電氣安全-第4章

ｄ.采用等電位連接。 ｅ.改變低壓供電系統(tǒng)方式。 4.1接地的基本概念

一、電氣接地的含義及其分類 凡是電氣設備或設施的任何部位（不論帶電與不帶電），人為地或自然地與具有零電位的大地接通的方式，都稱為電氣接地（常簡稱接地）。它是電氣技術，尤其是安全技術中的一個專用名詞，應用相當廣泛。 接地的分類大體如下。 按照接地性質，接地可分為正常接地和非人為的故障接地兩類。正常接地又有工作接地和安全接地之分。 1.正常接地 （1）工作接地 ①利用大地做導線的接地，在正常情況有電流通過，如直流工作接地、弱電工作接地等。 ②維持系統(tǒng)安全運行的接地，在正常情況下沒有電流或只有很小的不平衡電流流過，110KV以上高壓系統(tǒng)的工作接地、三相四線制380V系統(tǒng)變壓器中性點的工作接地、抗干擾接地等。23:36 ③過電壓保護接地。 ④“二線一地”制供電方式中的相線接地。 （2）安全接地為防止電力設施或電氣設備絕緣損壞，危及人身安全而設置的保護接地與保護接零；為消除生產過程中產生的靜電積累，引起觸電或爆炸而設的靜電接地；為防止電磁感應而對設備的金屬外殼、屏蔽罩或屏蔽線外皮所進行的屏蔽接地；以及為了防止管道受電化腐蝕、采用陰極保護或犧牲陽極的保護接地等。 2.故障接地 是指帶電體與大地之間發(fā)生意外的連接，如電氣設備的碰殼接地、電力線路的接地短路等。

二、各種工作接地的主要作用 由于運行和安全需要，為保證電力網在正常情況或事故情況下能可靠地工作而將電氣回路中某一點的接地，稱為工作接地。如電源（發(fā)電機或變壓器）的中性點直接（或經消弧線圈）接地，電壓互感器一次側中性點的接地，以及“兩線一地”制供電方式中接地相的接地等，都屬于工作接地。強電系統(tǒng)中，各種工作接地的主要作用如下。23:36

①變壓器和發(fā)電機的中性點直接接地，能維持相線對地的電壓不變（故障除外），并可降低人體的接觸電壓及適當降低制造時對電氣設備的絕緣要求。在變壓器供電時，可防止高壓電竄至低壓用電側的危險。 ②變壓器或發(fā)電機的中性點經消弧圈接地，還能在發(fā)生單相接地故障時，消除接地短路點的電弧及由此而可能引起的危害。 ③儀用互感器如電壓互感器一次側線圈的中性點接地，主要是為了對一次系統(tǒng)中的各相對地電壓進行測量。 ④“兩線一地”制的相線接地，是利用大地做導線，從而降低線路基建投資與年運行費用，并減少線路材料的耗量。但對電訊有干擾影響，對安全也不利。故這種供電方式現(xiàn)一般已不再推廣采用，原有的也正在逐步加以改造。23:36 三、接地裝置

所謂接地裝置，是指人為設置的接地體與接地線的總稱（見圖4-1）。 埋入土壤內并與大地直接接觸的金屬導體或導體組，叫做接地體，也叫接地極。它按設置結構可分為人工接地體與自然接地體兩類。按具體形狀可分為管形與帶形等多種。連接接地體與電氣設備應接地部分的金屬導體，叫做接地線。它同樣有自然接地線與人工接地線之分，且通常又可分為接地干線和接地支線。23:36圖4-1接地裝置示意1—接地體；2—接地干線；3—接地支線；4—設備 四、接地電流和接地短路電流 凡從帶電體流入地下的電流即屬于接地電流。接地電流有正常接地電流和故障接地電流之分。正常接地電流系指正常工作時通過接地裝置流入地下，借大地形成工作回路的電流；故障接地電流系指系統(tǒng)發(fā)生故障時出現(xiàn)的接地電流。 系統(tǒng)一相接地可能導致系統(tǒng)發(fā)生短路，這時的接地電流叫做該地短路電流，如接地的380V／220V系統(tǒng)的單相接地短路電流。在高壓系統(tǒng)中，接地短路電流可能很大，接地短路電流500A及以下的，稱小接地短路電流系統(tǒng)；接地短路電流大于500A的，稱大接地短路電流系統(tǒng)。23:36保護接地箱 五、流散電阻和接地電阻 如圖4-2所示，接地電流流入地下以后，是自接地體向四周流散的。這個自接地體向四周流散的電流就叫做流散電流（見圖4-2）。流散電流在土壤中遇到的全部電阻叫做流散電阻。接地電阻是接地體的流散電阻與接地線的電阻之和。接地線的電阻一般很小，可以忽略不計。 因此，可以認為流散電阻就是接地電阻。 通常說的接地電阻都是對于工頻電流而言的，當接地裝置通過雷電流時，由于雷電流有強烈的沖擊性，接地電阻發(fā)生很大的變化，為了區(qū)別起見，這時的接地電阻稱為沖擊接地電阻。23:36圖4-2流散電流 六、對地電壓和對地電壓曲線

電流通過接地體向大地作半球形流散。因為球面積與半徑的平方成正比，所以半球形的面積隨著遠離接地體而迅速增大。因此，與半球形面積對應的土壤電阻隨著遠離接地體而迅速減小，至離開接地體20ｍ處，半球形面積已達2500ｍ2

，土壤電阻已小到可以忽略不計。這就是說，可以認為在遠離接地體20ｍ以外，電流不再產生電壓降了（見圖4-3）。或者說，至遠離接地體20ｍ處，電壓已降為零。電工上通常所說的“地”就是指離接地體20ｍ以外的大地而言的。通常說的對地電壓，即帶電體同大地之間的電位差，也就是指離接地體20ｍ以外的大地而言的。簡單地說，對地電壓就是帶電體與電位為零的大地之間的電位差。顯然，對地電壓等于接地電流與接地電阻的乘積。23:36圖4-3接地流散電場分布示意

從以上討論可以知道，當電流通過接地體流入大地時，接地體具有最高的電壓。離開接地體，電壓逐漸下降，對于簡單接地體，至離開接地體20ｍ處，電壓降至零。從最高電壓降至零，中間究竟是按什么規(guī)律進行的呢？離接地體愈遠半球面積愈大。因此，同樣厚度（即沿電流流散方向的長度）的半球殼體離接地體愈遠，其電阻愈小，其上電壓降也愈小。這就是說，離開接地體后，電壓降落的速度逐漸降低。 如果用曲線來表示接地體及其周圍各點的對地電壓，這種曲線就叫對地電壓曲線。顯然，隨著離開接地體，土壤電阻逐漸減小，電壓降落逐漸減緩，曲線逐漸變平，或者說曲線的陡度逐漸減小。 半球形接地體及其周圍各點對地電壓分別為:23:36 式中Ud———接地體對地電壓； Uds———與球心相距ｓ處的對地電壓； ρ———土壤電阻率； Id———接地電流； s0———接地體半徑； s———所考慮點至球心的距離，s0≤s

≤∞。 顯然，各點對地電壓與該點到接地體中心的距離保持反比關系。按該式繪制的Uds-s曲線稱對地電壓曲線。其相對值曲線，即對地電壓相對值Uds/Ud與距離倍數(shù)s/s0的關系曲線如圖4-4所示。23:3623:36圖4-4對地電壓相對值與距離倍數(shù)的關系曲線

七、接觸電勢和接觸電壓

接觸電勢是指接地電流自接地體流散，在大地表面形成不同電位時，設備外殼、構架或墻壁與水平距離0.8ｍ處之間的電位差。 接觸電壓是指加于人體某兩點之間的電壓。如圖4-5所示，當設備漏電，電流Id自接地體入地時，漏電設備對地電壓為Ud，對地電壓出線呈雙曲線形狀，至離開接地體20ｍ處，對地電壓接近于零。A觸及漏電設備外殼，其接觸電壓即其手和腳之間的電位差。如果忽略人的雙腳下面土壤的流散電阻，接觸電壓與接觸電勢相等。圖中，A的接觸電壓即Uc。接觸電壓通常按人體離開設備0.8ｍ考慮。實際上，人腳下面土壤的流散電阻總是存在的，以致接觸電壓總是比接觸電勢，亦即比直接從對地電壓曲線上取的電位差要低一些。

23:3623:36圖4-5接觸電壓和跨步電壓示意

八、跨步電勢和跨步電壓

跨步電勢是指地面上水平距離為0.8ｍ（人的跨距）的兩點之間的電位差?？绮诫妷菏侵溉苏玖⒃诹鬟^電流的大地上，加于人的兩腳之間的電壓，如圖4-5中的ＵB1和ＵB2。人的跨步一般按0.8ｍ考慮，大牲畜的跨步通常按1.0～1.4ｍ考慮。圖中B緊靠接地體位置，承受的跨步電壓最大；C離開了接地體，承受的跨步電壓要小一些，對于垂直埋設的單一接地體，離開接地體20ｍ以外，跨步電壓接近于零。 如果考慮人腳底下的流散電阻，實際的跨步電壓也應該降低一些。23:36

4.2系統(tǒng)接地的型式

一、系統(tǒng)接地的型號 以拉丁文字作代號，其意義如下。 1.第一個字母表示電源端與地的關系 T———電源端有一點直接接地； Ｉ———電源端所有帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地。 2.第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系 T———電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電于電源端的接地點； N———電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。 3.“—”后的字母用來表示中性導體與保護導體的組合情況 Ｓ———中性導體和保護導體是分開的； C———中性導體和保護導體是合一的。23:36 二、系統(tǒng)接地的幾種型式

1.TN系統(tǒng) 電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護中性導體或保護導體連接到此接地點。 根據(jù)中性導體和保護導體的組合情況，TN系統(tǒng)的型式有以下三種。 ①

TN-Ｓ系統(tǒng)整個系統(tǒng)的中性導體和保護導體是分開的（見圖4-6）。23:3623:36圖4-6

TN-Ｓ系統(tǒng)

②TN-C系統(tǒng)整個系統(tǒng)的中性導體和保護導體是合一的（見圖4-7）。23:36圖4-7

TN-C系統(tǒng) ③TN-C-Ｓ系統(tǒng)系統(tǒng)中一部分線路的中性導體和保護導體是合一的（見圖4-8）。

23:36圖4-8

TN-C-Ｓ系統(tǒng) 2.TT系統(tǒng) 電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點（見圖4-9）。

23:36圖4-9

TT系統(tǒng) 3.ＩT系統(tǒng) 電源端的帶電部分不接地或有一點經阻抗接地，電氣裝置外露可導電部分直接接地（見圖4-10）。23:36圖4-10ＩT系統(tǒng)

現(xiàn)以圖4-11為例，結合實際，說明如下：插圖中文字說明意義不明確。圖中所示電源A點相當于線路，A點至B點相當于接戶線。虛線框注明為“用戶的電氣裝置”是不確切的。實際上虛線框是指一個用戶（一座建筑物、一個車間），B點是用戶的進線配電盤。TN-C-S系統(tǒng)要求在進線配電盤上設置一個端子C。C與進線PEN中性線連接，被視為建筑物（或車間）的保護線端子。圖中“電氣裝置中的設備”是指各種電氣設備，自保護線端子連至電氣設備的外露可導電部分即為電氣設備的接地保護線。23:3623:36圖4-11

TN-C-Ｓ圖例

4.3電氣線路的安全分析 這里所說的電氣線路是指變電所與用電設備之間連接線路的總稱。為了正確判斷人們意外觸及帶電體的危險程度，以及為了判定電氣線路的安全性能，先對線路的特征和參數(shù)做必要的分析。

一、電網的種類 電網的種類很多，按照電壓可分為1000V以上的高壓電網和1000V以下的低壓電網；按相數(shù)可分為單相電網和三相交流電網；按電流的種類可分為直流電網和交流電網；按用途可分為動力電網、照明電網和專門電網；根據(jù)技術上和安全上的不同要求，又分為不接地電網和接地電網兩種，它們之間的區(qū)別在于線路與大地之間有無導電體的連接。

二、中性點（線）與零點（線）的區(qū)別 中性點有電源中性點與負載中性點之分。它只是在三相電源或負載按Ｙ形連接時才出現(xiàn)。對電源而言，凡三相線圈的首端（或尾端）連接在一起的共同連接點，稱電源中性點，簡稱中點；而由電源中性點引出的導線便稱中性線，簡稱中線，常用“N”表示（見圖4-12）。23:36

當電源中性點與接地裝置有著良好連接時，因已取得了大地的零電位，該中性點便稱零點；由零點N引出的導線稱零線，常用“0”表示（有時也用“N”表示）。23:36圖4-12中性點、零點、中性線、零線示意

通常對220V單相回路的兩根線，也將其中一根稱為“相線”或“火線”（用Ｌ表示；三根相線時則分別用Ｕ、V、Ｗ或Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3表示），而將另一根稱“零線”或“地線”?！盎鹁€”與“地線”的稱法，只是實用中的一種俗稱。其實特別是“地線”的稱法，嚴格地講應是：如該線的電源側（三相配電變壓器中性點）接地時，則稱“零線”；若不接地時，則應稱“中線”，用以避免與接地裝置中的“地線”相混淆。 為何低壓配電網的中性點大都實行工作接地？低壓配電網中性點接地有哪些優(yōu)越性呢？在一般220V／380V三相四線制低壓配電網絡中，配電變壓器的中性點大都實行工作接地。這主要是由于以下原因。 ①正常供電情況下能維持相線的對地電壓不變，可向外（對負載）提供220V／380V兩種不同的電壓，以滿足單相220V（如電燈、電熱爐等）及三相380V（如電動機等）不同的用電需要。23:36 ②若中性點不接地，則當發(fā)生單相接地情況時，另外兩相的對地電壓便升高為相電壓的槡3倍。而中性點接地后，另兩相的對地電壓便仍為相電壓。這樣，既能減小人體的接觸電壓，同時還可適當降低對電氣設備的絕緣要求，利于制造及降低造價。 ③可以避免高壓電竄到低壓側的危險。實行上述接地后，萬一高低壓線圈間絕緣損壞而引起嚴重漏電甚至短路時，高壓電便可經該接地裝置構成閉合回路，使上一級保護動作跳閘切斷電源，從而避免低壓側工作人員遭受高壓電的傷害及造成設備損壞。 所以在使用中，低壓電網的配變中性點一般都要實行接地。前幾年，也有提出主張農村中的低壓配電網不實行中性點接地的。這主要是基于廣大農村中單相觸電在所有觸電事故中占有很高的比例。為防止中性點接地后，萬一人體不慎碰觸到一相電源便構成閉合回路而引發(fā)單相觸電事故，中國農村電網中有的地區(qū)試行了這種配變中性點不接地的運行方式。但由于至今尚存在許多問題，故不宜推廣。23:36 三、不接地電網的安全性分析

圖4-13所示為三相四線制不接地電網。圖中Ｚ1、Ｚ2、Ｚ3分別表示各相對地絕緣阻抗。絕緣阻抗由各相對地絕緣電阻和導線對地分布電容并聯(lián)組成。絕緣電阻一般是兆歐級的。在特殊情況下，絕緣電阻可能下降為2～5KΩ。電纜的分布電容可取0.05μＦ／Kｍ；架空線的分布電容約為0.005μＦ／Kｍ。23:36圖4-13不接地電網

1.正常運行觸電危險性分析

在低壓電網中，如圖4-14所示，在不接地電網中，單相觸電時流過人體的電流只能通過電網各相對地絕緣阻抗形成回路。絕緣阻抗是各相與大地之間的等效阻抗，可視為絕緣電阻與分布電容的并聯(lián)。 如各相對地絕緣阻抗對稱，即Ｚ1＝Ｚ2＝Ｚ3＝Ｚ，可計算出人體承受的電壓和流過人體的電流，根據(jù)對稱性可知Ｕ0＝0。23:36圖4-14不接地電網人體單相觸電

圖4-15所示為等值電路。等值電路中的電勢應為網絡二端開路，即沒有人觸電時該相對地電壓。因為對稱，該電壓即相電壓。等值電路中的內阻抗應為網絡內電壓源全部短路后的等效阻抗，即三相阻抗的并聯(lián)，即Ｚ／3。根據(jù)等值電路，不難按下式求得人體承受的電壓和流過人體的電流。 式中U———相電壓相量； Rr———人體電阻； Z———各相對地的復數(shù)阻抗。

Ur和Ir———人體電壓和人體電流相量； 由于絕緣阻抗Ｚ較大，一般為兆歐級，Ir一般很小，不超過數(shù)十毫安。因此，不接地電網正常運行時，人體單相觸電危險性較小。23:36圖4-15等值電路

2.電網故障運行時觸電危險性分析 如前所述，不接地電網在正常運行的情況下，中性點的對地電壓近似為零。然而，當電網有一相接地時，中性點的對地電壓將發(fā)生變化。如圖416所示，設電網的相電壓為Ｕ、名相對地絕緣阻抗為Ｚ、電網Ｌ3相接地、接地電阻為Ｒｄ，則接地電流為: 接地相對地電壓為:

23:36圖4-16不接地電網的一相故障接地

中性點對地電壓： 一般，接地電阻為幾十至幾百歐姆，即Rd<<Ｚ，這樣，當不接地電網發(fā)生一相接地故障時，接地相的對地電壓很小；而中性點的對地電壓將接近電源的相電壓，同時，未接地相的對地電壓由于Ｕ0很小，故未接地的兩相的對地電壓將上升至線電壓。 因此，當不接地電網發(fā)生一相故障接地時，人體如果在接地相觸電（人體電阻為Rr），則通過人體的電流為:23:36 設電源電壓Ｕ＝220V，接地電阻Ｒｄ＝200Ω，人體電阻Ｒｒ＝1500Ω，電網各相對地絕緣阻抗Ｚ＝0.5ＭΩ，可求得通過人體的電流近似為: 而當人體在未接地的另兩相觸電時，通過人體的電流近似為:23:36 因此，當不接地電網發(fā)生一相故障接地時，人體觸電的危險性是比較大的。 另外，不接地電網一相接地時，接地電流很小，加之線電壓保持不變，電網中的設備還能繼續(xù)工作，于是，這種接地故障不容易被發(fā)現(xiàn)而長時間潛伏下來，而且這樣的故障點有時很難尋找。

四、不接地電網的應用 對于中性點不接地系統(tǒng)，就單相觸電而言，絕緣良好時，人體接觸單根相線時比較安全，也就是不接地電網在正常運行時的危險性是比較小的；當系統(tǒng)絕緣差時，特別是發(fā)生一相接地時，其他兩相的對地電壓可達380V。 從這個角度考慮，對于那些觸電危險性較大、過電壓問題不突出以及線路簡明的場合，如果電網對地分布電容不大且能保證高水平的對地絕緣，則宜采用不接地電網。當然，電網運行方式的選擇還決定于一些其他因素。低壓不接地電網一般用于采礦、石油化工等部門。23:36 在不接地電網中，為了減輕一相故障接地的危險性，應對電網對地絕緣狀態(tài)進行監(jiān)視；并盡早找出故障點，排除故障。此外，在不接地電網中，還要考慮高壓竄入低壓的防護。 低壓電網的絕緣監(jiān)視，是用3只規(guī)格相同的電壓表來實現(xiàn)的，其接線如圖4-17所示。電網對地絕緣正常時，三相平衡，3只電壓表讀數(shù)均為相電壓；當發(fā)生一相接地時，該相電壓表讀數(shù)急劇降低，另兩相則顯著升高。即使系統(tǒng)沒有接地，而是某相對地絕緣顯著惡化時，3只電壓表也會給出不同的讀數(shù)，引起工作人員的注意。23:36 高壓電網也可以用類似的方法進行絕緣監(jiān)視，其接線如圖4-18所示。監(jiān)視儀表通過電壓互感器同相線連接?；ジ衅饔袃山M低壓線圈，一相接成星形，供絕緣監(jiān)視的電壓表用；一相接成開口三角形，開口處接信號繼電器。正常時，三相平衡，3只電壓表讀數(shù)相同，三角形開口處電壓為零，信號繼電器不動作；當一根接地或一二根絕緣明顯惡化時，3只電壓表出現(xiàn)不同讀數(shù)，同時開三角形開口處出現(xiàn)電壓，信號繼電器動作，發(fā)出信號。23:36圖4-18高壓電網的絕緣監(jiān)視 當高壓電因導線折斷或絕緣損壞而竄入低壓系統(tǒng)時，整個低壓系統(tǒng)的對地電壓升高到高壓系統(tǒng)的對地電壓，而且這種故障可能在較長時間內存在。為了減輕高壓竄入低壓的危險，在不接地低壓電網中，應當把低壓電網的中性點經擊穿保險器接地，并接上兩只電壓表對擊穿保險器進行監(jiān)視，如圖4-19所示。正常情況下，擊穿保險器處在絕緣狀態(tài)，系統(tǒng)不接地時，兩個電壓表讀數(shù)各為相電壓的一半。當高壓竄入低壓時，擊穿保險器中的空氣隙被擊穿，故障電流經接地裝置流入大地，這個電流即高壓系統(tǒng)的接地短路電流，它可能引起高壓系統(tǒng)過電流保護裝置動作，切斷故障。也可以選定適當?shù)慕拥仉娮柚担韵拗频蛪合到y(tǒng)的電壓升高不超過120V。同時，電壓表V1讀數(shù)降至零，電壓表V2讀數(shù)上升至相電壓，使系統(tǒng)的運行狀況得到監(jiān)視。為了不降低系統(tǒng)運行的可靠性，應當采用高內阻的電壓表作為監(jiān)視儀表。23:36圖4-19高壓竄低壓防護及監(jiān)視圖

五、接地電網的安全性分析

圖4-20所示為三相四線制接地電網。這種電網可以提供兩種工作電壓———線電壓和相電壓，不僅能給三相動力負載供電，還能給照明負載供電。因此得到了廣泛的應用。Ｒ0為變壓器中性點工作接地電阻。正是由于變壓器中性點通過工作接地電阻與大地連接而減輕了電網一相接地和高壓竄入低壓的危險。工作接地電阻Ｒ0≤4Ω。23:36圖4-20接地電網

1.電網正常運行觸電危險性分析

在接地電網中，如有人單相觸電（見圖4-21），通過人體的電流Ir決定于人體電阻Rr、地面電阻Rd和工作接地電阻R0即 如果人站立在潮濕的或者導電性的地面上，即＝0，且R0<<Rd

，則 這時，人體實際處于全部相電壓之下，是非常危險的。23:36圖4-21接地電網中單相觸電

然而，當有高壓竄入低壓，或有感應過電壓、諧振過電壓發(fā)生時，電網的工作接地能穩(wěn)定系統(tǒng)的電位，限制系統(tǒng)對地電壓不超過某一范圍，減輕過電壓的危險。如圖4-22所示，當高壓竄入低壓時，低壓零線對地電壓為:

式中Igd———高壓系統(tǒng)單相接地電流。 在這種情況下，規(guī)定比U0＝120V，要求工作接地電阻為:

對于不接地的高壓電網，單相接地電流通常不超過30A，R0≤4Ω是能滿足要求的。23:36圖4-22中性點接地時高壓竄入低壓

同時，由于有工作接地電阻的存在，接地電網容易受到外系統(tǒng)的干擾和影響。當不同電網的工作接地電阻相會或接地體相距很近時，某一電網中性點電位的漂移將會對周圍接地體產生影響，因而引起與這些接地體相連的其他電網中性點電位的漂移。另外，地下的雜散電流也會對接地電網產生干擾或影響。

2.電網故障運行觸電危險性分析 如圖4-23所示，當接地電網一相接地時，另兩相對地電壓不會升高至線電壓。這時，接地電流Id取決于相線接地處電阻Rdx和電網工作接地電阻R0，即：23:36圖4-23接地電網一相接地

接地點（即接地相）和中性點的對地電壓分別為： 減?。遥?，可以限制Ｕｏ在某一安全范圍之內。這時，未接地的另兩相對地電壓為： 這個電壓介于相電壓和線電壓之間。所以，與不接地電網相比，接地電網在發(fā)生一相接地故障時，工作接地電阻能夠抑制對地電壓的升高。通常規(guī)定R0≤4Ω，則當Rdx≥15Ω時，可保證Us＜250V，U0＜50V。在高土壤電阻率地區(qū)，降低中性點工作接地電阻比較困難，但相線故障接地處的電阻往往也較大，因此，允許把R0提高到不超過10Ω。 380V／220V三相四線制接地電網發(fā)生一相接地故障時，接地相和零線的對地電壓均小于相電壓，未接地相的對地電壓可控制在250V以下。因此，接地電網在一相接地時觸電的危險性較不接地電網小。23:36

六、接地電網的應用 接地電網在正常時不如不接地電網安全。絕緣損壞時，觸電電壓略高于220V，而且熔斷器可能不起作用。 就技術要求而言，由于接地電網可提供兩種工作電壓———線電壓和相電壓，因而得到了廣泛的應用。這時，由于所采用的變壓器數(shù)量少、導線截面積小等原因，使電氣設備的總價格大大降低。就單相觸電而言，正常運行時，是中性點不接地電網較安全；而一相故障接地時，則是中性點接地電網較安全。因此，從安全角度考慮，對于那些難以保證線路對地絕緣強度（如環(huán)境相對濕度大、周圍有腐蝕性介質、線路過長或分支線過多等）的場合，以及對于那些不能及時發(fā)現(xiàn)和排除絕緣故障狀態(tài)的場合和對地電容較大，電容電流足以危及人身安全的場合，均應采用中性點接地電網。例如，大型企業(yè)的電網、城市和農村的電網、電站用電電網等都應采用接地電網。另外，在電網分支線較多的場合，如機械加工車間，也應采用接地電網。23:36

七、接地電網和不接地電網的比較

1.正常時單相觸電的危險性 正常時中性點接地的電網，單相觸電的危險性大；沒有中性點接地的電網單相觸電危險性小。

2.一相接地時觸電的危險性 對中性點不接地的電網，接地電流小，故障難找；接地電阻小時，另外兩相的對地電壓可能升高為線電壓，增加了觸電的危險性。對中性點接地電網，由于接地電流大，故障易發(fā)現(xiàn)，而且通過控制接地電阻就可以控制其他兩相對地電壓的升高，觸電危險性小一些。 3.穩(wěn)定電網對地電壓 接地電網由于有接地裝置而能抑制對地電壓的升高；不接地電網由于與大地之間沒有直接的電氣連接，如無其他措施，可能因高壓竄入低壓、雷擊、拉合閘操作和感應等原因，在低壓側產生很高的對地電壓，帶來火災或觸電危險。另外，不接地電網與大地之間只有分布電容存在，不論是感應也好，諧振也好，也都可能產生不能允許的對地電壓?？梢哉f，不接地電網抑制過電壓的性能是不好的。因此，不接地電網中應當有合格的過電壓保護措施。23:36

4.接地裝置的影響 當兩接地裝置互相接近時，一個裝置上的接地電流將造成地表電位升高，使另一個接地裝置的電位也有某種程度的升高，從而造成觸電危險或其他傷害。 不接地電網一般不會影響其他電網，也不容易受到這方面的影響；而接地電網與接地電網之間或與其他接地裝置之間，則較容易相互影響。

5.系統(tǒng)間的影響 不接地電網不會在地下產生有害的雜散電流。外系統(tǒng)的接地故障也不會導致不接地電網的工作導體意外帶電。但是，由于地面上其他電氣系統(tǒng)的靜電感應或電磁感應，均可能在不接地電網上產生較高的感應過電壓。例如，如果高壓線路敷設在低壓線路的上方，由于靜電感應，低壓線產生過電壓。 綜上所述，接地電網和不接地電網各有優(yōu)缺點，應根據(jù)生產環(huán)境的特點，選擇合適的電網運行方式。在環(huán)境正常、線路較短、絕緣水平經常能保持良好狀態(tài)的條件下，宜采用不接地電網；對于安全要求較高的企業(yè)，如采煤可采用不接地電網。對于大型企業(yè)電網，城市、農村電網，電站用電網、電網分支較多的場合，應采用接地電網。油田基本上均采用接地電網。23:36 4.4保護接地 所謂保護接地，就是將電氣設備在故障情況下可能出現(xiàn)危險電壓的金屬部分（如外殼等）用導線與大地作電氣連接。

一、保護接地———ＩT系統(tǒng)的原理

在中性點不接地的系統(tǒng)中，如果電氣設備沒有保護接地，當設備某一部分的絕緣損壞時，人體觸及此絕緣損壞的設備外殼時，將有觸電的危險。對電氣設備實行保護接地后，接地短路電流將同時沿接地體和人體兩條通路流通，如圖4-24所示。接地體的接地電阻一般為4Ω以下，而人體電阻約為1000Ω，因此通過接地體的分流作用，流經人體的電流幾乎為零，這樣就避免了觸電的危險。 當電網對地絕緣正常時，漏電時設備對地電壓很低；但當電網絕緣性能顯著下降，或電網分布很廣時，對地電壓可能上升到危險程度。這就有必要采取圖4-24中所示的保護接地措施。23:36 有了保護接地以后，漏電設備對地電壓主要決定于保護接地電阻ＲB的大小。由于ＲB和Ｒｒ并聯(lián)，且ＲBＲｒ，可以近似地認為對地電壓為:

又因為，所示設備對地電壓大大降低。只要適當控制Ｒb的大小，即可以限制漏電設備對地電壓在安全范圍以內。23:36圖4-24保護接地原理

例如，對于長度數(shù)千米的380V電纜電網，如果人體電阻為1500Ω。當發(fā)生漏電且人體觸及設備時，人體承受的電壓約為98V，通過人體的電流約為65ｍA，這對人是很危險的。在這種情況下，如果加上保護接地，且接地電阻ＲB＝4Ω，則人體承受的電壓降低為0.3V，通過人體的電流約為0.2ｍA，這對人體是沒有危險的。 在不接地（對地絕緣）電網中，單相接地電流的大小主要取決于電網的特征。如電壓的高低、范圍的大小、敷設的方式等。一般情況下，由線路對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，計算時可看作是無限大。因此，單相接地電流一般都很小，這就有可能采用保護接地把漏電設備對地電壓限制在安全電壓以下。但在接地電網中，這一規(guī)律是不一定成立的。23:36

二、保護接地應用范圍 保護接地適用于各種不接地電網，包括交流不接地電網和直流不接地電網，也包括低壓不接地電網和高壓不接地電網等。在這類電網中，凡由于絕緣破壞或其他原因而可能呈現(xiàn)危險對地電壓的金屬部分，除另有規(guī)定外，均應接地，把設備上的故障電壓限制在安全范圍內的措施。主要包括： ①電機、變壓器及其他電器的金屬底座和外殼； ②電氣設備的傳動裝置； ③屋內外配電裝置的金屬或鋼筋混凝土構架以及靠近帶電部分的金屬遮攔和金屬門； ④配電、控制、保護用的盤（臺、箱）的框架； ⑤交、直流電力電纜的接線盒、終端盒的金屬外殼和電纜的金屬護層、穿線的鋼管； ⑥電纜支架； ⑦裝有避雷線的電力線路桿塔； ⑧裝在配電線路桿上的電力設備； ⑨在非瀝青地面的居民區(qū)內，無避雷線的小接地電流架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔。23:36

電氣設備的下列金屬部分，除另有規(guī)定外，可不接地。 ①在木質、瀝青等不良導電地面的干燥房間內，交流額定電壓為380V及以下，直流額定電壓為440V及以下的電氣設備的外殼。但當有可能同時觸及上述電氣設備外殼和已接地的其他物體時，則仍應接地； ②在干燥場所，交流額定電壓力127V及以下，直流額定電壓為110V及以下的電氣設備的外殼； ③安裝在配電箱、控制盤和配電裝置上的電氣測量儀表、繼電器和其他低壓電器等的外殼以及當發(fā)生絕緣損壞時在支持物上不會引起危險電壓的絕緣子的金屬底座等； ④安裝在已接地金屬框架上的設備，如穿墻套管等（但應保證設備底座與金屬構架接觸良好）；23:36 ⑤額定電壓為220V及以下的蓄電池室內的金屬支架； ⑥由發(fā)電廠、變電所和工業(yè)、企業(yè)區(qū)域內引出的鐵路軌道； ⑦與已接地的機床、機座之間有可靠電氣接觸的電動機和電器的外殼； ⑧高于3.5ｍ的起重運輸機械的滑觸線支架； ⑨木桿塔和木構架上懸式、針式絕緣子的金具。 如果電氣設備在高處，工作人員必須登上木梯才能接近和進行工作時，由于人體觸及意外帶電體的危險性較小，而人體同時觸及帶電部分和設備外殼的可能性和危險性較大，一般不應采取保護接地措施。23:36 4.5保護接零

地面企業(yè)的絕大部分低壓配電網都采用星形接法的中性點直接接地的三相四線電網。這不僅是因為這種電網能提供一組線電壓和一組相電壓，便于動力和照明由同一臺變壓器供電，而且還在于這種電網具有較好的過電壓防護性能，一相故障接地時單相觸電的危險性較小，接地故障容易檢測等優(yōu)點。在這種電網中，采取上一節(jié)所講的設備外殼接地措施是不足以保證安全的，而需要采取所謂保護接零措施。由于保護接零和保護接地都是防止間接接觸電擊的安全措施，做法有一些相似之處，但應嚴格區(qū)分這兩種措施。就名詞而言，有的國家稱之為接保護線，有的稱之為保護性接中性線，有的稱之為等電位聯(lián)結等，技術要求也不盡一致，但其內涵是相同的。保護接零一詞在中國已經得到普及，這一名詞明確區(qū)別了不接地電網中的保護接地，而且還有利于區(qū)分中性線和零線，有利于區(qū)分工作零線和保護零線。因此，在中國，保護接零一詞有其獨特的科學性。23:36 圖4-25所示為TT系統(tǒng)的設備外殼采取接地措施的情況。這種做法類似不接地電網中的保護接地，但由于電源中性點是接地的，而將這種配電防護系統(tǒng)稱為TT系統(tǒng)。這時，如有一相漏電，則故障電流主要經Ｒｄ和Ｒｏ構成回路，漏電設備對地電壓和零線對地電壓分別為: 顯然，，且 同沒有接地相比較，漏電設備上的對地電壓有所下降，但零線上卻產生了對地電壓。而且Ud和U0都可能遠遠超過安全電壓，人觸及漏電設備或觸及零線都可能受到致命的電擊。23:36圖4-25

TT系統(tǒng)

另一方面，由于故障電流主要經Rd和R0構成回路，如不計帶電體與外殼之間的過渡電阻，其大小為:

Rd和R0都是歐姆級的數(shù)值，因此，Id不可能太大，一般的過電流保護裝置不起作用，不能及時切斷電源，使故障狀態(tài)長時間延續(xù)下去。例如，當Rd＝R0＝4Ω時，故障電流只有27.5A，能與之相適應的過電流保護裝置是十分有限的。 正因為如此，一般情況下不能采用TT系統(tǒng)。除非采用其他防止間接接觸電擊的措施確有困難且土壤電阻率較低的情況下，才可考慮采用TT系統(tǒng)。而且在這種情況下，還必須同時采取快速切除接地故障的自動保護裝置或其他防止觸電的措施，并應保證零線沒有觸電的危險。 采用TT系統(tǒng)時，被保護設備的所有外露導電部分均應同接向接地體的保護導體連接起來。采用TT系統(tǒng)應當保證漏電設備外殼電壓不超過某一限值。23:36 一、保護接零———TN系統(tǒng)的原理 所謂保護接零是指將電氣設備在正常情況下不帶電的金屬部分（外殼）同電網的保護零線（保護導體）緊密連接起來。保護接零原理如圖4-26所示。當某相帶電部分碰到設備外殼（即外露導電部分）時，通過設備外殼形成該相對零線的單相短路（即碰殼短路），短路電流Id能促使線路上的過電流保護裝置迅速動作，從而把故障部分斷開電源，消除觸電危險。23:36圖4-26保護接零原理

二、保護接零的分類 在三相四線電網中，應當區(qū)別工作零線和保護零線。前者即中性線，通常用N表示；后者即保護導體，用PE表示。如果一根線既是工作零線又是保護零線，則用PEN表示。 保護接零屬于TN系統(tǒng)，而TN系統(tǒng)分為TN-Ｓ、TN-C-Ｓ、TN-C三種方式，如圖4-27所示。 ①TN-C系統(tǒng)保護零線和工作零線是一根線（ＰＥN線）。 ②TN-Ｓ系統(tǒng)保護零線（ＰＥ）和工作零線（N）是分開的。 ③TN-C-Ｓ系統(tǒng)有一部分保護零線和工作零線共用。 TN-C-Ｓ系統(tǒng)中，共用部分截面銅芯不得小于10mm2，鋁芯不得小于16mm2，如系電纜芯線，則不得小于4mm2。

三、保護接零的應用范圍 保護接零適用于低壓中性點直接接地、電壓380V／220V的三相四線制電網。在這種電網中，凡由于絕緣破壞或其他原因而可能呈現(xiàn)危險電壓的金屬部分，除另有規(guī)定外，均應接零。應接零的設備或部位與本章第四節(jié)保護接地所列的項目大致相同。23:3623:36圖4-27

TN系統(tǒng)

四、重復接地 將零線上工作接地以外的一處或多處通過接地裝置與大地再次連接，稱為重復接地。重復接地在降低漏電設備對地電壓、減輕零線斷線的危險性、縮短故障時間、改善防雷性能等方面起著重要作用。

1.降低漏電設備對地電壓 圖4-28所示為沒有裝設重復接地的保護接零系統(tǒng)，當發(fā)生碰殼短路時，線路保護裝置將迅速動作，切斷電源。但從發(fā)生碰殼短路起，到保護裝置動作完畢止的短時間內，設備外殼是帶電的，其對地電壓即短路電流在零線部分產生的電壓降為

式中Id1———單相短路電流；Z1———零線阻抗；Zx———相線阻抗；U———電網線電壓23:36

零線阻抗越大，設備對地電壓越高。一般情況下，這個電壓對人是有危險的。 應當指出，企圖用降低零線阻抗的辦法來獲得設備上的安全電壓是不現(xiàn)實的。例如，如果要求設備對地電壓Ｕｄ＝50V，則在380V／220V系統(tǒng)中，零線阻抗必須小于相線阻抗的30％，或者說零線導電能力必須大于相線導電能力的3.4倍。這當然是很不經濟的，也是不現(xiàn)實的。23:36圖4-28沒有重復接地的保護接零系統(tǒng)

一般情況下，零線導電能力不應低于相線導電能力的50％。即相當于零線阻抗不應高于相線阻抗的2倍。這時，如果發(fā)生碰殼短路，設備對地電壓約為:

由此可見，單純接零還是有觸電危險的。 在上述情況下，如像圖4-29那樣再加上重復接地，則設備對地電壓可以降低，觸電危險可以減輕。圖中ＲC是重復接地裝置的接地電阻。這時，由于有了ＲC，零線對地電壓重新分布。接零設備的對地電壓即接地電流Id通過接地電阻ＲC的電壓降為:23:36

顯然，這時設備對地電壓只占零線電壓降的一部分。假定零線電壓仍然為147V（實際上由于有了RC和R0與零線并聯(lián)，零線電壓還應該低一些），并假定RC＝10Ω、R0＝4Ω，可求得設備對地電壓: 這個電壓雖然對人還有危險，但危險性相對減小了一些。23:36圖4-29有重復接地的保護接零 2.減輕零線斷線的危險性 圖4-30所示為沒有重復接地時零線斷線系統(tǒng)。當零線斷裂，斷線處后面某一設備碰殼時，事故電流通過觸及設備的人體和工作接地構成回路。因為人體電阻比工作接地電阻大得多，所以在斷線處以后，人體幾乎承受全部相電壓。23:36圖4-30沒有重復接地時零線斷線系統(tǒng)

如像圖4-31那樣，在零線上有重復接地，情況就不一樣了。這時，碰殼電流主要通過重復接地電阻ＲC和工地接地電阻Ｒｏ構成回路，在斷線處以后，接零設備對地電壓為: Uc＝IdRc 在斷線處以前，接零設備對地電壓為:U0＝IdR0 Uc與U0之和為電網相電壓。因為Uc和U0都小于相電壓，所以危險程度減輕了一些。23:36圖