垂 直接地体，多岩石地区可采用水平接地体 。 c.变电所经常采用以水平接地体为主的复合接地 体，即人工接地网。复合接地体的外缘应闭合， 并做成圆弧形。 d.为了保证足够的机械强度，并考虑到防腐蚀的 要求，钢质接地体的最小尺寸见表 3-9。电力线 路杆塔接地体引出线应镀锌，截面积不得小于 50mm2。 2 接地线 a.交流电气设备应优先利用自然导体作接地线。 在非爆炸危险环境，如自然接地线有足够的截 面积，可不再另行敷设人工接地线。 b.车间电气设备较多时分为：接地干线、接地支 线.各电气设备的接地支线应单独与接地干线或 接地体相连，不应串联连接。 c.接地线的涂色和标志应符合国家标准。非经允 许，接地线不得作其他电气回路使用。 材料种类铜/mm2铝/mm2 明设的裸导线46 绝缘导线1.52.5 电缆接地芯或与相线包在同一 保护套内的多芯导线的接地芯 1.01.5 低压电气设备外露铜、铝接地线截面积 d.接地线的截面要求(见下表) 3 接地电阻 接地体对无穷远处零电位面之间的电压U与 通过接地体泄入大地的电流I 之比值 R=R1+R2+R3+R4 R4 接地体本身电 阻 引下线电阻 接地体与土壤接触电阻 接地体至零电位之间 土壤电阻 a 垂直接地体 多根垂直接地体并联 利用系数1 2根并联 =0.9 6根并联 =0.7 b.水平接地体 形状系数 c.杆塔的钢筋混凝土基础自然接地电阻 杆塔自然接地电阻估算值 杆塔 型式 钢筋混凝土杆铁 塔 单 杆 双 杆 有34根拉 线的单双 杆 单柱 式 门 型 工频 自然 接地 电阻 () 0.3 0.20.10.1 0.06 d.变电站的地网 材料种类 地上地下 室内室外交流直流 圆钢直径/mm681012 扁钢 截面/mm260100100100 厚度/mm3446 角钢厚度/mm2.02.54.06.O 钢管管壁厚度/mm2.52.53.54.5 4 大地的导电特性 I.土壤电阻率 n大地的导电方式：电子导电和离子导电，因此 ，干燥的土壤或纯净的水是不导电或导电能力 很差的 n土壤电阻率的大小主要取决于