供电系统的保护接地与防雷技术防雷图集下载

第五章供电系统的保护接地与防雷内容提要：本章讲述供电系统的保护接地与防雷技术。1.供电系统的保护接地

一、电流对人体的危害

1．触电及原因触电——人体直接接触电气设备的带电部分或人体不同部位同时接触不同电位，一定量的电流通过人体致使组织损伤和功能障碍甚至死亡的现象。直接触电：人体不慎接触正常状态的带电体或过分靠近高压设备；间接触电：人体触及正常状态不带电而因绝缘损坏而意外带电的设备外壳或与之相连接的金属构架。触电原因：违反安全工作规程；运行维护工作不及时；设备安装不符合要求等。1.供电系统的保护接地

一、电流对人体的危害

2．触电电流对人体的危害电流对人体的伤害程度与通过人体电流的强度、持续时间、电压高低、频率、电流通过人体的路径以及人体的健康状况等因素有关。电流强度：电流越大，人体机能的反应越明显，致命的危害性也越大。电流数值（交流/直流）感知电流能引起人感觉的最小电流。1mA/5mA摆脱电流人触电后能自己摆脱的最大电流。10mA/50mA安全电流在有防触电保护装置的情况下能摆脱的最大电流，触电时间按不超过1s计。30mA致命电流在较短时间内危及生命的电流。50mA触电时间：以毫秒计量，人体通电时间越长，危险越大，伤害越大。电流路径：没有不危险的路径，经心脏且路径短者越危险。电流性质：直流电流对人体的影响较小50-60Hz的工频电流对人体的危害最为严重，当电流的频率超过20kHz时，对人体的危害作用明显减小。个体差异：与人的健康状况、性别、年龄有关系。儿童、女性、有心脏病者、醉酒者一旦触电，危险较正常人严重。1.供电系统的保护接地

一、电流对人体的危害

3．安全电压与人体电阻安全电压50Hz，有效值适用场合42V在有触电危险场所使用的手持式电动工具36V矿井、多导电粉尘场合使用的照明24V/12V/6V可供某些具有人体可能偶然触及的带电体设备选用安全电压：为了防止触电事故而由特定电源供电所采用的电压系列。应根据作业场所、操作员条件、使用方法、线路状况等因素选用。IEC规定，在任何正常和故障情况下，安全电压系列的的上限值为有效值50V（交流）。人体电阻：一般在干燥环境中，人体电阻大约在2千欧-20兆欧范围内；皮肤出汗时，约为lkΩ左右；皮肤有伤口时，约为800Ω左右。人体触电时，皮肤与带电体的接触面积越大，人体电阻越小。1.供电系统的保护接地

二、接地和接地装置

1．接地的基本概念

为避免触电事故的发生，保障人身安全而将电气设备的外漏可导电部分进行接地，称为保护接地。如设备外壳的直接接地，电流、电压互感器二次线圈的接地以及配电屏、控制柜框架的接地等。接地——为了保证电气设备的正常工作，保障人身安全、防止间接触电而将供电系统中电气设备的外露可导电部分与大地土壤间做良好的电气连接。

电力系统由于运行和安全的需要，常将发电机和变压器的中性点以及避雷器、避雷针的接地端与大地连接，称为工作接地。1.供电系统的保护接地

二、接地和接地装置

2．接地的基本原理在中性点不接地系统中，设备外壳不接地且意外带电，外壳与大地间存在电压，人体触及外壳，人体将有电容电流流过，如图(a)所示。RrIdZIdRrIdZIdRbIr(a)(b)如果将外壳接地，人体与接地体相当于电阻并联，流过每一通路的电流值将与其电阻的大小成反比。人体电阻通常为600~1000Ω，而接地电阻通常小于4Ω，因此流过人体的电流很小，这样就完全能保证人体的安全，如图(b)所示。

自然接地体是指兼作接地用的直接与大地接触的各种金属管道（输送易燃、易爆气体或液体的管道除外）、金属构件、金属井管、建筑物基础和电缆外皮等。有条件时应首先利用自然接地体。接地极接地线二、接地和接地装置

2．接地装置

1.

接地极:人为埋入地下并与土壤直接接触的金属导体，也称接地体。

2.

接地线:电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。接地装置的构成无论是工作接地还是保护接地，都是经过接地装置与大地连接的。接地装置包括接地极和接地线两部分。接地装置的主要作用是向大地均匀地泄放电流。

人工接地体是指专门为接地而人为装设的接地体。可以用垂直埋入的直径50mm，长2~2.5m的钢管或角钢以及水平放置的扁钢、圆钢等，一般情况下采用管形接地体较好。由若干接地极在大地中相互连接而组成的总体，称为接地网。

应尽量选择自然导体作接地线。通常采用25×4mm或40×4mm的扁钢或直径16mm的圆钢。接地线在设备和装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。暗敷引下线，明测试卡明敷引下线和断接卡电气设备金属外壳的接地

2．接地装置散流电阻和接地电阻当电气设备发生接地故障时，由带电体流入地下的接地电流IE经接地极向大地作半球形散开，称为散流效应。接地电流IE在土壤中所遇到的全部电阻称为散流电阻。自然/人工接地极的对地散流电阻和接地线电阻的总和称为接地电阻。接地线的电阻一般很小，故接地电阻主要指接地极的散流电阻。二、接地和接地装置

2．接地装装置对地电电压电流通通过接接地极极向大大地作作半球球形散散开，，在距距接地地极越越远的的地方方球面面越大大，散散流电电阻越越小。。在距接接地体体20m左右处处，散散流电电阻趋趋近于于零，，该处处电位位也接接近于于零，，称为为电气上上的““地””。也就是是说，，可以以认为为距离离接地地体20m以上，，电流流就不不再产产生电电压降降了。。电气设设备从从接地地外壳壳、接接地极极到20m外的零零电位位的““地””（大大地））之间间的电电位差差，就就称为为接地地时的的对地电电压，如图图中的的UE。二、接接地和和接地地装置置2．接地装装置接触电电压和和跨步步电压压此时，，若人人站在在发生生接地地故障障的设设备旁旁，手手接触触到设设备的的金属属外壳壳，则则人体体（人人手与与脚））之间间呈现现的电电位差差称为为接触电电压（touchvoltage）。接触电电压通通常按按人体体离开开设备备0.8m考虑。。由于接接地装装置散散流效效应，，当电电气设设备发发生单单相碰碰壳或或接地地故障障时，，在接接地点点周围围的地地面上上就形形成了了不同同的电电位分分布。。当人在在接地地电流流流散散的区区域内内行走走，由由于地地面各各点电电位不不同，，在两两脚间间（一一般按按0.8m考虑））所呈呈现的的电压压称为为跨步电电压（stepvoltage）。二、接接地和和接地地装置置3．接地电电阻工频接接地电电阻：根据据通过过接地地极流流入大大地中中的工工频交交流电电流求求得的的接地地电阻阻。冲击接接地电电阻：根据据通过过接地地极流流入大大地中中的冲冲击电电流求求得的的接地地电阻阻。二、接接地和和接地地装置置接地线线的电电阻一一般很很小，，故接地电电阻主主要指指接地地极的的散流流电阻阻。数值上上等于于接地地装置置的对对地电电压与与通过过接地地极流流入地地中的的接地地电流流之比比。自然/人工接接地极极的对对地散散流电电阻和和接地地线电电阻的的总和和。电力装置所在电力系统接地电阻允许值/Ω1kV以上的中性点接地系统≤0.51kV以下中性点不接地系统≤41kV以下中性点直接接地系统≤4接地电电阻的的允许许值（（部分分）正常工工作时时，由由相线线（某某一个个单位位时间间内））提供供电流流，经经过用用电设设备（（负载载）后后由中中性线线回到到电源源端。。中性线线是供供电系系统不不可缺缺少的的组成成部分分，有有不平平衡电电流流流过；；保护护线则则专用用于保保护，，正常常情况况下是是没有有任何何电流流通过过的。。相线（黄、、绿、红））：从线路的性性质上来说说，相线是是提供能源源的线路，，俗称“火火线”。中性线（淡淡蓝色或黑黑色）：在单相电路路中，给提提供能源的的线路一条条电流回路路（和相线线形成电流流通道）的的线路称为为中性线（（N线）或零线线。（叫零零线的原因因是三相平平衡时中性性线上没有有电流通过过，同时它它直接或间间接与大地地相连，电电压接近于于零。）保护线（黄黄绿双色））：是作为保护电电器设备、、防止漏电电而发生事事故的一条条“非正常常”电流通通道，记作作PE线。也称为为“地线””。辨异异：1.供电系统的保护接地地三、保护接接地根据现行的的国家标准准《电压配电设设计规范》低压配电系系统有三种种接地形式式，即IT系统、TT系统和TN系统。第一个字母母表示电源端与地的关系。第二个字母母表示电气气装置的外露可导电电部分与地的关系。为保证人体体触及意外外带电的电电气设备时时的人身安安全，而将将电气设备备的金属外外壳进行接接地，称为为保护接地。T——电源端直接接接地；I——电源端所有有带电部分分不接地或或经消弧线线圈（或电电阻）接地地。T——外露可导电电部分直接接接地，此此接地点在在电气上独独立于电源源端的接地地点；N——外露可导电电部分与电电源端接地地点（中性性点）有直直接电气连连接。在中性点不接接地的三相三线线制低压系系统中，将将电气设备备正常情况况下不带电电的外露可导电电部分（金属属外壳和构构架等）与与接地极之之间作良好好的金属连连接，称为为IT系统。三、保护接接地系统没有中中性线（N线），因此此不适用于于接额定电电压为系统统相电压的的单相用电电设备，只只能接额定定电压为系系统线电压压的单相/三相设备。。三相设备单相设备ABC1.IT系统1.IT系统若设备外壳壳未接地，，在设备因因绝缘损坏坏而使外壳壳带电时，，若此时人人触及外壳壳，由于输输电线与地地之间有分分布电容存存在，将有有电流通过过人体及分分布电容回回到电源，，使人触电电。在一般情况况下，这个个电流是不不大的，但但是，如果果电网分布布很广，或或者电网绝绝缘强度显显著下降，，这个电流流可能达到到危险程度度，这就必必须采取安安全措施。。RrIdZIdRrIdZIdRbIr采用保护接接地之后，，在发生单单相碰壳时时，人体相当于于接地装置置的一条并并联支路(分流作用)，只要使保护接地电电阻远远小小于人体电电阻，大部分的的接地电流流被接地装装置分流，，流经人体体的电流很很小，从而而对人身安安全起到了了保护作用用。工作原理理通过接地地电阻与与人体电电阻的并并联，限限制漏电电设备对对地的泄泄漏电流流，使其其不超过过某一安安全范围围。关键：实质：接地电阻阻越小越越好（一一般不超超过4Ω。）三、保护护接地2.TT系统在中性点直直接接地地的低压系系统中，，将电气气设备正正常情况况下不带带电的外露可导导电部分（金金属外壳壳和构架架等）通通过与系统中中性点接接地无关的接地极极直接接接地，称称为TT系统。电源给出出3根相线，，1根中性线线。中性性线N是220V单相设备备电流回回路用的的。通常将电电源中性性点的接接地叫做做工作接地地，而设备备外露可可导电部部分的接接地叫做做保护接地地。两者必必须是相互独立立的。2.TT系统中性点直直接接地地电网中中，如果果用电设设备不采采取任何何安全措措施，则则设备漏漏电时，，触及设设备的人人体将承承受220V的相电压压，这显显然是非非常危险险的。工作原理理若设有保保护接地地装置，，当发生生单相碰碰壳故障障时，人人体处在在和保护护接地装装置并联联的位置置，这时时事故电电流大部部分流经经保护接接地电阻阻RE和工作接接地电阻阻R0所构成的的回路，，只有很很少一部部分通过过人体，，从而对对人身起起保护作作用。只要限制制的的大大小，就就能保证证设备外外壳电压压在在安全全电压范范围内。。而要使使，，在安全全电压以以下，则则：应用局限限性：1）当设备备发生单单相碰壳壳故障时时，接地地电流并并不大，，往往不不足以引引起中等等容量以以上的线线路的保保护装置置动作，，这将导导致线路路长期带带故障运运行，将将仍有触触电的危危险。2.TT系统若，，则，，要实实现这样小的的接地电阻是是比较昂贵的的。应用局限性：当设备发生单单相碰壳故障障时，接地电电流并不大，，往往不足以以引起中等容容量以上的线线路的保护装装置动作，这这将导致线路路长期带故障障运行，将仍仍有触电的危危险。2.TT系统为了安全起见见，要求接设设备的电源处处熔体熔断，，但当设备容容量较大（如如额定电流））时时，按照熔体体额定电流必必须小于或等等于3倍导线按发热热允许通过电电流的的原则，则：：为了保证人身身安全，接地地电阻应满足足：接地电阻要做做到这样小非非常困难，特特别是当土壤壤电阻率较高高的地区，根根本就无法达达到。结论：单纯采用TT系统是不能保保证安全的，，必须加装漏电保护装置置，方能成为较较完善的保护护系统。三、保护接地地3.TN系统在中性点直接接接地的三相四线制制低压系统中中，将电气设设备正常情况况下不带电的的外露可导电部分（金属外外壳和构架等等）经公共的的保护线（PE线，protectiveearthing）或保护中性性线（PEN线，又称零线线）与系统中中性点直接电电气连接，称称为TN系统。TN系统TN－C系统TN－S系统TN－C－S系统整个系统的中性线N与保护线PE是合在一起的，电气设备不带电金属部分与之相连。配电线路中性线N与保护线PE分开，电气设备的金属外壳接在保护线PE上。TN-C和TN-S系统的综合，电气设备大部分采用TN-C系统接线，在设备有特殊要求场合局部采用专设保护线接成TN-S形式。3.TN系统中性点直接接接地电网中，，如果用电设设备不采取任任何安全措施施，则设备漏漏电时，触及及设备的人体体将承受220V的相电压，这这显然是非常常危险的。工作原理若设有保护接接地装置，当当发生单相碰碰壳故障时，，故障电流经经电源相线→设设备的金属外外壳→保护线线→电源中性性点形成相对保护护线的单相短短路回路，这这将产生较大大的短路电流流，足以使线线路上的保护护装置(如熔断器)迅速熔断，，从而将漏电电设备与电源源断开，从而而避免人身触触电的可能性性。在同一中性点点直接接地供供电系统中，，不能同时采采用TT系统和TN系统保护。三、保护接地地4.注意事项设备a采用TN-C系统，设备b采用TT系统且同为一一配电系统之之中，当设备备b发生碰壳时，，电流通过和和形形成回回路，电流不不会大大，线线路保护（如如熔断器）可可能不会断开开，故障将长长时间存在。。这时，除了接接触该设备的的人员有触电电危险外，由由于PEN线对地电压升升高达到注：即使熔断断器符合能烧烧断的要求，，也不允许混混合接法。因因为熔丝在使使用中经常调调换，很难保保证不出差错错。，致使所有采采用TN-C接地设备的外外壳都将带点点，这时很危危险的。在TN-C系统中，PEN线的连接应牢牢固可靠，接接触良好。所所有电气设备备均应以并联联方式接在PEN线上，不允许许串联。PE线上禁止安装装保险丝或单单独的断流开开关。一旦出现PEN线断线，接在在断线处后面面一段线路上上的电气设备备，相当于没没有任何保护护措施。如果果断线处后面面有的电气设设备外壳漏电电，则不但这这台设备外壳壳长期带电，，而且使接在在断线处后面面的所有采用用TN-C保护接地的设设备的外壳都都存在接近于于电源相电压压的对地电压压，触电的危危险性将被扩扩大。四、共同接地地与重复接地地保护原理结构特点特点TN-C绝缘破坏即构成短路，保护跳闸。在全系统内，中性线（N线）和保护线（PE线）是合一的，称为保护中线（PEN线）。节省了一条导线，但在三相负荷不平衡或保护中性线断开时会使所有用电设备的金属外壳都带上危险电压。适用于三相较平衡的场所。TN-S在全系统内，N线和PE线是相互独立的。也称为“三相五线制”。PE线在正常情况下没有电流通过，且N线断开不会影响PE线的保护作用，安全可靠。但耗用的导电材料较多，投资较大。对新建的大型民用建筑、住宅小区，特别推荐采用。TN-C-S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，之后即分开为两根线。兼有TN-C系统和TN-S系统的特点，常用于配电系统末端环境较差或对电磁抗干扰要求较严的场所。小结：：1.供电系统的保护接地四、共同接地地与重复接地地1.共同接地例如在当电动动机a在A相上发生碰壳壳短路，电动动机在B相上发生碰壳壳短路，此时时流经电动机机的电流为作用于a、b电机外壳上的的电压为：当时时，显然，是危险电压。因此，这种接法无论电阻如何变化，接触到电机外壳上都是危险的。1.供电系统的保护接地四、共同接地地与重复接地地1.共同接地在中性点不接接地供电系统统中，同一母母线供电的设设备要采用共同接地的方式保证安安全。这样就就可以将两相相分别接地短短路变成相间间短路，迅速速使保护装置置动作。四、共同接地地与重复接地地2.重复接地在TN系统中，还应应当采用重复接地，以确保接地地装置的可靠靠。如果断线处后后面某一设备备碰壳时，事事故电流将通通过触及设备备的人体和工工作接地R0构成回路，又又因为Rr>>R0，所以在断线线处后面人体体几乎承受全全部的相电压压，不但这台台设备外壳长长期带电，而而且使接在断断线处后面的的所有采用TN-C保护接地的设设备的外壳都都存在接近于于电源相电压压的对地电压压，触电的危危险性将被扩扩大。在TN-C系统中，一旦旦出现PEN线断线，接在在断线处后面面一段线路上上的电气设备备，相当于没没有任何保护护措施。四、共同接地地与重复接地地2.重复接地在TN系统中，还应应当采用重复接地，以确保接地地装置的可靠靠。除将配电变压压器中性点作作工作接地外外，沿PEN走向的一处或或多处还要再次接地，叫重复接地地。当采用重复接接地，碰壳电电流主要通过过重复接地电电阻Rn和工作接地电电阻构构成回路，在在断线处后面面，漏电设备备外壳的对地地电压为相电电压在重复接接地电阻上的的电压降，使使事故的危险险程度有所减减轻，但对人人还是危险的的，因此，PEN线的断线事故故应尽量避免免。1.供电系统的保护接地五、漏电保护护器漏电保护器（又称漏电保护开开关）是一种种电气安全装装置。将漏电电保护器安装装在低压电路路中，当发生生漏电和触电电时，且达到到保护器所限限定的动作电电流值时，就就立即在限定定的时间内动