用电设备的接地保护.doc

21.3接地与接零保护21.3.1接地的种类1.什么是“地”?电气上所谓的“地”指电位等于零的地方。一般认为，电气设备的任何部分与土壤作良好的连接就称为接地。接地点与真正的零电位之间的电压称为接地电压。而接地短路电流是指设备的绝缘损坏，外壳对地短路以后，经过短路点入大地的电流。单相短路电流大于500A称为大接地短路系统，小于500A称为小接地短路电流系统。变压器或发电机三相绕组的连接点称为中性点，如果中性点接地，则称为零点。由中性点引出的导线称为中线或工作零线。接地电阻是指电流从接地极向周围流散所受的阻力。如图21-5所示。图21-5接地电阻示意图2.接地的种类用电设备的接地一般可区分为保护性接地和功能性接地。保护性接地又可分为接地和接零两种型式。接地的种类按其作用不同可分为以下几种。小电流接地工作接地功能性接地大电流接地接地重复接地防雷接地保护性接地保护接地静电接地保护接地保护接零21.3.2工作接地(1)工作接地的定义：由于电气系统运行的需要，在电源中性点与接地装置作金属连接称为工作接地。(2)工作接地的意义：有利于安全，当电气设备有一相对地漏电时，其他两相对地电压是相电压，如果没有工作接地，有一相故障接地则其他两相对地电压是线电压。在高电压系统，有中性点接地可以使继电保护设备准确地动作，并能消除单相电弧接地过电压。中性点接地可以防止零序电压偏移，保持三相电压基本平衡。在低压系统可以很方便地取出相电压。可以降低电气设备的绝缘水平。一旦高压窜入低压，当接地电阻小于4时，中性点对地电压不大于120V。以前高压输电可以用一相工作接地，能把大地当做一根导线，节省材料，现在新规范不允许。中线对地电压当工作接地系统出现一相碰地时，中线的对地电压为UO：见图21-6。UOId.RORO/IORd U2式中：RO工作接地电阻；Rd接地短路电阻；Id接地短路电流；U相相电压图21-6中线对地电压当高压窜入低压线时，中线对地的电压如图21-7。UOIgd.RO式中：Igd-高压单相对地电流；RO工作接地电阻图21-7当高压窜入低压时中线对地电压确定变电所接地装置的型式和布置时，应尽量降低接触电势和跨步电势。在小接地短路电流系统发生单相接地时，一般不必迅速切除接地故障，但此时变电所、电力装置的接地装置上最大电势和最大跨步电势，应符合公式要求：Ejm500.05bEkm500.2b式中：Ejm接地装置的最大接触电势V；Ekm接地装置的最大跨步电势V；b-人站立处地表面土壤电阻率m。在条件特别恶劣的场所，最大接触电势和最大跨步电势值宜适当降低。当接地装置的最大接触电势和最大跨步电势较大时，可考虑敷设高电阻率路面结构层或深埋接地装置，以降低人体接触电势和跨步电势。直接接地或经消弧线圈接地的变压器、旋转电机的中性点与接地体或接地干线连接时，应采用单独接地线。变电所的接地装置，除利用自然接地体外，还应敷设人工接地体。但对10kV及以下的变电所，若利用建筑物基础做接地体，其接地电阻值能满足规定值时，可不另设人工接地体。人工接地网外缘应闭合，外缘各角应做成弧形。对经常有人出入的走道处，应采用高电阻率路面或均压措施。非沥青地面的居民区内310kV高压架空配电线路的钢筋混凝土杆宜直接接地，金属杆塔应接地，接地电阻值不宜超过30。电源中性点直接接地系统的低压架空线路和高低压共杆的线路其钢筋混凝土杆的铁横担或铁杆应与PEN线连接，钢筋混凝土电杆的钢筋宜与PE线连接(但出线端装有漏电电流动作保护装置者除外)。三相三芯电力电缆的两端金属外皮均应接地，变电所内电力电缆金属外皮可利用主接地网接地。当采用全塑料电缆时，宜沿电缆沟敷设12根两端接地的接地线。21.3.3重复接地1.定义在工作接地以外，在专用保护线PE上一处或多处再次与接地装置相连接称为重复接地。在供电线路的终端或供电线路每次进人建筑物处都应该作重复接地。2.作用一旦中性线断了，可以保护人身安全，大大降低触电的危险程度。它与工作接地电阻相并联，降低了接地电阻的总值，使工作零线对地电压漂移减小。增大故障电流，使自动脱扣器动作更可靠。当三相负载不平衡时，能使三相负载相电压更稳定平衡。3.应用要点重复接地电阻一般规定不得大于10，当与防雷接地合一时，不得大于4。在TN-C供电系统中如果干线上有4极漏电开关时，工作零线不能作重复接地，因为漏电开关不允许后面的中线有重复接地，在TN-S供电系统中的PE线存在重复接地，而在TT供电系统中有保护接地，也有重复接地。在常用的TN-S供电系统中，在总配电箱、供电线路终点及每一个建筑物的进户线都必须作重复接地。在装有漏电电流动作保护装置后的PEN线也不允许设重复接地，中性线(即N线)，除电源中性点外，不应再重复接地。21.3.4保护接地1.定义保护接地将用电设备与带电体相绝缘的金属外壳和接地装置作金属连接称为保护接地。如图21-8所示。在IT供电系统中当供电距离比较长，线路对地的分布电容较大时，人体触及带电的设备外壳时，也有危险。图21-8保护接地2.施工中注意要点(1)在电源中性点有工作接地的供电系统中，保护接地并不可靠。因为相线碰设备金属外壳时的电流为：I220/（44）27.5(A)所以当自动断路器容量较大时，并不一定跳闸。(2)在1kV以上的供电系统中不管电源中性点接地与否，一律采用保护接地。因为在高压系统中熔断器工作不一定可靠，会有电弧，难以可靠地断电，而且熔丝延时断电也不好。(3)在保护接地的系统中，要注意高压窜入低压的问题，为此可以把星接的负载或三角接的一相通过击穿保险器与接地装置作金属连接，而且电阻不大于4。在高压窜入时对地电压不大于120V。大大降低了危险性。(4)在220/380V供电系统中，当电力变压器的额定容量小于100kVA时，接地电阻不大于10。当电力变压器的额定容量大于100kVA时，接地电阻不大于4。(5)不同用途和不同电压等级用电设备的接地(包括保护性接地和功能性接地)，除另有规定者外，宜采用一个总的共用接地装置。对其他非电力设备(电讯及其他电子设备)，除有特殊要求者外，也可采用共用接地装置，接地装置的接地电阻应符合其中最小值的要求。设计接地装置时，应考虑土壤干、湿、冻结等季节性变化对土壤电阻率的影响。在10kV及以下电力网中，严禁利用大地作相线或中性线。3.高层民用建筑接地的特点一般采用框架结构钢筋作为接地体，利用桩基钢筋或地基钢筋作为接地板(国外称为UFFER)，接地电阻可以达到1，分流作用相当好。但是高层建筑的地下室有严密的防水层时，地基钢筋不能泄漏电流，必须在防水层外面另作接地装置。在高层建筑内难作接地，故常采用TN-S供电系统，接在PE线上即可，在楼内不要求接地，在楼内与防雷接地分开。当发生相线碰壳短路而又未及时断电而危及整个接地风管及金属构件等，改善的方法是把钢管两头接地，而且在管里面另穿一根PE线，不可用钢管兼作接地线，这样既满足接地又满足屏蔽的要求。低压配电盘和照明盘内必须分设工作接地母线和保护接地母线，不能混用，这样才能使楼内的防雷接地、工作接地及保护接地分开。4.高层建筑接地的措施(1)防止高电位的引入方法：全部采用电缆进线，有困难时，电缆不小于50m，而且在电杆换线处安装避雷器。铠装电缆的金属外皮与架空线的绝缘子铁脚、避雷器均作接地，冲击电阻不大于10。进入高层建筑的其他低压线宜用两头接地的电缆，最好直埋，电缆直埋从电网边缘算起不小于10m，也可以穿钢管埋地。进入建筑物的架空金属管道应该接地。并把所有的配电金属管、水管、暖气管、煤气管、空调风管等一切金属管路和防雷引下线焊接，形成等电位体，在伸缩缝处，用两根软电线把两边的结构主钢筋连接起来，保证接地回路畅通。总等电位联结主母线的截面不应小于装置最大保护截面的一半，但不小于6mm2，如果是采用铜导线，其截面可不超过25mm2；如为其他金属时，其截面应能承受与之相当的载流量。高层建筑电缆布线应在屏蔽的竖井内，各层紧相连，从平面图看井宜居中，因为平面中心场强最弱。例如设计在电梯井旁边或楼梯间的两侧。5.有关接地的规定(1)人工接地极可分为打入地下的接地极，埋地金属带或绞线、栅网、埋地金属板和地网。选择的型式决定于所遇见的土壤类型和其可以埋没的深度。当岩石在地下1.5m或更深一些时，通常采用打入地下的接地极是比较满意和经济的，而栅网、埋地金属带或绞线则优先用于埋置深度较浅的地点。栅网经常用于发电厂或变电站，使整个电站形成等电位区，由于这些场所涉及生命和财产的安全，既使投资高一些也是合理的。也要求每姆欧接地电导需要的埋地材料数量最少。近年来已不广泛采用埋地金属板，因为与埋地棒或带相比，造价要高。而且当用量少时，又是人工接地极中可靠性最低的。接地网是埋地绞线接地极的一种，通常仅限于在土壤电阻率高的地方使用，如沙或岩石地区，采用具他接地方法满足不了要求。交流电力装置的接地体，在满足热稳定条件下，应充分利用自然接地体。在利用自然接地体时，应注意接地装置的可靠性，并不因某些自然接地体的变动(如自来水管系统)而受到影响。但可燃液体或气体、供暖系统管道等禁止当作保护接地体。(2)人工接地体可采用水平敷设的圆钢、扁钢，垂直敷设的角钢、钢管、圆钢，也可采用金属接地板。一般优先采用水平敷设方式的接地体。人工接地体的最小尺寸，不应小于表21-7。人工接地体的最小尺寸(mm)表21-7类别最小尺寸圆钢(直径)10角钢(厚度)4钢管(壁厚)3.5扁钢截面mm2100厚度4接地装置宜采用热镀锌等防腐措施。在腐蚀性较强的场所，应适当加大截面。在地下禁止用裸铝线作接地体或接地线。交流接地装置的接地线应符合热稳定要求。但当保护线按表21-7选择截面时，则不必再对其热稳定校核。而埋入土内的接地线在任何情况下，均不得小于表21-8所列规格。保护线最小截面(mm2)表21-8装置的相线截面S接地线及保护线最小截面S16S(和相线截面相同)16S3516S35S/2拝注：表中数值只在接地线与保护线的材料与相线相同时才有效；当保护线采用一般绝缘导线时，其截面不应小于表21-9。埋入土内的接地线最小截面表21-9有无防护有机械损伤保护无机械损伤保护有防腐蚀保护的按热稳定条件确定铜16、铁25无防腐蚀保护的铜25铁50(3)对接地线及保护线应验算单相短路时的阻抗，以保证单相接地时保护装置动作的灵敏度。(4)装置外可导电部分严禁用作PEN线(包括配线用的钢管及金属线槽)。PEN线必须和相线具有相同的绝缘水平，但成套开关设备和控制设备内部的PEN线可除外。不得使用蛇皮管、保温管的金属网或外皮以及低压照明网络的铅皮作接地线和保护线。在电力装置需要接地的房间内，这些金属外皮也应通过金属跨接线与总保护接地线连接，并应保证全长为完好的电气通路，线路应采用低温焊接或螺栓连接。(5)凡需要进行保护接地的用电设备，必须用单独的保护线与保护干线相连或用单独的接地线与接地体相连。不得把几个应予保护接地部分互相串联后，再用一根接地线与接地体相连。(6)保护线及接地线与设备、接地总母线或总接地端子间的连接，应保证有可靠的电气接触。当采用螺拴连接时，应设防松螺帽或防松垫圈，且接地线间的接触面、螺拴、螺母和垫圈均应镀锌。保护线不应接在电机、台扇的风叶壳上。(7)当利用电梯轨道(吊车轨道等)作接地干线时，应将其连成封闭的回路。当变压器容量为4001000kVA时，接地线封闭回路导线一般采用404扁钢；当变压器容量为315kVAA及以下时，其封闭回路导线采用254扁钢。(8)接地线与接地线，以及接地线与接地体的连接宜采用焊接，如采用搭接时，其搭接长度不应小于扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。接地线与管道等伸长接地体的连接应采用焊接，如焊接有困难，可采用卡箍，但应保证电气接触良好。(9)接地干线应该在不同的两点或两点以上与接地网相连接。自然接地体也应该在不同的两点以上与接地干线或接地网相连。21.3.5保护接地的范围1.下列电力装置的外露可导电部分，除另有规定外，均应接地或接零：(1)电机、变压器、电器、手握式及移动式电器。(2)电力设备传动装置。(3)室内、外配电装置的金属构架、钢筋混凝土构架的钢筋及靠近带电部分的金属围栏等。(4)配电屏与控制屏的金属框架。(5)电缆金属外皮及电力电缆接线盒、终端盒。(6)电力线路的金属保护管、各种金属接线盒(如开关、插座等金属接线盒)、敷线的钢索及起重运输设备轨道。(7)在非沥青地面场所的小接地短路电流系统架空电力线路的金属杆塔。(8)安装在电力线路杆塔上的开关、电容器等电力设备及其支架等。2.在使用过程中产生静电并对正常工作造成影响的场所，宜采取防静电接地措施。3.下列电力装置的外露可导电部分除另有规定者外，可不接地或接零：(1)在木质、沥青等不良导电体坪的干燥房间，交流额定电压380V以下。支流额定电压400V及以下的电力装置。但当维护人员可能同时触及电力装置外可导电部分和接地(或接零)物件时除外。(2)在干燥场所，交流额定电压50V及以下、直流额定电压110V及以下的电力装置。(3)安装在配电屏、控制屏已接地的金属框架上的电气设备，如套管等。(4)当发生绝缘损坏时不会引起危及人身安全分绝缘底座。(5)额定电压为220V及以下的蓄电池室内支架。4.下述场所电气设备的外露可导电部分严禁保护接地：(1)采用设置绝缘场所保护方式的所有电气设备及装置外可导电部分。(2)采用不接地局部等电位联结保护方式的所有电气设备及装置外可导电部分。(3)采用电气隔离保护方式的电气设备及装置外可导电部分。(4)在采用双重绝缘及加强绝缘保护方式中的绝缘外户套物里面的可导电部分。5.接地要求和接地电阻小接地短路电流系统的电力装置，小接地短路电流系统的电力装置的接地电阻，应符合下式要求：高压与低压电力装置共用的接地装置R120/I (21-1)仅用于高压电力装置的接地装置R250/I (21-2)式中：R考虑到季节变化的最大接地电阻值。I计算用的接地故障电流A。对装有消弧线圈的变电所或当机立断装置的接地装置，计算电流等于接在同一接地装置中同一电力网各消弧线圈额定电流总和的1.25倍。对不装消弧线圈的变电所或电力装置，计算电流等于电力网中断开最大一台消弧线圈时最大可能残留电流，但不得小于30A。确定接地故障电流时，应考虑电力系统510年发展规划以及本工程的发展规划。在土壤电阻率高的地区，当使用接地装置的接地电阻达到上述规定值而在技术经济上很不合理时，电力设备的接地电阻可提高到30，变电所接地装置的接地电阻可提高到15。低压电力网中，电源中性点的接地电阻不宜超过4。由单台容量不超过100kVA或使用同一接地装置的接地电阻不宜大于10。土壤电阻率高的地区，当达到上述接地电阻值有困难时，可采用具有等电位作用的网式接