接地與接零詳細(xì)說(shuō)明

1、接地和接零接地和接零的基本目的有兩條,一是按電路的工作要求需要接地;二是為了保障人身和設(shè)備安全的需要接地或接零。按其作用可分為四種。A .工作接地;b .保護(hù)接地;c .保護(hù)接零;d .重復(fù)接地。那么什么是工作接地呢?在采用380/220V 的低壓電力系中,一般都從電力變壓器引出四根線,即三根相線和一根中性線,這四根兼做動(dòng)力和照明用。動(dòng)力用三根相線,照明用一根相線和中性線。在這樣的低壓系統(tǒng)中,考慮當(dāng)正?；蚬收系那闆r下,都能使電氣設(shè)備可靠運(yùn)行,并有利人身和設(shè)備的安全,一般把系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地,如圖-1中的R 。即為工作接地。由變壓器三線圈接出的也叫中性線即零線,該點(diǎn)就叫中性點(diǎn)。A 工作接地的作

2、用有兩點(diǎn),一是減輕一相接地的危險(xiǎn)性;穩(wěn)定系統(tǒng)的電位,限制電壓不超過(guò)某一范圍,減輕高壓竄入低壓的危險(xiǎn)。工作接地是如何減輕一相接地的危險(xiǎn)性的呢? 如圖-2所示,如果電網(wǎng)的中性點(diǎn)不接地,當(dāng)有一相碰地時(shí),接地電流不大,設(shè)備仍可運(yùn)行,故障可能長(zhǎng)時(shí)間存在,但這時(shí)電流通過(guò)設(shè)備B 和人體回到零線而構(gòu)成回路,這是很危險(xiǎn)的。應(yīng)當(dāng)看到,發(fā)生上述故C 障時(shí),不只是某一接零設(shè)備處在危險(xiǎn)狀態(tài),而是由該變壓器供電的所有接零設(shè)備都處在危險(xiǎn)狀態(tài)中,同時(shí),沒(méi)有碰地的兩相對(duì)地電壓顯著圖-1升高,大大增加觸電的危險(xiǎn)。如果是如圖-3那樣,變壓器的中性電直 圖-2 中性點(diǎn)不接地時(shí)一相碰地 圖-3 中性點(diǎn)接地時(shí)一相碰地接接地,即變壓器有工

3、作接地,上述危險(xiǎn)就可減輕或基本消除,這時(shí),接地電流I D 主要通過(guò)碰地處接地電阻R d 和工作接地電阻R d 構(gòu)成回路,接零設(shè)備對(duì)地電壓為:U o =I d R =U /R d +R o *R 。(式-1由此可見(jiàn),減少R ?？上拗芔 。在某一安全范圍以內(nèi)。那么,工作接地是如何穩(wěn)定系統(tǒng)電位的呢?如圖-4所示,高壓為10千伏電網(wǎng),低壓為380/220伏電網(wǎng),當(dāng)絕緣損壞時(shí),高壓電意外竄入低壓邊時(shí),整個(gè)低壓系統(tǒng)對(duì)地電壓都將升高, 如果低壓系統(tǒng)不接地,其對(duì)地電壓可升高到數(shù)千伏,這對(duì)大量接觸低壓設(shè)備的工作人員是非常危險(xiǎn)的。如果象圖-4示那樣,低壓邊中性點(diǎn)直接接地,則低壓邊對(duì)地電壓將受到工作接地電阻的限制,

4、不會(huì)太高。這時(shí),高壓接地電流I c d通過(guò)低壓工作接地和高壓線路對(duì)地分布電容構(gòu)成回路。低壓零線對(duì)地電壓U o =I d r o (式-2一般情況下,要求在發(fā)生高壓竄入低壓時(shí)U 。不圖-4 中性點(diǎn)接地對(duì)高壓竄入低壓的防護(hù)作用得超過(guò)120伏,這就要求工作接地電阻:r o 120/I c d (式-3,對(duì)于中、小容量的10千伏電網(wǎng),高壓接地電流一般不超過(guò)30安,r 。4歐姆是能滿足上述要求的。說(shuō)完了工作接地,說(shuō)說(shuō)保護(hù)接地,什么是保護(hù)接地呢?保護(hù)接地就是電氣設(shè)備在正常運(yùn)行的情況下,將不帶電的金屬外殼或構(gòu)架用足夠粗的金屬線與接地體可靠地連接起來(lái),以達(dá)到在相線碰殼時(shí)保護(hù)人身安全,這種接地方式就叫保護(hù)接地,

5、對(duì)于保護(hù)接地電阻值的要求是:R 。4歐姆。該接地方式適用于三相電源中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)和單相安全電壓的懸浮供電系統(tǒng)的一種安全保護(hù)方式。這種系統(tǒng)必須有獨(dú)立的變壓器供電,具體的應(yīng)用場(chǎng)合,礦山地下作業(yè),有爆炸危險(xiǎn)的化工單位,以及其他高度危險(xiǎn)環(huán)境的供電場(chǎng)所。圖-5即為保護(hù)接地的示意圖。保護(hù)接地的工作原理是什么?如圖-6所示,在不接地的低壓系統(tǒng)種,當(dāng) 一相碰殼時(shí),接地電阻I d 通過(guò)人體和電網(wǎng)對(duì)地絕緣阻抗形成回路。如各相對(duì)地絕緣阻抗相等,運(yùn)用電工學(xué)的方法,可求得漏電設(shè)備的對(duì)地電壓:U d =3U R r /3R r +Z (式-4。式中:U -電網(wǎng)電壓R r -人體電阻;Z -電網(wǎng)每相對(duì)地絕緣阻抗。

6、圖-5 保護(hù)接地 電網(wǎng)對(duì)地絕緣阻抗Z 由電網(wǎng)對(duì)地分布電容和對(duì)地絕緣電阻組成,并可看作式二者的并聯(lián)。一般情況下,絕緣電阻大于分布電容的容抗,如果把絕緣電阻看作式無(wú)限大,則對(duì)地電壓: U d =3U R r /3R r -J X c =3U R r /9R r 2+1/2c 2(式-5式中:C -每相對(duì)地分布電容;X c =1/w c ;=2電源角頻率。當(dāng)電網(wǎng)對(duì)地絕緣正常時(shí)漏電的設(shè)備對(duì)地電壓很低,但當(dāng)電網(wǎng)絕緣性能顯著下降,或電網(wǎng)分布很廣時(shí),對(duì)圖-6 不接地危險(xiǎn)性示意圖地電壓可能就會(huì)上升到危險(xiǎn)的程度。這就由必要采取圖-7所示的保護(hù)接地措施。有了保護(hù)接地以后,漏電設(shè)備對(duì)地電壓主要決定于保護(hù)接地電阻R

7、b 的大小。由于R b 和R r 并聯(lián),且R b R r ,可 以近似的認(rèn)為對(duì)地電壓:U d =3U R b /3R b +Z (式-6。又因R b Z ,所以設(shè)備對(duì)地電壓大大降低。只要適當(dāng)控制R b 的大小,即可限制漏電設(shè)備對(duì)地電壓在安全范圍內(nèi)。例如,對(duì)于長(zhǎng)度1K M 的380V 電纜電網(wǎng),如人體電阻為1500歐姆,當(dāng)發(fā)生漏電且人體觸及設(shè)備時(shí),人體承受的電壓約為127V ,通過(guò)人體的電流約為84.5M A ,這對(duì)人體時(shí)很危險(xiǎn)的。這種情況下,如果加上保護(hù)接地,且接地電阻R b =4歐姆,則人體承受的電壓降低為0.415V ,通過(guò)人體的電流降低為0.277M A ,對(duì)人體就沒(méi)有危險(xiǎn)了。圖-7 保

8、護(hù)接地原理圖在不接地的電網(wǎng)中,單相接地電流的大小主要取決于電網(wǎng)的特征,如電壓的高低、范圍的大小、敷設(shè)的方式等。一般情況下,由線路對(duì)地分布電容決定的電抗都比較大,而絕緣電阻還要大得多,數(shù)以兆歐計(jì),計(jì)算時(shí)可看作時(shí)無(wú)限大。因此,單相接地電流一般都很小,這就有可能采用保護(hù)接地把漏電設(shè)備對(duì)地電壓限制在安全電壓以下。但重要的一條是-在有接地的電網(wǎng)中,這以規(guī)律是不一定成立的。那么,保護(hù)接地的應(yīng)用范圍有哪些呢?保護(hù)接地的適用于不接地的電網(wǎng)。在這種電網(wǎng)中,無(wú)論環(huán)境如何,凡由于絕緣破壞或其他原因而可能呈現(xiàn)危險(xiǎn)電壓的金屬部分,除另有規(guī)定外,都應(yīng)采取保護(hù)接地措施,主要包括:(1.電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、照明器具及其它

9、電氣設(shè)備的金屬外殼、底座及與其相連的傳動(dòng)裝置;(2.戶內(nèi)外配電裝置的金屬構(gòu)架或鋼筋混凝土構(gòu)架,以及靠近帶電部分的金屬遮攔或圍欄;(3.配電屏、控制臺(tái)、保護(hù)屏及配電柜(箱的金屬框架或外殼;(4電纜接頭盒的金屬外殼、電纜的金屬外皮和配線的鋼管;此外,某些架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔、互感器的二次線圈等,也應(yīng)予以接地。另以種接地方式-保護(hù)接零A 什么是保護(hù)接零呢?保護(hù)接零就是電氣設(shè)備在正常 B 運(yùn)行的情況下,將不帶電的金屬外殼或構(gòu)架與電網(wǎng)的零線 C 緊密地連接起來(lái),這種接線方式就叫保護(hù)接零。如圖8 O所示。 從圖-8中可知,萬(wàn)一某一相線碰殼時(shí),短路電流要比保護(hù)接地時(shí)大得多,使相線的熔絲熔斷

10、,以達(dá)到保護(hù)人身的安全。在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)系統(tǒng)中宜采用該接地方式。 保護(hù)接零的工作原理使怎樣的呢?圖-8 保護(hù)接零原理圖圖-9為保護(hù)接零的原理圖,從圖中可以看出,當(dāng)有 A 某一相帶電的相線碰連上外殼時(shí),通過(guò)設(shè)備外殼形成該相B 線對(duì)零線的單相短路(即碰殼短路,短路電流I d 總是比C 較大,這樣促使安裝在相線線路上的保護(hù)裝置,如熔斷器 O R d 迅速動(dòng)作,從而把故障部分與電源分?jǐn)嚅_(kāi)來(lái),消除隱患保障了人身的安全。 我們?cè)龠M(jìn)一步地來(lái)分析不采用該接地方式會(huì)出現(xiàn)怎樣情況。在三相四線制變壓器中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中,如果用電設(shè)備不采取任何的安全措施,則設(shè)備漏電時(shí),觸及c 設(shè)備的人體將承受近220V 的相電

11、壓,這樣的情況顯然是非圖-9 保護(hù)接零原理分析圖 常危險(xiǎn)的。如圖-10所示,當(dāng)有一相帶電部分碰連設(shè)備外殼 A 時(shí),事故電流經(jīng)過(guò)人體和變壓器的工作接地構(gòu)成回路,其 B 大小為:I R =U /R r +R o (式-7式中的U 為220V 相電壓; C R r 為人體電阻;R 。為工作接地電阻。這樣一來(lái),工作接地 O 電阻R 。通常在4歐姆以下,比人體電阻R r 要小得多,可以忽略不計(jì)。而人體的電阻如果按1000歐姆考慮的話,則通過(guò)人體的電流就為I R =220/1000=0.22安=220毫安。已知,20-25毫安以上的工頻電流對(duì)人體就有危險(xiǎn)了,而100毫安的電流就足以使人致命,這里的220毫

12、安的電流給人帶來(lái)的危險(xiǎn)就更可想而知了,所以,在變壓器的中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中,沒(méi)有安全裝置是絕對(duì)不允許的。在變壓器中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中,如果不采用保護(hù)接零而采用保護(hù)接地,情況又會(huì)怎樣呢?我們也可以來(lái)分析一下,在變壓器中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中,不采用保護(hù)接零而采用保護(hù)接地所出現(xiàn)的情況是什么。 如圖-11中電動(dòng)機(jī)設(shè)有保護(hù)接地裝置,接地電阻為R d ,當(dāng)一相帶電部分碰連外殼時(shí),人體處在和保護(hù)接地裝置并聯(lián)的位置,其簡(jiǎn)化電路 圖如圖-10所示。這時(shí),事故電流大部分經(jīng)過(guò)保護(hù)接地電阻R d 和工作接地電阻R 。形成回路,只有很少一部分通過(guò)人體。通過(guò)人體的電流決定于人體電阻和人體的接觸電壓。按照?qǐng)D-12的 情

13、況,人體接觸電壓即電動(dòng)機(jī)的外殼對(duì)地電壓亦即降在接地電阻R d 上的電壓,為了要知道人體承受的電壓,殼先求出事故電流。因?yàn)镽 r 比R d R r圖-11 采用保護(hù)接地的分析圖 圖-12 采用保護(hù)接地的簡(jiǎn)化電路圖 要大得多,所以能近似地認(rèn)為事故電流為:I D=U/R o+R d(式-8,根據(jù)規(guī)定,R。和R d都不得超過(guò)4歐姆。如果都按4歐姆考慮,可以得到:I D=220/4+4=27.5(A從這里可以近似求出人體承受得電壓:U R=I D R d=27.5 *4=110(V,如果人體電阻按1000歐姆考慮,則通過(guò)人體得電流為:I R=U R/R r=110/1000=0.11(A=110(M A

14、這個(gè)數(shù)值對(duì)人來(lái)說(shuō)還是非常危險(xiǎn)的,另一方面,這27.5安的事故電流不足以引起中等容量以上的線路的保護(hù)裝置動(dòng)作,設(shè)備上的危險(xiǎn)電壓就會(huì)長(zhǎng)期存在,一般采用自動(dòng)開(kāi)關(guān)作保護(hù)裝置的線路,要求事故電流大于其整定電流的1.25倍;采用熔斷器作保護(hù)裝置的線路,要求事故電流大于其額定電流的4倍。只有這樣,才能保證在發(fā)生事故時(shí),保護(hù)裝置迅速切斷電源。因此。從安全角度考慮,對(duì)于上述27.5安的電流,只能使用整定電流為27.5/1.25=22安以下的自動(dòng)開(kāi)關(guān)或27.5/4=6.9安以下的熔斷器。這在實(shí)際當(dāng)中顯然是不能讓人滿意的。那么,能不能用降低接地電阻R。和R d的辦法來(lái)增加事故電流,以使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作呢?理論上是可

15、以的,但在實(shí)際上卻是困難重重的。例如,對(duì)于100A的熔斷器,事故電流應(yīng)大于400A,要求接地電阻為:R o+R dU/I D=220/400=0.55歐姆,要求達(dá)到這樣小的接地電阻,不但不經(jīng)濟(jì)在土壤電阻較高的地方,簡(jiǎn)直就是不可能的事。因此,這個(gè)辦法也是難以行通的。類(lèi)似地,采用降低保護(hù)接地電阻Y D以降低事故設(shè)備對(duì)地電壓的辦法也是難以行通的。假如限制事故設(shè)備對(duì)地電壓U D=36V,則降在工作接地電阻上的電壓U。=U-U D=220-36=184V,若工作接地電阻R。仍按4歐姆考慮,可求得:R D=U D/U。*R。=36/184*4=0.78歐姆。顯然,這樣的做法也是不合適的。由以上的分析可知:

16、在變壓器中性點(diǎn)直接接地的三相四線系統(tǒng)中,電器設(shè)備不接地是很危險(xiǎn)的。在這樣接地的配電系統(tǒng)中,單純采用保護(hù)接地也不能保證安全的。所以,在這種系統(tǒng)中必須采用保護(hù)接零作為安全措施。保護(hù)接零的適用范圍。該接地方式的應(yīng)用范圍可以說(shuō)是十分的廣泛。在220/380V三相四線制、且中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中,不論環(huán)境如何,凡由絕緣損壞而可能呈現(xiàn)對(duì)地電壓的金屬外殼部分均應(yīng)采用接零保護(hù)。例如,電動(dòng)機(jī)的外殼、與電動(dòng)機(jī)相連的金屬構(gòu)架和機(jī)器、車(chē)間的配電箱、配電室的開(kāi)關(guān)柜、穿有電線的金屬管、電纜的金屬外皮等等,都必須要有可靠的接零保護(hù)。保護(hù)接地和保護(hù)接零有哪些相同與不同呢?它們都是維護(hù)人身安全的兩種技術(shù)措施,雖也有相似的地方,

17、但二者在本質(zhì)上是不同的;不同之處保護(hù)原理不同低壓系統(tǒng)保護(hù)接地的基本原理是限制漏電設(shè)備對(duì)地電壓,使其不超過(guò)某一安全范圍,高壓系統(tǒng)的保護(hù)接地,除限制對(duì)地電壓外,在某些情況下,還有促成系統(tǒng)中保護(hù)裝置動(dòng)作的作用。保護(hù)接零的主要作用是借接零線線路使設(shè)備漏電形成單相短路,促使線路上的保護(hù)裝置迅速動(dòng)作;其次,保護(hù)接零系統(tǒng)中的保護(hù)零線和重復(fù)接地也有一定的降壓作用。適用的范圍不同保護(hù)接地適用于一般的低壓中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)及采用了其它安全措施的低壓接地電 網(wǎng),保護(hù)接地也能用于高壓不接地的電網(wǎng)之中。保護(hù)接零適用于中性點(diǎn)直接接地的低壓電網(wǎng),不接地電網(wǎng)不必采用保護(hù)接零。線路結(jié)構(gòu)不同保護(hù)接地系統(tǒng)除相線外,只有保護(hù)地線。保

18、護(hù)接零系統(tǒng)除相線外,必須有零線;必要時(shí)保護(hù)零線要與工作零線分開(kāi);其重復(fù)接地裝置也應(yīng)有地線。相同之處在低壓系統(tǒng)中都是為了防止漏電造成觸電事故的技術(shù)措施。要求采取接地措施與要求采取接零措施的項(xiàng)目大致相同。接地和接零都要求有一定的接地裝置,而且各接地裝置的接地體和接地線的施工、連接都基本相同。在同一配電系統(tǒng)中保護(hù)接地和保護(hù)接零不能混用為什么在同一配電系統(tǒng)中,保護(hù)接地和保護(hù)接零不能混用呢?如圖-12所示,設(shè)備A采用的是保護(hù)接零, B采用的是保護(hù)接地且同為一配電系統(tǒng)之中,當(dāng)設(shè)備B發(fā)生碰殼時(shí),電流通過(guò)R d和R。形成回路,電流不會(huì)太大線路可能不會(huì)斷開(kāi),但故障將長(zhǎng)時(shí)間存在。這時(shí),除了接觸該設(shè)備的人員有觸電的

19、危險(xiǎn)外,由于零線讀地電壓升高達(dá)到U o=(U/R d+R o*R o(式-9的值,致使所有與接零設(shè)備接觸的人員都有觸電的危險(xiǎn)。因此,在同一配電系統(tǒng)中不允許保護(hù)接地和保護(hù)接零這兩種接地方式混用。 說(shuō)完了上面的三種接地,最后說(shuō)說(shuō)重復(fù)接地。什么是重復(fù)接地?重復(fù)接地就是將零線上的一處或多處通過(guò)接地裝置與大地再次連接,如圖-14那樣,就稱為重復(fù)接地。 重復(fù)接地的作用是什么呢?重復(fù)接地的作用是在降低漏電設(shè)備對(duì)地電壓、減輕零線斷線的危險(xiǎn)性、縮短故障時(shí)間、改善 防雷性能等方面起著重要的作用。 以下對(duì)重復(fù)接地的作用做一一的分析。1.重復(fù)接地是如何地降低漏電設(shè)備的對(duì)地電壓?圖-13接地和接零混用的危險(xiǎn)示意圖圖-1

20、5是沒(méi)有重復(fù)接地的保護(hù)接零系統(tǒng),當(dāng)發(fā)生A碰殼短路時(shí),線路保護(hù)裝置將迅速動(dòng)作,切斷電源。但從B碰殼短路起,到保護(hù)裝置動(dòng)作完畢止的短時(shí)間內(nèi),設(shè)備外C殼是帶電的,其對(duì)地電壓即短路電流在零線部分產(chǎn)生的電O壓降為:U d=U i=I d l Z l=(U/Z x+Z i*Z i(式-10。式中:I d l-單相短路電流;Z i-零線阻抗;Z x-相線阻抗;U-電網(wǎng)圖-14重復(fù)接地相電壓。零線阻抗越大,設(shè)備對(duì)地電壓就越高。一般情況下,這個(gè)電壓對(duì)人是危險(xiǎn)的。應(yīng)當(dāng)指出,企圖用降低零線阻抗的辦法來(lái)獲得設(shè)備上的安全電壓是不現(xiàn)實(shí)的。例如,如果要求設(shè)備對(duì)地電壓U d=50V,則在220/380V系統(tǒng)中,零線阻抗必須小

21、于相線阻抗的30%,或者說(shuō)零線導(dǎo)電能力必須大于相線導(dǎo)電能力的3.4倍。這當(dāng)然是很不經(jīng)濟(jì),也是不現(xiàn)實(shí)的。一般情況下,零線導(dǎo)電能力不應(yīng)低于相線導(dǎo)電能力的50%,即相當(dāng)于零線阻抗不應(yīng)高于相線阻抗的2倍,這時(shí),如果發(fā)生碰殼短路,設(shè)備對(duì)地電壓約為:U d=(Z i/Z x+Z i*U=(2Z x/Z x+2Z x*U=2/3*220147V由此可見(jiàn),單純接零還是有觸電的危險(xiǎn)的。在上述情況下,如象圖-16那樣再加上重復(fù)接地,則設(shè)備對(duì)地電壓就可以降低,觸電危險(xiǎn)就可減輕。圖中的R o是重復(fù)接地裝置的接地電阻,這時(shí),由于有了R c,零線對(duì)地電壓重新分布。接零設(shè)備的對(duì)地電壓即U d=U c=I d R c=(U l/R c+R oR c(式11顯然,這圖-16有重復(fù)接地的保護(hù)接零時(shí)設(shè)備對(duì)地電壓只占零線電壓降的一部分。假定零線電壓仍為147V(實(shí)際上有了R c和R o與零線并聯(lián),零線電壓該應(yīng)該更低一些,并假定R c=10歐姆、R o=4歐姆,可求得設(shè)備對(duì)地電壓:U d=(147/10+410=105V。這個(gè)電壓雖然對(duì)人還是存在危險(xiǎn),但危險(xiǎn)性卻相對(duì)減小了。2.重復(fù)接地是如何減輕零線斷線得危險(xiǎn)性的?圖-17為沒(méi)有重復(fù)接地的接零系統(tǒng)。當(dāng)零線斷線時(shí),斷線處后面的某一設(shè)備碰殼時(shí),事故電流通過(guò)觸及設(shè)備的人體和工作接地構(gòu)成回路,又因?yàn)槿梭w的電阻要比工作接地的電阻R。大得多,所以在斷線處后面人體幾乎承