接地与接零详细说明

1、接地和接零接地和接零的基本目的有两条,一是按电路的工作要求需要接地;二是为了保障人身和设备安全的需要接地或接零。按其作用可分为四种。A .工作接地;b .保护接地;c .保护接零;d .重复接地。那么什么是工作接地呢?在采用380/220V 的低压电力系中,一般都从电力变压器引出四根线,即三根相线和一根中性线,这四根兼做动力和照明用。动力用三根相线,照明用一根相线和中性线。在这样的低压系统中,考虑当正常或故障的情况下,都能使电气设备可靠运行,并有利人身和设备的安全,一般把系统的中性点直接接地,如图-1中的R 。即为工作接地。由变压器三线圈接出的也叫中性线即零线,该点就叫中性点。A 工作接地的作

2、用有两点,一是减轻一相接地的危险性;稳定系统的电位,限制电压不超过某一范围,减轻高压窜入低压的危险。工作接地是如何减轻一相接地的危险性的呢? 如图-2所示,如果电网的中性点不接地,当有一相碰地时,接地电流不大,设备仍可运行,故障可能长时间存在,但这时电流通过设备B 和人体回到零线而构成回路,这是很危险的。应当看到,发生上述故C 障时,不只是某一接零设备处在危险状态,而是由该变压器供电的所有接零设备都处在危险状态中,同时,没有碰地的两相对地电压显著图-1升高,大大增加触电的危险。如果是如图-3那样,变压器的中性电直 图-2 中性点不接地时一相碰地 图-3 中性点接地时一相碰地接接地,即变压器有工

3、作接地,上述危险就可减轻或基本消除,这时,接地电流I D 主要通过碰地处接地电阻R d 和工作接地电阻R d 构成回路,接零设备对地电压为:U o =I d R =U /R d +R o *R 。(式-1由此可见,减少R 。可限制U 。在某一安全范围以内。那么,工作接地是如何稳定系统电位的呢?如图-4所示,高压为10千伏电网,低压为380/220伏电网,当绝缘损坏时,高压电意外窜入低压边时,整个低压系统对地电压都将升高, 如果低压系统不接地,其对地电压可升高到数千伏,这对大量接触低压设备的工作人员是非常危险的。如果象图-4示那样,低压边中性点直接接地,则低压边对地电压将受到工作接地电阻的限制,

4、不会太高。这时,高压接地电流I c d通过低压工作接地和高压线路对地分布电容构成回路。低压零线对地电压U o =I d r o (式-2一般情况下,要求在发生高压窜入低压时U 。不图-4 中性点接地对高压窜入低压的防护作用得超过120伏,这就要求工作接地电阻:r o 120/I c d (式-3,对于中、小容量的10千伏电网,高压接地电流一般不超过30安,r 。4欧姆是能满足上述要求的。说完了工作接地,说说保护接地,什么是保护接地呢?保护接地就是电气设备在正常运行的情况下,将不带电的金属外壳或构架用足够粗的金属线与接地体可靠地连接起来,以达到在相线碰壳时保护人身安全,这种接地方式就叫保护接地,

5、对于保护接地电阻值的要求是:R 。4欧姆。该接地方式适用于三相电源中性点不接地的供电系统和单相安全电压的悬浮供电系统的一种安全保护方式。这种系统必须有独立的变压器供电,具体的应用场合,矿山地下作业,有爆炸危险的化工单位,以及其他高度危险环境的供电场所。图-5即为保护接地的示意图。保护接地的工作原理是什么?如图-6所示,在不接地的低压系统种,当 一相碰壳时,接地电阻I d 通过人体和电网对地绝缘阻抗形成回路。如各相对地绝缘阻抗相等,运用电工学的方法,可求得漏电设备的对地电压:U d =3U R r /3R r +Z (式-4。式中:U -电网电压R r -人体电阻;Z -电网每相对地绝缘阻抗。

6、图-5 保护接地 电网对地绝缘阻抗Z 由电网对地分布电容和对地绝缘电阻组成,并可看作式二者的并联。一般情况下,绝缘电阻大于分布电容的容抗,如果把绝缘电阻看作式无限大,则对地电压: U d =3U R r /3R r -J X c =3U R r /9R r 2+1/2c 2(式-5式中:C -每相对地分布电容;X c =1/w c ;=2电源角频率。当电网对地绝缘正常时漏电的设备对地电压很低,但当电网绝缘性能显著下降,或电网分布很广时,对图-6 不接地危险性示意图地电压可能就会上升到危险的程度。这就由必要采取图-7所示的保护接地措施。有了保护接地以后,漏电设备对地电压主要决定于保护接地电阻R

7、b 的大小。由于R b 和R r 并联,且R b R r ,可 以近似的认为对地电压:U d =3U R b /3R b +Z (式-6。又因R b Z ,所以设备对地电压大大降低。只要适当控制R b 的大小,即可限制漏电设备对地电压在安全范围内。例如,对于长度1K M 的380V 电缆电网,如人体电阻为1500欧姆,当发生漏电且人体触及设备时,人体承受的电压约为127V ,通过人体的电流约为84.5M A ,这对人体时很危险的。这种情况下,如果加上保护接地,且接地电阻R b =4欧姆,则人体承受的电压降低为0.415V ,通过人体的电流降低为0.277M A ,对人体就没有危险了。图-7 保

8、护接地原理图在不接地的电网中,单相接地电流的大小主要取决于电网的特征,如电压的高低、范围的大小、敷设的方式等。一般情况下,由线路对地分布电容决定的电抗都比较大,而绝缘电阻还要大得多,数以兆欧计,计算时可看作时无限大。因此,单相接地电流一般都很小,这就有可能采用保护接地把漏电设备对地电压限制在安全电压以下。但重要的一条是-在有接地的电网中,这以规律是不一定成立的。那么,保护接地的应用范围有哪些呢?保护接地的适用于不接地的电网。在这种电网中,无论环境如何,凡由于绝缘破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,都应采取保护接地措施,主要包括:(1.电机、变压器、开关设备、照明器具及其它

9、电气设备的金属外壳、底座及与其相连的传动装置;(2.户内外配电装置的金属构架或钢筋混凝土构架,以及靠近带电部分的金属遮拦或围栏;(3.配电屏、控制台、保护屏及配电柜(箱的金属框架或外壳;(4电缆接头盒的金属外壳、电缆的金属外皮和配线的钢管;此外,某些架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔、互感器的二次线圈等,也应予以接地。另以种接地方式-保护接零A 什么是保护接零呢?保护接零就是电气设备在正常 B 运行的情况下,将不带电的金属外壳或构架与电网的零线 C 紧密地连接起来,这种接线方式就叫保护接零。如图8 O所示。 从图-8中可知,万一某一相线碰壳时,短路电流要比保护接地时大得多,使相线的熔丝熔断

10、,以达到保护人身的安全。在中性点接地的系统系统中宜采用该接地方式。 保护接零的工作原理使怎样的呢?图-8 保护接零原理图图-9为保护接零的原理图,从图中可以看出,当有 A 某一相带电的相线碰连上外壳时,通过设备外壳形成该相B 线对零线的单相短路(即碰壳短路,短路电流I d 总是比C 较大,这样促使安装在相线线路上的保护装置,如熔断器 O R d 迅速动作,从而把故障部分与电源分断开来,消除隐患保障了人身的安全。 我们再进一步地来分析不采用该接地方式会出现怎样情况。在三相四线制变压器中性点直接接地的电网中,如果用电设备不采取任何的安全措施,则设备漏电时,触及c 设备的人体将承受近220V 的相电

11、压,这样的情况显然是非图-9 保护接零原理分析图 常危险的。如图-10所示,当有一相带电部分碰连设备外壳 A 时,事故电流经过人体和变压器的工作接地构成回路,其 B 大小为:I R =U /R r +R o (式-7式中的U 为220V 相电压; C R r 为人体电阻;R 。为工作接地电阻。这样一来,工作接地 O 电阻R 。通常在4欧姆以下,比人体电阻R r 要小得多,可以忽略不计。而人体的电阻如果按1000欧姆考虑的话,则通过人体的电流就为I R =220/1000=0.22安=220毫安。已知,20-25毫安以上的工频电流对人体就有危险了,而100毫安的电流就足以使人致命,这里的220毫

12、安的电流给人带来的危险就更可想而知了,所以,在变压器的中性点直接接地的系统中,没有安全装置是绝对不允许的。在变压器中性点直接接地的系统中,如果不采用保护接零而采用保护接地,情况又会怎样呢?我们也可以来分析一下,在变压器中性点直接接地的系统中,不采用保护接零而采用保护接地所出现的情况是什么。 如图-11中电动机设有保护接地装置,接地电阻为R d ,当一相带电部分碰连外壳时,人体处在和保护接地装置并联的位置,其简化电路 图如图-10所示。这时,事故电流大部分经过保护接地电阻R d 和工作接地电阻R 。形成回路,只有很少一部分通过人体。通过人体的电流决定于人体电阻和人体的接触电压。按照图-12的 情

13、况,人体接触电压即电动机的外壳对地电压亦即降在接地电阻R d 上的电压,为了要知道人体承受的电压,壳先求出事故电流。因为R r 比R d R r图-11 采用保护接地的分析图 图-12 采用保护接地的简化电路图 要大得多,所以能近似地认为事故电流为:I D=U/R o+R d(式-8,根据规定,R。和R d都不得超过4欧姆。如果都按4欧姆考虑,可以得到:I D=220/4+4=27.5(A从这里可以近似求出人体承受得电压:U R=I D R d=27.5 *4=110(V,如果人体电阻按1000欧姆考虑,则通过人体得电流为:I R=U R/R r=110/1000=0.11(A=110(M A

14、这个数值对人来说还是非常危险的,另一方面,这27.5安的事故电流不足以引起中等容量以上的线路的保护装置动作,设备上的危险电压就会长期存在,一般采用自动开关作保护装置的线路,要求事故电流大于其整定电流的1.25倍;采用熔断器作保护装置的线路,要求事故电流大于其额定电流的4倍。只有这样,才能保证在发生事故时,保护装置迅速切断电源。因此。从安全角度考虑,对于上述27.5安的电流,只能使用整定电流为27.5/1.25=22安以下的自动开关或27.5/4=6.9安以下的熔断器。这在实际当中显然是不能让人满意的。那么,能不能用降低接地电阻R。和R d的办法来增加事故电流,以使保护装置迅速动作呢?理论上是可

15、以的,但在实际上却是困难重重的。例如,对于100A的熔断器,事故电流应大于400A,要求接地电阻为:R o+R dU/I D=220/400=0.55欧姆,要求达到这样小的接地电阻,不但不经济在土壤电阻较高的地方,简直就是不可能的事。因此,这个办法也是难以行通的。类似地,采用降低保护接地电阻Y D以降低事故设备对地电压的办法也是难以行通的。假如限制事故设备对地电压U D=36V,则降在工作接地电阻上的电压U。=U-U D=220-36=184V,若工作接地电阻R。仍按4欧姆考虑,可求得:R D=U D/U。*R。=36/184*4=0.78欧姆。显然,这样的做法也是不合适的。由以上的分析可知:

16、在变压器中性点直接接地的三相四线系统中,电器设备不接地是很危险的。在这样接地的配电系统中,单纯采用保护接地也不能保证安全的。所以,在这种系统中必须采用保护接零作为安全措施。保护接零的适用范围。该接地方式的应用范围可以说是十分的广泛。在220/380V三相四线制、且中性点直接接地的电网中,不论环境如何,凡由绝缘损坏而可能呈现对地电压的金属外壳部分均应采用接零保护。例如,电动机的外壳、与电动机相连的金属构架和机器、车间的配电箱、配电室的开关柜、穿有电线的金属管、电缆的金属外皮等等,都必须要有可靠的接零保护。保护接地和保护接零有哪些相同与不同呢?它们都是维护人身安全的两种技术措施,虽也有相似的地方,

17、但二者在本质上是不同的;不同之处保护原理不同低压系统保护接地的基本原理是限制漏电设备对地电压,使其不超过某一安全范围,高压系统的保护接地,除限制对地电压外,在某些情况下,还有促成系统中保护装置动作的作用。保护接零的主要作用是借接零线线路使设备漏电形成单相短路,促使线路上的保护装置迅速动作;其次,保护接零系统中的保护零线和重复接地也有一定的降压作用。适用的范围不同保护接地适用于一般的低压中性点不接地的电网及采用了其它安全措施的低压接地电 网,保护接地也能用于高压不接地的电网之中。保护接零适用于中性点直接接地的低压电网,不接地电网不必采用保护接零。线路结构不同保护接地系统除相线外,只有保护地线。保

18、护接零系统除相线外,必须有零线;必要时保护零线要与工作零线分开;其重复接地装置也应有地线。相同之处在低压系统中都是为了防止漏电造成触电事故的技术措施。要求采取接地措施与要求采取接零措施的项目大致相同。接地和接零都要求有一定的接地装置,而且各接地装置的接地体和接地线的施工、连接都基本相同。在同一配电系统中保护接地和保护接零不能混用为什么在同一配电系统中,保护接地和保护接零不能混用呢?如图-12所示,设备A采用的是保护接零, B采用的是保护接地且同为一配电系统之中,当设备B发生碰壳时,电流通过R d和R。形成回路,电流不会太大线路可能不会断开,但故障将长时间存在。这时,除了接触该设备的人员有触电的

19、危险外,由于零线读地电压升高达到U o=(U/R d+R o*R o(式-9的值,致使所有与接零设备接触的人员都有触电的危险。因此,在同一配电系统中不允许保护接地和保护接零这两种接地方式混用。 说完了上面的三种接地,最后说说重复接地。什么是重复接地?重复接地就是将零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接,如图-14那样,就称为重复接地。 重复接地的作用是什么呢?重复接地的作用是在降低漏电设备对地电压、减轻零线断线的危险性、缩短故障时间、改善 防雷性能等方面起着重要的作用。 以下对重复接地的作用做一一的分析。1.重复接地是如何地降低漏电设备的对地电压?图-13接地和接零混用的危险示意图图-1

20、5是没有重复接地的保护接零系统,当发生A碰壳短路时,线路保护装置将迅速动作,切断电源。但从B碰壳短路起,到保护装置动作完毕止的短时间内,设备外C壳是带电的,其对地电压即短路电流在零线部分产生的电O压降为:U d=U i=I d l Z l=(U/Z x+Z i*Z i(式-10。式中:I d l-单相短路电流;Z i-零线阻抗;Z x-相线阻抗;U-电网图-14重复接地相电压。零线阻抗越大,设备对地电压就越高。一般情况下,这个电压对人是危险的。应当指出,企图用降低零线阻抗的办法来获得设备上的安全电压是不现实的。例如,如果要求设备对地电压U d=50V,则在220/380V系统中,零线阻抗必须小

21、于相线阻抗的30%,或者说零线导电能力必须大于相线导电能力的3.4倍。这当然是很不经济,也是不现实的。一般情况下,零线导电能力不应低于相线导电能力的50%,即相当于零线阻抗不应高于相线阻抗的2倍,这时,如果发生碰壳短路,设备对地电压约为:U d=(Z i/Z x+Z i*U=(2Z x/Z x+2Z x*U=2/3*220147V由此可见,单纯接零还是有触电的危险的。在上述情况下,如象图-16那样再加上重复接地,则设备对地电压就可以降低,触电危险就可减轻。图中的R o是重复接地装置的接地电阻,这时,由于有了R c,零线对地电压重新分布。接零设备的对地电压即U d=U c=I d R c=(U l/R c+R oR c(式11显然,这图-16有重复接地的保护接零时设备对地电压只占零线电压降的一部分。假定零线电压仍为147V(实际上有了R c和R o与零线并联,零线电压该应该更低一些,并假定R c=10欧姆、R o=4欧姆,可求得设备对地电压:U d=(147/10+410=105V。这个电压虽然对人还是存在危险,但危险性却相对减小了。2.重复接地是如何减轻零线断线得危险性的?图-17为没有重复接地的接零系统。当零线断线时,断线处后面的某一设备碰壳时,事故电流通过触及设备的人体和工作接地构成回路,又因为人体的电阻要比工作接地的电阻R。大得多,所以在断线处后面人体几乎承