《安全與接地》PPT課件.ppt

第四章 安全與接地,本章主要內(nèi)容: 4.1 4.2 4.3 4.4,概述 供配電系統(tǒng)的接地形式 等電位連接 供配電系統(tǒng)的剩余電流動作保護(hù),本章主要從技術(shù)的角度分析供配電系統(tǒng)接地與電氣安全的內(nèi)容。,要求： 1、理解接地、對地電壓、接觸電壓和跨步電壓的概念； 2、掌握保護(hù)接地形式及其運(yùn)行特點(diǎn)； 3、了解等電位連接的基本構(gòu)成及應(yīng)用； 4、了解剩余電流動作保護(hù)的工作原理和接線方式。,4.1 概述,一、電氣安全防范、防護(hù)基本措施 1. 主動防護(hù) 以預(yù)防為主，主要是法規(guī)和條文，規(guī)章和制度。如：保 證安全距離、提高電氣絕緣性能、使用電氣安全工具。 2. 被動防護(hù) 是在事故方式后才投入使用的，技術(shù)性較強(qiáng)。,二、接地概念 接地：指金屬物體與“地”的直接接觸。有工作接地、安全接地、故障接地。 接地裝置的主要作用是向大地均勻地泄放電流，使電氣設(shè)備外殼對地電壓不至于過高。 接地裝置包括接地體和接地線兩部分，它也是防雷裝置的重要組成部分。 1. 接地體 接地體是埋入地下與土壤直接接觸的金屬導(dǎo)體。 接地體一般分為自然接地體和人工接地體。 自然接地體，指兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物內(nèi)的鋼筋、金屬管道和設(shè)備。 人工接地體，是指人為埋入地中的金屬構(gòu)件，按打入的方式不同可分為垂直接地體和水平接地體。,2. 接地線 接地線是連接接地體和電氣裝置、設(shè)備的金屬導(dǎo)體。它也分為自然接地線和人工接地線兩種類型。 人工接地線材料一般采用扁鋼和圓鋼，采用扁鋼作為地下接地線時，其截面積不應(yīng)小于25mmX4mm，采用圓鋼作接地線時，其直徑不應(yīng)小于10mm。 自然接地線可利用建筑物的金屬結(jié)構(gòu)，必須保證全程接地線路有可靠的電氣通路，用螺栓或鉚釘連接的部位必須焊接跨接線 。,流散電阻和接地電阻,接地電流流入地下以后，就通過接地體向大地作半球形散開，這一接地電流就叫做流散電流。流散電流在土壤中遇到的全部電阻叫做流散電阻。,接地電阻是接地的流散電 阻與接地線、接地體的電阻之和。接地線、接地體電阻一般很小，可以忽略不計(jì)。因此，可以認(rèn)為流散電阻就是接地電阻。,流散電流,三、電氣接地的基本概念,接地電流與對地電壓,電氣設(shè)備在發(fā)生接地故障時，電流將通過接地體以半球形向大地中散開，稱為接地電流，如圖所示。,在距離接地體越遠(yuǎn)的地方，半球的球面積越大，其散流電阻越小，相對于接地點(diǎn)處的電位就越低。,電氣設(shè)備的接地部分，與零電位的“大地”之間的電位差，稱為接地部分的對地電壓 。,接觸電壓Utou和跨步電壓 Ustep,接觸電壓 ，即人站在距設(shè)備0.8m處，手觸外殼等帶電部分，手腳之間所受的電壓值。 式中 觸電者站腳處的電位。 跨步電壓 ，即人在接地 故障區(qū)域內(nèi)行走，跨出0.8m 步距的兩腳所受到的電位差值。 即： 式中 兩腳落地點(diǎn)的地面電位。,中性點(diǎn)、零點(diǎn)和中性線、零線,發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)等電器的繞組中以及串聯(lián)電 源回路中有一點(diǎn)，它與外部各接線端間的電壓絕對值相 等，這一點(diǎn)就成為中性點(diǎn)或中點(diǎn)。 當(dāng)中性點(diǎn)接地時，該點(diǎn)則稱為零點(diǎn)。由中性點(diǎn)引出的 導(dǎo)線，稱為中性線；由零點(diǎn)引出的導(dǎo)線，則稱為零線。,一般有中性線（代號N） 中性線（N線）的功能，一是用來接用額定電壓為相電壓 的單相用電設(shè)備，二是用來傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單 相電流，三是用來減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。 保護(hù)線（代號PE）或保護(hù)中性線（代號PEN） 保護(hù)線（PE線）的功能，是為保障人身安全、防止發(fā)生觸 電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分通過保 護(hù)線（PE線）接地，可在設(shè)備發(fā)生接地故障時減小觸電危險。 保護(hù)中性線（PEN線）兼有中性線（N線）和保護(hù)線（PE 線）功能。這種保護(hù)中性線在我國通稱為“零線”，俗 稱“地線”。,四、觸電方式,1. 接觸正常帶電體,(1) 電源中性點(diǎn)接地的單相觸電,通過人體電流:,式中: UP: 電源相電壓 (220V) Ro: 接地電阻 4 Rb: 人體電阻 1000,這時人體處于相電壓下，危險較大。,(2) 電源中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相觸電,對地絕緣電阻,人體接觸某一相時，通過人體的電流取決于人體電阻Rb與輸電線對地絕緣電阻R 的大小。 若輸電線絕緣良好，絕緣電阻R 較大，對人體的危害性就減小。,但導(dǎo)線與地面間的絕緣可能不良（ R 較?。?，甚至有一相接地，這時人體中就有電流通過。,(3) 雙相觸電,觸電后果更為嚴(yán)重,通過人體的電流：,2. 接觸電壓觸電(接觸正常不帶電的金屬體),當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣損壞而與外殼接觸，將使其外殼帶電。當(dāng)人觸及帶電設(shè)備的外殼時，相當(dāng)于單相觸電。大多數(shù)觸電事故屬于這一種。,這時人體處于線電壓下，,Ib,3. 跨步電壓觸電,電位分布,接地點(diǎn),跨步電壓,在高壓輸電線斷線落地時，有強(qiáng)大的電流流入大地，在接地點(diǎn)周圍產(chǎn)生電壓降。如圖所示。,當(dāng)人體接近接地點(diǎn)時，兩腳之間承受跨步電壓而觸電?？绮诫妷旱拇笮∨c人和接地點(diǎn)距離，兩腳之間的跨距，接地電流大小等因素有關(guān)。,雙腳跨步,一般在20m之外，跨步電壓就降為零。如果誤入接地點(diǎn)附近，應(yīng)雙腳并攏或單腳跳出危險區(qū)。,五、電流對人體的作用,人體觸電時，電流對人體會造成兩種傷害：電擊和電傷。,電擊是指電流通過人體，影響呼吸系統(tǒng)、心臟和神經(jīng)系統(tǒng)，造成人體內(nèi)部組織的破壞乃至死亡。,電傷是指在電弧作用下或熔斷絲熔斷時，對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。,調(diào)查表明，絕大部分的觸電事故都是由電擊造成的。電擊傷害的程度取決于通過人體電流的大小、持續(xù)時間、電流的頻率以及電流通過人體的途徑等。,1. 人體電阻,人體電阻因人而異，通常為 104 105 ，當(dāng)角質(zhì)外層破壞時，則降到8001000。,電流頻率在40Hz 60Hz對人體的傷害最大。 高頻電流不僅沒有危害,還可以用于醫(yī)療保健等。,3. 電流頻率對人體的傷害,4. 電流持續(xù)時間與路徑對人體的傷害,電流通過人體的時間愈長，則傷害愈大。,2. 電流強(qiáng)度對人的傷害,人體能擺脫的電流閾值: 10mA ，工頻危險電流: 50mA,5. 安全電壓,從保護(hù)人身安全的角度來說，安全電壓為人體持續(xù)接觸而不會使人直接致死、致殘的電壓。,接地 類型,按裝置屬性分,按電壓分,自然接地,人工接地,高壓系統(tǒng)接地,低壓系統(tǒng)接地,直接接地、不直接接地,TN、TT、IT,按作用分,保護(hù)性接地,功能性接地,工作接地，屏蔽接地，邏輯接地、信號接地等,防雷接地、保護(hù)接地、防靜電接地、防電蝕接地等；,4.2 接地形式,接地形式,保護(hù)接地 ：通過獨(dú)立的接地體接地。,保護(hù)接零 ：通過系統(tǒng)公共的接地線接地。,保護(hù)接地,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時：由于外殼帶電 , 當(dāng)人觸及外殼,接地電流 Ie 將經(jīng)過人體入地后, 再經(jīng)其它兩相對地絕緣電阻R 及分布電容C 回到電源。當(dāng)R 值較低、C 較大時，Ib 將達(dá)到或超過危險值。,對地絕緣電阻,分布電容,電氣設(shè)備外殼未裝保護(hù)接地時:,電氣設(shè)備外殼有保護(hù)接地時,通過人體的電流：,Rb與Ro并聯(lián)，且 Rb Ro 通過人體的電流可減小到安全值以內(nèi)。,利用接地裝置的分流作用來減少通過人體的電流。,保護(hù)接地：將電氣設(shè)備的金屬外殼(正常情況下是 不帶電的)接地。,保護(hù)接地：,接地 方式,TN,TN-S,TN-C,IT,TN-C-S,TT,第一個字母（T或I）表示電源中性點(diǎn)的對地關(guān)系； T：接地，I：不接地或高阻抗接地。,第二個字母（N或T）表示裝置外露導(dǎo)電部分的對地關(guān)系；N：電氣設(shè)備正常運(yùn)行時不帶電的金屬外露部分與電力網(wǎng)的中性點(diǎn)直接連接，T：與地直接連接。,是為保障人身安全、防止間接觸電而將設(shè)備的 外露可導(dǎo)電部分接地。,TN系統(tǒng),TN系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，并引出有中性線（N線）、保護(hù)線（PE線）或保護(hù)中性線（PEN線），屬于三相四線制或五線制系統(tǒng)。,1. TN-C系統(tǒng) N線和PE線全部合為PEN線,它是將PE線和N線的功能綜合起來，由一根保護(hù)中性線PEN，同時承擔(dān)保護(hù)和中性線兩者的功能 。,TN-C系統(tǒng)特點(diǎn),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，短路電流經(jīng)外殼和PEN線構(gòu)成回路，回路中相線、PEN線和設(shè)備外殼阻抗很小，短路電流很大，令線路上的過流保護(hù)裝置動作，切除故障。,供配電系統(tǒng)的過流保護(hù)可兼作單相接地故障保護(hù) 如PEN線斷線，短路保護(hù)裝置不動作，使接PEN的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電，造成人身觸電危險。 PEN線可能有電流流過，設(shè)備外殼對地存在電位差，與不帶電金屬體碰撞時易產(chǎn)生火花，引發(fā)火災(zāi)。此外，會對連接在PEN線上的其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。 目前在民用建筑中，已不允許采用這種方式。,2. TN-S系統(tǒng) N線和PE線全部分開,在電源中性點(diǎn)工作接地，而用電設(shè)備外殼等可導(dǎo)電部分通過專門設(shè)置的保護(hù)線PE連接到電源中性點(diǎn)上。,供配電系統(tǒng)的過流保護(hù)也可兼作單相接地故障保護(hù) PE線與N線分開,PE線中無電流流過，因此對接PE線的設(shè)備無電磁干擾。 PE線斷線時，正常情況不會使PE的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電，但在有設(shè)備發(fā)生一相接殼故障時，將會帶電，危及人身安全。 PE線與N線分開,投資較TNC高。 適于對安全或抗電磁干擾要求高的場所。是我國目前推廣的供電系統(tǒng)。,3. TN-C-S 從電源出來的一段采用TNC 系統(tǒng)，只起電能的傳輸作用，到用 電負(fù)荷附近某一點(diǎn)處，將PEN線分 開成單獨(dú)的N線和PE線 。,綜合了TNC與TNS系統(tǒng)的特點(diǎn)。 PE與N線一旦分開，兩者不能在相連。此系統(tǒng)比較靈活，對安全或抗電磁干擾要求高的場所采用TNS系統(tǒng)，而其它情況則采用TNC系統(tǒng)。 廣泛地應(yīng)用于分散的民用建筑中，特別適合一臺變壓器供好幾幢建筑物用電的系統(tǒng) 。,4.TN方式供電系統(tǒng)的注意事項(xiàng) PE線或PEN線在任何時候均不得斷開； 對保護(hù)裝置的動作時間和動作特性都有要求，若不能 滿足，應(yīng)采用剩余保護(hù)電流作單相接地故障保護(hù)。,TT系統(tǒng) 沒有公共的PE線，設(shè)備外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的PE線直接接地，屬三相四線制系統(tǒng)。工作接地和保護(hù)接地必須是相互獨(dú)立的 。,由于各設(shè)備的PE線之間無電磁聯(lián)系，因此互相之間無電磁干擾。 當(dāng)發(fā)生一相接地故障時則形成單相短路，但短路電流不大，影響保護(hù)裝置動作，不能使用過流保護(hù)作單相接地故障保護(hù)。需要設(shè)置專業(yè)的剩余電流動作保護(hù)裝置。 TT系統(tǒng)的安全性能和電磁兼容性比TN系統(tǒng)好。適用于 抗電磁干擾要求高的場所及分散的用電系統(tǒng)。,IT系統(tǒng) IT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)不接地或經(jīng)1k阻抗接地，通常不引出N線，屬于三相三線制系統(tǒng)。,IT系統(tǒng)及一相接地時的故障電流,IT系統(tǒng),不能使用過流保護(hù)作單相接地故障保護(hù)（單相接地故障電流很?。?。 沒有N線，不適于接相電壓的單相設(shè)備。 設(shè)備外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的PE線直接接地，互相之間無電磁干擾。 發(fā)生一相接地故障時三相用電設(shè)備仍能繼續(xù)工作。 應(yīng)裝設(shè)單相接地保護(hù)裝置，以便發(fā)生一相接地故障時，給予報警信號。 在礦山、冶金等只有三相用電設(shè)備的行業(yè)應(yīng)用較多，在建筑供配電中應(yīng)用極少。,重復(fù)接地,在TN系統(tǒng)中，為確保公共PE線或PEN線安全可靠，除 在中性點(diǎn)進(jìn)行工作接地外，還應(yīng)在PE線或PEN線的下列地 方進(jìn)行重復(fù)接地：1）在架空線路終端及沿線每1km處； 2）電纜和架空線引入車間或大型建筑物處。 如不重復(fù)接地，則在PE線或PEN線斷線且有設(shè)備發(fā)生單 相接地故障時，接在斷線后面的所有設(shè)備外露可導(dǎo)電部分都 將呈現(xiàn)接近于相電壓的對地電壓，即，如圖a所示，這是很危 險的。如進(jìn)行了重復(fù)接地，如圖b所示，則在發(fā)生同樣故障 時，斷線后面的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分的對地電壓很小，危險 程度大大降低。,重復(fù)接地,工作接地,即將中性點(diǎn)接地,各種工作接地有各自的功能。例如電源中性點(diǎn)直接接地，能在運(yùn)行中維持三相系統(tǒng)中相線對地電壓不變；而電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，能在單相接地時消除接地點(diǎn)的斷續(xù)電弧，防止系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓。,等電位聯(lián)結(jié)是使建筑物電氣裝置的各外露可導(dǎo)電部分與電氣裝置外的其它金屬可導(dǎo)電部分進(jìn)行電位基本相等的電氣連接。,作用于全建筑物，在每一電源進(jìn)線處，利用聯(lián)結(jié)干線將保護(hù)線、接地線的總接線端子與建筑物內(nèi)電氣裝置外的可導(dǎo)電部分（如：進(jìn)出建筑物的金屬管道、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件等）連接成一體。,指在局部范圍內(nèi)設(shè)置的等電位聯(lián)結(jié)，一般在TN系統(tǒng)中，當(dāng)配電線路阻抗過大、保護(hù)動作時間超過規(guī)定允許值時或?yàn)闈M足防電擊的特殊要求時，需作局部等電位聯(lián)結(jié)。,指在伸臂范圍內(nèi)的某些外露可導(dǎo)電部分與裝置外可導(dǎo)電部分之間所作的等電位聯(lián)結(jié)。,4.3 低壓配電系統(tǒng)的等電位聯(lián)接,總等電位聯(lián)結(jié)示意圖,總等電位連接 局部等電位連接,樓層局部等單位連接示意圖,等電位聯(lián)結(jié)的作用,1. 顯著降低人體接觸電壓,電氣裝置絕緣損壞所引起的接地故障能使其外露導(dǎo)電部分帶危險電壓，等電位聯(lián)接可以顯著降低人體接觸電壓從而避免人體觸電事故的發(fā)生。,2有效消除來自外部的危險電壓,等電位連接導(dǎo)線的選擇 總等電位連接主母線的截面規(guī)定不應(yīng)小于裝置中最大PE線截面的一半，但不小于6mm2。采用銅導(dǎo)線，其截面可不超過25mm2。 連接兩個外露可導(dǎo)電部分的局部等電位線，其截面不應(yīng)小于接至該兩個外露可導(dǎo)電部分的較小PE線的截面。,4.4 供配電系統(tǒng)中的剩余電流保護(hù),剩余電流保護(hù)裝置又稱為漏電保護(hù)裝置，是對電氣線路或電氣設(shè)備發(fā)生單相接地短路故障時產(chǎn)生剩余電流進(jìn)行檢測而發(fā)出信號的裝置，當(dāng)回路中有電流泄漏且達(dá)到一定值時，剩余電流保護(hù)裝置可向斷路器發(fā)出跳閘信號，切斷電路，以避免觸電事故的發(fā)生或因泄漏電流造成火災(zāi)事故的發(fā)生。英文縮寫RCD。 由于漏電保護(hù)器動作靈敏，切斷電源時間短，因此只要能合理選用和正確安裝、使用漏電保護(hù)器，對于保護(hù)人身安全、防止設(shè)備損壞和預(yù)防火災(zāi)產(chǎn)生會有明顯的作用。,漏電保護(hù)的意義： 當(dāng)電氣設(shè)備（或線路）發(fā)生漏電或接地故障時，能在人尚未觸及之前就把電源切斷； 當(dāng)人觸及帶電體時，能在0.1秒內(nèi)切斷電源，從而減輕電流對人體的傷害程度； 防止漏電引起火災(zāi)事故。 漏電保護(hù)作為低壓觸電傷亡事故的后備保護(hù)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在低壓配電系統(tǒng)中。,1.剩余電流保護(hù)裝置的工作原理,基本工作原理是檢測配電線路的零序電流分量。,在線路正常工作時，對于三相電路和單相電路，穿過零序電流互感器磁環(huán)的電流相量和為零，即零序電流互感器磁環(huán)內(nèi)的磁通為零，無感應(yīng)電流，剩余電流動作保護(hù)裝置不動作。,在發(fā)生接地觸電或電氣設(shè)備絕緣損壞造成接地故障時，相線通過人體或設(shè)備金屬外殼與“地”構(gòu)成回路，產(chǎn)生電流，使穿過零序電流互感器的電流不再平衡，零序電流互感器磁環(huán)內(nèi)的磁通不再為零，因而在零序電流互感器中產(chǎn)生感應(yīng)電流。,剩余電流保護(hù)裝置的工作原理,電流動作型 剩余電流保護(hù)專職工作原理圖 TAN零序互感器；A放大器； YR脫扣器；QF低壓斷路器,2.剩余電流保護(hù)裝置的接線方式,按相數(shù)或極數(shù)分有單相一線、單相兩線、三相三線、三相四線。,TN-S系統(tǒng)中的接線方式 保護(hù)PE線在任何時候都不能接入剩余電流保護(hù)裝置。,發(fā)生接地故障時，故障電流通過與電氣設(shè)備的金屬外殼相連接的保護(hù)PE線流出，使穿過剩余電流保護(hù)裝置中的零序電流互感器的電流不再平衡，在零序電流互感器中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使剩余電流動作保護(hù)裝置的動作機(jī)構(gòu)動作，切斷電源，實(shí)現(xiàn)對接地故障的保護(hù)。,TN-C系統(tǒng)中的接線方