低压电气装置的接地设计

低压电气装置保护接地设计的若干问题黄妙庆2013-01-18当前1页，总共121页。主要内容

1低压电气装置的接地系统2低压电气装置的接地故障保护

3高低压接地系统的配合

4剩余电流保护器的应用5特殊情况的电击防护

6接地装置的选择当前2页，总共121页。主要引用和参考的标准和规范●

低压电气装置:基本原则、一般特性的评估和定义GB/T16895.1-2008/IEC60364-1:2005●

低压电气装置:电击防护GB

16895.21-2011/IEC60364-4-41:2005●

低压电气装置:接地配置和保护导体

GB16895.3-2004/IEC60364-5-54:2011

（注：将修订发布GB16895.3-2013）●电压骚扰和电磁骚扰的防护GB16895.10-2010/

IEC60364-4-44:2007●

交流电气装置的设计规范GB50065-2011●

低压配电设计规范GB50054-2011●

民用建筑电气设计规范JGJ

16-2008当前3页，总共121页。低压电气装置的接地系统当前4页，总共121页。思考是非题

1.电气设备的金属外壳必须接地。2.低压配电变压器中性点应在变压器就地接地。3.电气设备的功能接地和保护接地应共用接地。4.低压电源进线的PE和PEN线宜在进线端重复接地。5.室外照明宜采用TT系统。6.

IT系统不应配出中性线。

.当前5页，总共121页。供电系统在电源的一点(例如中性点)直接接地，电气装置的外露可导电部分在整个系统中采用单独的保护(PE)线连至该电源的中性点。

●单电源TN-S系统低压电气装置的接地系统—GB16895.1-2008当前6页，总共121页。

同上；三角形接法，不配出中性线。●

单电源TN--S系统：当前7页，总共121页。在系统中一部分采用将中性线和PE线的功能合并成单个导体，另有一部分采用单独的保护线。PEN●

单电源TN-C-S系统当前8页，总共121页。

同上；中性线和PE线不在电气装置进线端分开。●

单电源TN-C-S系统当前9页，总共121页。

在整个系统中采用将中性线和PE线的功能合并成单个导体。

●

单电源TN-C系统当前10页，总共121页。多电源TN系统此处虚线不表示一定是双电源“并联”—

GB16895.1-2008当前11页，总共121页。多电源中性线(PEN)两点和PE线连接后形成环流当前12页，总共121页。当前13页，总共121页。TN–C-S

TN-C变成当前14页，总共121页。TN-STN-C变成当前15页，总共121页。

无中性线的三相供电系统当前16页，总共121页。当前17页，总共121页。当前18页，总共121页。当前19页，总共121页。PE线可多点接地当前20页，总共121页。TN–S（采用三相四极开关）当前21页，总共121页。TN–C-S（采用三相四极开关）当前22页，总共121页。

变压器PEN线的连接方式

当前23页，总共121页。当前24页，总共121页。当前25页，总共121页。

TT系统的电源中性点直接接地，电气装置外露可导电部分所连接的接地极，不与供电系统的接地极相连接。PE线可附加接地单电源TT系统

由同一个保护电器保护的所有外露可导电部分，这些外露可导电部分共用的接地极上。多个保护电器串联使用时，每个保护电器所保护的所有外露可导电部分，要分别符合这一要求。

当前26页，总共121页。单电源TT系统当前27页，总共121页。

多电源TT系统当前28页，总共121页。

路灯当前29页，总共121页。

思考：室外照明是否应采用TT系统？当前30页，总共121页。

IT供电系统中所有带电部分对地绝缘或中性点通过足够大的阻抗接地。注：1.中性线（N）可配出或不配出；

2.中性点不接地或经高阻抗接地；

3.一相接地，其余两相对地电压升3倍；4.PE线可附加接地。IT系统当前31页，总共121页。

IT系统当前32页，总共121页。

IT系统

当前33页，总共121页。

当前34页，总共121页。

当前35页，总共121页。IT系统外露可导电部分的PE线共同连接至同一的接地系统当前36页，总共121页。IT系统外露可导电部分单独地或分组地接地当前37页，总共121页。IT系统第2次发生N线接地故障时，则IT系统变为TN系统。当前38页，总共121页。IT系统第2次发生N线接地故障时，则IT系统变为TT系统。当前39页，总共121页。高低压系统接地电阻的配合当前40页，总共121页。注：式中的R相当于RE；IG相当于IE。《交流电气装置的接地设计规范》GB50065:2011高低压接地系统的配合当前41页，总共121页。《交流电气装置的接地设计规范》（续）当前42页，总共121页。低压系统内设备的绝缘配合

GB61935.1当前43页，总共121页。

图1高压系统与低压TN系统共用接地当前44页，总共121页。图2高压系统与低压TN系统分开接地

当前45页，总共121页。

图3高压系统与低压TT系统共用接地

当前46页，总共121页。

图4高压系统与低压TT系统分开接地当前47页，总共121页。图5高压与低压IT系统共用接地

当前48页，总共121页。

图6高压系统与低压IT系统分开接地当前49页，总共121页。—GB16895.10–2010〈电压骚扰和电磁骚扰的防护〉当前50页，总共121页。—GB16895.10–2010当前51页，总共121页。低压系统接地故障与电击防护当前52页，总共121页。●电击防护=基本防护+故障防护

（直接接触防护）（间接接触防护）

低压系统接地故障与电击防护当前53页，总共121页。

●基本防护（直接接触防护）

—带电部分的基本绝缘；

—遮拦或外壳（外护物）；

防护等级至少为

IPB或IP2；

—

阻挡物（用于专业人员）；

—置于伸臂范围之外。●兼有基本和故障（接地）防护

—

安全特低电压SELV

和保护特低电压PELV；

—

功能特低电压FELV。（用于专业人员）当前54页，总共121页。基本绝缘

能够提供基本防护的危险带电部分上的绝缘。附加绝缘

除了基本绝缘外，用于故障防护附加的单独绝缘。双重绝缘

既有基本绝缘又有附加绝缘构成的绝缘。加强绝缘

危险带电部分具有相当于双重绝缘的电击防护等级的绝缘。当前55页，总共121页。

II类设备当前56页，总共121页。

设备类别防护措施设备与装置的连接条件0类采用基本绝缘作为基本防护，没有故障防护措施。非导电环境每项设备单独提供电气分隔I类采用基本绝缘作为基本防护措施，采用等电位保护联结作为故障防护措施。该端子连至装置的保护等电位联结Ⅱ类采用基本绝缘作为基本防护措施，附加绝缘作为故障防护措施，或提供基本防护和故障防护功能的加强绝缘。不依赖装置的防护措施符号为双正方形Ⅲ类采用特低电压作为基本防护措施，兼故障防护措施。仅接到SELV或PELV系统符号为菱形内标出数字Ⅲ电气设备的分类当前57页，总共121页。置于伸臂范围之外防护措施注：只适用于防止无意识触及带电部分（用于有电气熟练专业人员监控的场所）。当前58页，总共121页。安全净距注意要点：1.带电部分包括绝缘导体；2.维护通道注意有无外壳或遮拦的电气装置的安全措施;3.最小水平和垂直安全净距另应考虑运输等情况。思考：举例有裸导体与需经常维护的管道和设备的水平净距不应小于1.8m，即可满足安全要求？。当前59页，总共121页。

●（接地）故障防护（间接接触防护）

—自动切断电源；

—双重或加强型绝缘；

—向单台用电设备供电的电气分隔；

—供电给多台设备的电气分隔（用于专业人员）；—不接地的等电位联结（用于专业人员）；

—非导电场所（用于专业人员）。

正常情况下一般人不同时接触两个外界可导电部分或外露可导电分和外界可导电部分。在非导电场所不应有PE线。●附加保护

—剩余电流保护器；

—辅助等电位联结。

当前60页，总共121页。●应具备的条件：

——基本保护：基本绝缘或遮拦或外壳（外护物）等；

——

每种接地系统的外露可导电部分应接PE线；

——

保护等电位联结；

——

同时可触及的外露可导电部分单独或集合地连接至同一接地系统。●

除有特殊规定，在有关回路或设备内的相线和外露可导电部分（金属外壳）或PE线之间发生阻抗可忽略的故障，保护电器应在规定的时间内自动切断电该回路或设备的相线。

低压系统接地故障自动切断电源

当前61页，总共121页。

●

32A终端回路规定最长的切断电源时间，s

接地系统50V<U0<120V

120V<U0<230V

230V<U0<400V

a.c.

d,c.

a.c.

d.c.

a.c.

d.c.TN0.8不是防电击所需的时间0.450.20.4TT0.3同上0.20.40.070.2●

配电回路和不包括上述终端回路允许的切断电源时间如下：TN系统：5s；TT系统：1s。

●

如果自动切断电源保护不能满足所有上述规定的时间，则要求作辅助等电位联结。当前62页，总共121页。

低压系统自动切断电源的时间，s

U0=230V(220)

GB16895.21–2004/IEC60364-4-41：2001（413.1.3.4；413.1.3.5；

表41A）GB16895.21–2011/IEC60364-4-41：2005（411.3.2.2；411.3.2.3；

表41.1）≤0.4向手持式或移动式设备供电的终端回路额定电流≤32A终端回路≤5配电回路或向固定式设备供电的终端回路额定电流＞32A终端回路和配电回路当前63页，总共121页。当前64页，总共121页。图20电流路径左手到双脚的交流电流（15Hz至100Hz）对人效应的约定的时间/电流区域

电流对人和家畜的效应—第1部分：通用部分当前65页，总共121页。当前66页，总共121页。

当前67页，总共121页。

TN系统自动切断电源●保护动作电流

Ia

U0/ZS式中：

ZS：故障回路的阻抗，Ω，它包括下列部分的阻抗：

——电源；

——电源至故障点的相线；和

——故障点和电源之间的PE线；

Ia

：在前述规定的时间内能使切断电器自动动作的电流，A。

U0：

标称对地电压，V。当前68页，总共121页。TN系统式中：RB---所有与系统接地极并联的接地电阻（Ω）；

RE

---相导体与大地之间的最小接触电阻

Ω）。判断：当不能符合上式的要求时，应或采用局部TT系统？当前69页，总共121页。

●

TT系统通常应采用剩余电流保护器。在故障回路的接地阻抗值稳定且足够低的条件下，可采用过电流保护器。

●

采用剩余电流保护器

RAIn

50V

式中：RA

—接地极和外露可导电部分PE线的电阻之和，；

Ian

—剩余电流保护器的额定剩余动作电流，A。

●

采用过电流保护器

ZSIa

U0

式中：ZS

—故障回路阻抗（包括电源、相线、PE线、接地线、

用电设备和电源接地极的阻抗）

；

Ia

—在规定的时间内使切断电源保护电器自动动作的电流，A；

U0

—标称线对地电压，V。TT系统自动切断电源当前70页，总共121页。●

IT系统

IT供电系统中所有带电部分对地绝缘或中性点通过足够大的阻抗接地。电气装置的外露可导电部分单独地或成组地或集合地接地。中性线（N）可配出或不配出高阻抗值一相接地，其余两相对地电压升3倍PE线可附加接地当前71页，总共121页。

●

保护整定值：

RA

Id

50V式中：RA

—接地极和外露可导电部分的PE线的电阻之和，；

Id—不计相线与外露可导电部分之间阻抗的第一次接地、故障电流，计入泄漏电流和电气装置的接地阻抗的总和，A。

●

IT系统单一接地故障电流很小，不动作于切断电源。当人体同时触及同时发生接地的外露可导电部分就会遭受危，此时应自动切断电源。IT系统自动切断电源当前72页，总共121页。

●

第2次发生接地故障时自动切断电源的条件如下：

1.

外露可导电部分的PE线集合地连接至同一的接地系统，而且交流系统不配出中性线：

2IaZSU

当配出中性线：2IaZ‘S

U0

式中：U0—相线对中性线的标称电压，V；

U—线电压，V；

ZS

—故障回路相线和PE线的阻抗，；

Z‘S

—故障回路中性线和PE线的阻抗，；

Ia

—按TN系统规定的时间内使切断电源的保护电器自动

动作电流，A。

2.外露可导电部分单独地或分组地接地：RA

Ia

50V

式中：RA

—

接地极和外露可导电部分PE线的电阻的总和，；

Ia

—

按TT系统规定的时间使切断电源的保护电器自动动作的电流，A。

当前73页，总共121页。

●

总等电位联结每个建筑物的接地线、总接地端子（MET）和下列可导电部分应接成保护等电位联结：

—

进入建筑物的供水、燃气等金属管；

—

正常使用时可触及的电气装置外可导电的构筑物和集中供热系统和空调系统的金属部分；

—

可利用的结构钢筋等；

—通信电缆金属护套应作保护等电位联结，这时需考虑业主和管理者的要求。

总保护等电位联结线的截面

=0.5×PE线的截面；

最大为25mm2;

最小为6mm2。

保护等电位联结当前74页，总共121页。总等电位联结示意图当前75页，总共121页。

●

辅助等电位联结线联结两个电气设备外露可导电部分的保护等电位联结线，其电导不应小于接到该外露可导电部分较小的PE线的电导。联结外露可导电部分和外界可导电部分的保护等电位联结线，其电导不应小于连接该外露可导电部分相应的PE线二分之一截面所具有的电导。当前76页，总共121页。

当前77页，总共121页。●

无辅助等电位联结当前78页，总共121页。

当前79页，总共121页。思考：这是特大重要用户的供电系统，有没有问题？当前80页，总共121页。当前81页，总共121页。

中性线的隔离

●TN–C：PEN不允许装电器●TN–C–S：单电源

N线不需隔离●TN–S：单电源

N线不需隔离（防火等特殊场所除外）●TN–S：双电源切换N线应隔离

（与发电机组或装剩余电流保护器无关）●TT：N线维修时应隔离●IT：N线维修时应隔离

当前82页，总共121页。当前83页，总共121页。不同接地系统电源无法自动转换保护电器的整定值转换时不能突变。当前84页，总共121页。●

泄漏电流：0.5mA

（新、干燥）

6mA（寿命末期）●过电压类别

隔离电器当前85页，总共121页。注:+可用；-禁用当前86页，总共121页。

●以上均由采用简单分隔防护的不接地电源供电。

●电气分隔的防护措施：

—基本防护（通用）；

—故障防护。电气分隔当前87页，总共121页。●故障防护

—分隔的回路的电压不应>500V；

—分隔的回路的带电部分不应连接至其他回路的任何一点或PE线；

—分隔回路最好采用分隔的敷设线路配置。如果需要分隔的回路与其他回路同敷设在一起，应采用非金属护套的多芯电缆、敷设在绝缘导管、绝缘线槽中的绝缘导线，而且还要满足如下要求：

1.回路的额定电压不低于最高的标称电压，和

2.每个回路具有过电流保护。

—分隔的回路的外露可导电部分不应连接至其他回路的PE线或外露可导电部分或接地。当前88页，总共121页。●

供电给多台用电设备的电气分隔

—与供电给单台用电设备的电气分隔的防护要求相同；

—分隔回路之间的外露可导电部分应采用不接地的等电位联结线相连接，该导体不应连接至其他回路的PE线或外露可导电部分或任何外界可导电部分；

—所有电源插座应有PE线接点，并应接至按上述要求的等电位联结系统。

—除了采用双重或加强绝缘的供电设备，所有软电缆应包含按上述要求的PE线作为等电位联结线。

—如果发生两个由不同相或极接地故障影响两个外露可导电部分，则应确保按在规定的时间内切断电源；

—推荐产品的线路标称电压不应超过100000V/m，线路的长度不应超过500m。当前89页，总共121页。

●

特低电压（ELV）：50Va.c.120Vd.c.500V1min

绝缘耐压试验

●

安全特低电压（SELV）

—在正常情况

—在单个故障情况电压不超过

50V(a.c.)—在其他回路接地故障情况

SELV的二次侧不应接地。

●

保护特低电压（PELV）

在正常情况、单个故障情况情况下电压不超过50Va.c.PELV的二次侧接地；采用等电位联结。

特低电压系统

当前90页，总共121页。

特低电压当前91页，总共121页。特低电压设备外部接地故障的转移电位传到特低电压侧思考：那类移动设备的外露可导电部分不接地？当前92页，总共121页。

●

SELV和PELV回路

带电部分之间以及与其他SELV和PELV回路之间采用基本绝缘；与其他非SELV和PELV回路带电部分的保护分隔，采用双重或加强绝缘或按现有最高电压的基本绝缘和保护屏蔽；

SELV回路的带电部分与地之间应具有基本绝缘；

PELV回路和由PELV供电的设备外露可导电部分可以接地。

当前93页，总共121页。

如果标称电压高于

25Va.c.或60Vd.c.或设备浸在水中，SELV和PELV回路应采用如下的基本绝缘：

—

符合标准的绝缘，或

—

符合标准的遮拦或外护物。如果满足如下条件的干燥场所，不需要基本防护措施：

—

SELV回路的标称电压25Va.c.或60Vd.c.

；

—

PELV回路的标称电压25Va.c.或60Vd.c.

，其外露可导电部分和（或）带电部分用PE线连接至总接地端子。如果SELV和PELV回路的标称电压12Va.c.或30Vd.c.

，在所有情况下不要求采用基本绝缘。当前94页，总共121页。

SELV和PELV回路的布线系统和具有基本绝缘的其他回路带电部分的保护分隔，可采取下列措施之一：

—SELV和PELV回路的导体应封闭在非金属护套或采用基本绝缘，且在绝缘外护物中；

—SELV和PELV回路的导体应与高于50Va.c.或120Vd.c.回路的导体采用接地的金属护套或接地的金属屏蔽层予以分隔；

—电压高于50Va.c.或120Vd.c.的回路导体可包含在多芯电缆或其他导线组合，但SELV和PELV回路的导体应按其中的最高电压加以绝缘；

—

其他回路的布线系统符合双重或加强绝缘布线系统有关标准的规定；

—

实体空间分隔。当前95页，总共121页。●

SELV或PELV系统的插座和插头:

—用于其他电压系统；

—

SELV系统的插座和插头不应有PE线的接点。●功能FELV回路用于标称电压50Va.c.

或120Vd.c.的功能性回路（例如含有变压器、继电器、控制电器等的回路），但不能满足SELV或PELV的要求的情况下，可采用FELV回路。

FELV回路的防护要求如下：

—基本防护（通用）；

—故障防护：设备外露可导电部分连接至电源一次侧回路的PE导体，一次侧回路采用自动切断电源防护；

—插头和插座不能用于其他电压系统，并有PE触头。当前96页，总共121页。

●

下列部件可以不采用故障防护措施：

—

附设在建筑物上且位于伸臂范围之外的架空线绝缘子的金属支架；

—

杆中的钢筋触及不到的架空线钢筋混凝土杆；

—

尺寸小（约50mm

50mm）的外露可导电部分（如金属外壳）或人体不可能抓住或足够面积接触其配置，而且要连接PE线很困难或不现实（例如螺丝、铆钉、名牌及电缆夹子）；

—

保护采用双绝缘或加强型绝缘设备的金属管或金属外护物。

当前97页，总共121页。

接地装置、接地线、保护线和保护联结线当前98页，总共121页。●

接地极

◆电气装置内设置接地极时，应将该接地极用接地线连接到该电气装置的总接地端子上。

◆通过接地故障电流和PE线的接地装置，应能承受热的、机械的和电应力以及引起电击的危险。此外，还应耐腐蚀和具有足够的机械强度。

◆

采用不同材料的接地装置时，应考虑会产生腐蚀的问题。

◆

可燃液体或可燃气体用的金属管不应用做接地极。但是可做等电位联结。

当前99页，总共121页。◆

可用作接地极的举例如下：

—

埋入地基的金属结构（基础接地）；

—

埋地的板、管、棒、带或线状的金属物体；

—

埋在地下混凝土中的钢筋（预应力钢筋混凝土除外）；

—

根据当地条件或要求，可采用的电缆金属护套和其他金属护层；

—

根据当地条件或要求，可采用的其他适用的地下金属结构。

附表:

考虑了耐腐蚀和机械强度，埋入土壤中的接地极的最小规格（暂缺）见《接地配置和保护导体》GB

16895.3-201X。当前100页，总共121页。附录C.4：混凝土结构中的钢筋，和埋地的铜接地极的化学电位相等。因此，两者相近并且连起来会造成埋地的钢接地极被腐蚀的危险。

《接地配置和保护导体》IEC60364-5-54:2011当前101页，总共121页。当前102页，总共121页。

埋在土壤中的接地的最小截面有防机械损伤保护无防机械损伤保护有防腐蚀保护铜：2.5mm2铁：10mm2铜：16mm2铁：16mm2无防腐蚀保护铜：25mm2铁：50mm2

●

接地线●

总接地端子

—

高低压电气装置的功能接地和保护接地；

—

信息技术设备的功能接地和保护接地；

—

防雷装置的接地等。

总接地端子的每个接线接头应采用工具可靠地单独拆卸当前103页，总共121页。

●

保护线

保护线的截面应按下列公式进行热稳定校验：

S

I2tk

式中:

S:截面，mm2；

I:通过保护电器的故障电流方均根值，A；

t：自动切断电源保护电器的动作时间（5s)，s；注：需考虑回路阻抗的限流影响和保护电器的I2t的限值。

k：由保护线、绝缘和其他部分的材料以及初始和最终温度决定的系数（k值见GB16895.3附录A）。

相线截面S，mm2相应保护线的最小截面，mm2S≤16S16<S≤3516S>35S/2

保护线的最小截面当前104页，总共121页。

◆

不包含在电缆本身的或不与相线共处于同一外护物（例如导管）内的每根保护线，其截面不应小于：

—

有防机械损伤防护时，铜：2.5mm2；铝：16mm2；

—

没有防机械损伤防护，铜：4mm2；铝：16mm2。

◆

保护线可由下列一种或多种导体组成：

—

多芯电缆中的导体；

—

与带电导体共用外护物的绝缘导体或裸导体；

—

固定安装的裸导体或绝缘导体；

—符合标准的电缆金属护套、电缆屏蔽层、电缆铠装、同心导体、金属导管等。当前105页，总共121页。

◆下列金属部件不允许用作保护线或保护等电位联结线：

—

金属水管；

—

含有可燃性气体或液体的金属管道；

—

正常使用中承受机械应力的结构部分；

—

柔性或可弯曲的金属导管；

—

柔性金属部件；

—

支撑线索。

◆采用过电流保护器作为电击防护时，其PE线应与带电部分敷设在一起或相互靠近。

L=μ0

l（lnD+1）

ΠR4当前106页，总共121页。◆如果电气装置中包含有金属外护物的设备，例如低压开关柜、控制盘柜或母线槽，若其金属外护物或框架同时满足如下三项要求，则可用作保护线：

—

应利用其结构或良好的连接，以保证其机械、化学或电化学损伤的防护性能，确保其电气的连续性；

—

应符合标准规定的最小截面的要求；

—

应在每个预定的分接点上，便于与其他保护线连接。◆采用电气检测接地状态时，不应将专用器件（如动作传感器、线圈）与保护线串联。◆器具的外露可导电部分不应用于构成其他设备PE线的一部分，但符合上条规定的除外。当前107页，总共121页。

●

PEN线

◆只能在固定安装的电气装置中采用PEN线；而且考虑到机械强度的原因，其截面不应小于：铜10mm2或铝16mm2。

◆如果从电气装置的任意一点起，中性线和PE线分别采用单独的导体，则不允许将该中性线再连接到电气装置的任何其他的接地部分（例如，由PEN线分接出的PE线）。

◆外界可导电部分不应用作PEN线。当前108页，总共121页。

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固定式接线的用电设备的PE线电流超过10mA时，应按如下规定设置加强型保护线：

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PE线全长的截面至少为铜10mm2

或铝16mm2；

—或第2根至少按照电击防护要求相同截面的PE线直至PE线的截面不小于铜10mm2

或铝16mm2

。要求用电设备有专用于第2根PE线的端子。

当前109页，总共121页。

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PEN线的绝缘水平应按可能遭受的最高电压确定。

从变压器低压侧中性点引出的PEN线，按照过去的设计一般不采取绝缘措施，而直接敷设在金属支架或墙上，这是不符合本条的规定。

现行的有关规范和标准规定：电气设备（例如开关柜）内的PEN线的绝缘方式宜由产品标准确定。这个规定不符合现在关于多电源的PEN线必须绝缘的