零線重復(fù)接地在不同供電系統(tǒng)中的設(shè)置與安全_圖文

1、零線重復(fù)接地在不同供電系統(tǒng)中的設(shè)置與安全【摘要】 在不同供電系統(tǒng)中正確使用零線重復(fù)接地, 對確保供電系統(tǒng)安全和保護人身安全具有 十分重要的作用。本文就零線重復(fù)接地的概念和由來、零線重復(fù)接地的作用、和零線重復(fù)接地在不 同供電系統(tǒng)中的設(shè)置與安全作以簡單介紹。【關(guān)鍵詞】 零線重復(fù)接地 設(shè)置與安全在供電電源為中性點直接接地的低壓系統(tǒng)中 , 零線重復(fù)接地相當于供 電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備的金屬外殼接零又接地,具有充分利用接地電阻降低 漏電設(shè)備外殼上對地電壓的作用。同時零線重復(fù)接地還具有當零干線斷線 時,平衡系統(tǒng)中負載電壓降的作用。對確保供電系統(tǒng)安全和保護人身安全 具有十分重要的作用,筆者總結(jié)多年的學(xué)習(xí)和工作實

2、踐就零線重復(fù)接地的 概念和由來、零線重復(fù)接地的作用、和零線重復(fù)接地在不同供電系統(tǒng)中的 設(shè)置與安全談一點體會 .一、 零線重復(fù)接地的概念和由來(一 、零線重復(fù)接地的概念在中性點直接接地的低壓供電系統(tǒng)中, 零線在供電變壓器處是接地的。 在低壓供電線路的干線和支線的終端以及沿線或引入車間及大型建筑物 時,零線上的一處或多處通過接地裝置與大地再次連接,稱為重復(fù)接地。 重復(fù)接地是 TN 接地系統(tǒng)中不可缺少的安全措施。(二 、零線重復(fù)接地的由來物處, 零線應(yīng)重復(fù)接地 (但距接地點不超過 50米者除外 , 若室內(nèi)配電屏、 控制屏有接地裝置時,也可將零線直接連接到接地裝置上。低壓線路零線 每一重復(fù)接地裝置的接

3、地電阻不應(yīng)大于 10。 在電力設(shè)備接地裝置的接地 電阻允許達到 10的電力網(wǎng)中, 每一重復(fù)接地裝置的接地電阻不應(yīng)超過 30, 但重復(fù)接地不應(yīng)少于三處。 零線的重復(fù)接地, 應(yīng)充分利用自然接地體。 直流電力網(wǎng)中零線重復(fù)接地應(yīng)采用人工接地體,并不得與金屬管道等有金 屬連接,如無絕緣隔離裝置,相互之間的距離不宜小于 1米” 。這一條的前一部分對在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中,采用接零保 護時作出了規(guī)定, 后一部分對零線重復(fù)接地作出了規(guī)定,這樣電氣設(shè)備的 金屬外殼與零線相連接 , 零線又與接地裝置相連接 , 相當于電氣設(shè)備的金屬 外殼與零線相連接又與接地裝置相連接 , 即電氣設(shè)備的金屬外殼接零又接地 .

4、 這樣做有什么好處呢 ? 下面從五個方面來分析零線重復(fù)接地的作用:二、 零線重復(fù)接地的作用(一 、 零線未斷線時, 重復(fù)接地可降低漏電設(shè)備金屬外殼上的對 地電壓。1、零線未斷線又未重復(fù)接地時(見圖 1 圖 1(零線未斷線又未重復(fù)接地時 , 漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電位分析示意圖 相線對地標稱電壓為 220伏的 TN 系統(tǒng)(供電電源中性點直接接地的 低壓接零系統(tǒng)當配電線路發(fā)生接地故障時,切除故障回路的時間應(yīng)符合 下列規(guī)定:、配電線路或僅為固定式電氣設(shè)備用電的末端線路,不應(yīng)大 于 5S 。 、 供給手握式電氣設(shè)備和移動式電氣設(shè)備上的保護裝置的末端線 路或插座回路,不應(yīng)大于 0.4S ?？梢?從配電

5、線路發(fā)生碰殼短路起,到線路上保護裝置動作完畢止的 一段時間里(0.45S ,電氣設(shè)備金屬外殼是帶電的?；蛘呔€路上保護裝 置是不能動作的,此時電氣設(shè)備金屬外殼依然是帶電的。沒有裝重復(fù)接地 的保護接零系統(tǒng)設(shè)備外殼上的對地電壓即短路電流在相線上的電壓降為: U d =UL =Id Z 0=UZ0/(ZL +Z0式中, I d 為單相短路電流; Z 0為零線阻抗; Z L 為相線阻抗; U 為相 電壓。零線阻抗愈大,設(shè)備對地電壓愈高。這個電壓比安全特低電壓(交流 50V 大的多。 可以考慮用降低零線阻抗來降低設(shè)備上的對地電壓,使它達 到安全特低電壓,從理論上講是可能的,但實際上是不現(xiàn)實的。假設(shè):漏電設(shè)

6、備上的對地電壓為 50V ,在 380/220V的系統(tǒng)中,相線上 的電壓降為 220-50=170V,零線阻抗與相線阻抗之比為 50/170=1/3.4;零線 阻抗是相線阻抗的 1/3.4;或者說零線截面是相線截面的 3.4倍。這顯然是 不現(xiàn)實的。當 TN 系統(tǒng)發(fā)生接地故障時, 漏電的設(shè)備上的對地電壓就是零線上的電 壓降零線未斷線又無重復(fù)接地時 (見圖 1 ,零線與相線截面相等時,漏電的 設(shè)備上的對地電壓 U d 可為 110V ;零線導(dǎo)體截面為相線導(dǎo)體截面的一半時, 零線阻抗 Z 0為相線阻抗 Z L 的 2倍 , 此時漏電的設(shè)備上的對地電壓可為: U d =220×2/3= 14

7、6.7V, 是危險電壓。2、零線未斷線有重復(fù)接地時(見圖 2 圖 2(零線未斷線有重復(fù)接地時 , 漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電位分析示意圖零線未斷線有重復(fù)接地時, GBJ65 83工業(yè)與民用電力裝置接地設(shè)計 規(guī)范規(guī)定,重復(fù)接地電阻 R C 不大于 10歐,中性點的接地電阻 R 0不大于 4歐。為便于分析,我們假設(shè), R C =10歐; R 0=4歐;零線與相線截面相等 時,漏電的設(shè)備上的對地電壓可為:110×10/(10+4 =79V , 比無重復(fù)接地 時的 110V 降低了 31V ; 零線導(dǎo)體截面為相線導(dǎo)體截面的一半時, 漏電的設(shè) 備上的對地電壓可為:146.7×10/(

8、10+4 =105V , 比無重復(fù)接地時的 146.7V 降低了 31.7V 。這里重復(fù)接地的零線,是指 TN-C 系統(tǒng)中的 PEN 線, TN-S 系統(tǒng)中的 PE 線(保護零線 ,不是 TN-S 系統(tǒng)中的 N 線(工作零線 。 (二 、 零線斷線時, 重復(fù)接地可降低斷線后的采取接零保護的漏 電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓 , 但卻增加斷線前采取接零保護的漏電 設(shè)備金屬外殼上的對地電壓1、零線斷線又無重復(fù)接地時(見圖 3a. a. 無重復(fù)接地時 b. 有重復(fù)接地時圖 3(零線斷線時,斷點之后的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電位分析示意圖 當斷點之后的設(shè)備發(fā)生漏電時,漏電的設(shè)備上的對地電壓可達 220V

9、。零線斷點之前的零線上的對地電壓是零。2、零線斷線有重復(fù)接地時(見圖 3b 零線斷線有重復(fù)接地。我們假設(shè)重復(fù)接地電阻 R C =10歐;中性點的接 地電阻 R 0=4歐;當斷點之后的設(shè)備發(fā)生漏電時,漏電的設(shè)備上的對地電壓 可為 :220×10÷(10+4=157V ,比 220 V降低了 63V ,零線斷點之前的零線 上的對地電壓增加到 63V ?？梢?, 零線斷線時,重復(fù)接地可降低零線斷點之后的漏電設(shè)備金屬外殼 上的對地電壓,但卻增加了零線斷點之前零線上的對地電壓。如重復(fù)接地 的接地電阻 R C =2,中性點接地電阻 R 0=4,在零線斷點之前,零線上的對地 電壓為:U

10、0=Id R0=220/(4+2 ×4=147V。在零線斷點之后,漏電設(shè)備金 屬外殼上的對地電壓近似為 220V-147V=73V。因此,零線斷線時,重復(fù)接地的接地電阻降低了零線斷點之后的漏電 設(shè)備金屬外殼上的對地電壓,卻增加了斷點之前零線上的對地電壓。 這里重復(fù)接地的零線是指 TN-C 系統(tǒng)中的 PEN 線, TN-S 系統(tǒng)中的 PE 線(保護零線 。不是 TN-S 系統(tǒng)中的 N 線(工作零線 。(三 、零干線斷線時,零線重復(fù)接地有穩(wěn)定三相嚴重不平衡的負 載上電壓降的作用。這里的零干線“斷線”是指工作零線或同時具有工作零線和保護零線作 用的一根零線。 “零線重復(fù)接地”是指 TN-C

11、 系統(tǒng)中的 PEN 。故是對 TN-C 系統(tǒng)零干線斷線時的分析。 (TN-S 系統(tǒng)中的 PE (保護零線的斷線及重復(fù) 接地不適用于此分析 。 a. 零線未重復(fù)接地時(R C = b. 零線重復(fù)接地時(R C 10圖 4 (零干線斷線且三相嚴重不平衡時,零線重復(fù)接地穩(wěn)定系統(tǒng)工作電壓的分析 示意圖圖 4中 a 為 零線未重復(fù)接地時(R C = ,b 為零線重復(fù)接地時(R C 10 ,圖的左側(cè)表示供電電源的低壓側(cè)繞組。假設(shè)每個繞組上的電動勢為 E A0, E B0, E C0。 O 為供電電源的變壓器低壓側(cè)繞組電源中性點 , 它的接地電 阻 R 0 4, 設(shè)為 R 0=4, O /為零線斷線后的負載

12、中性點。設(shè)接在 A 相的負 載電阻為 R A0/; 接在 B 相的負載電阻 R B0/, 接在 C 相的負載電阻為 R C0/。 它們的電導(dǎo)分別為:Y A =1/RA0/, , Y B =1/ RB0/Y C =1/ RC0/, Y 0/0=1/ R00/。A 相的負載電壓降為 U AO / = EA0- U0/0-B 相的負載電壓降為 U BO / = EB0- U0/0; ; -C 相的負載電壓降為 U CO /=EC0- U0/0-A 相由 A 點流向 O /點的負載電流為 I AO / =(E A0- U0/0 Y A ; -B 相由 B 點流向 O /點的負載電流為 I BO / =

13、(E B0- U0/0 Y B -C 相由 C 點流向 O /點的負載電流為 I CO /=(E C0- U0/0 Y C ; -由 O /點流向 O 點的電流為 I 0/0=U0/0 Y0/0-根據(jù)基爾霍夫電流定律,有:I AO / +IBO / +ICO / -I0/0。 =0-把各式代入,求得:U O/O =(Y A E A0+YB E B0+YC E C0 /(Y A +YB +YC +Y0/0 -設(shè)三相電源電動勢:E A0=220 0O ;EB0=220 -120O ; ,E C0=220 +120O 則有:E A0+ EB 0+EC0=O-為便于計算, 設(shè) A 相的電阻負載額定功率

14、為 2.42KW; 額定狀態(tài) (功率、 電壓時負載電阻為 R A0/=20, Y A =0.05(1/ ; B 相和 C 相電阻負載的額 定功率相等, 為 484W 。額定狀態(tài) (功率、電壓 時負載電阻 R B0/= RC0/=100,Y B = YC = 0.01(1/ ;不考慮負載的實際功率達不到額定功率引起溫度變 化對金屬電阻的影響,即三相負載電阻都按額定功率時考慮。無 重 復(fù) 接 地 時 , Y 0/0=1/ =0.上 述 數(shù) 字 代 入 式 得 :U O /O = (Y A E A0+YB E B0+YC E C0 /(Y A+Y B +YC +Y00/ =220 0O ×

15、0.05+ 220 -120O×0.01+220 +120O ×0.01÷0.05+0.01+0.01=220×0.05-220×0.01÷0.05+0.01+0.01=(11-2.2/0.07=125.7 0O V其中 : YA E A0=220 0O ×0.05=11E B0=220 (-120O =220cos(-120O +jsin(-120O = 220cos(120O -jsin(120O = 220 -sin(30O - j cos(30O =-110- j190.52E C0=220 (+120O = 220

16、cos(120O +jsin(120O =220-sin(30O +j cos(30O =-110+j190.52A 相負載兩端電壓 94.3V , 比額定電壓 220V 低 125.7V , 不能正常工作 . B、 C 兩相的負載電壓 303V , 比額定電壓高 83V 可能燒毀設(shè)備 , 也不能正常工作 . 有重復(fù)接地時 , 重復(fù)接地接地電阻 R C 10, 設(shè) R C =10, 中性點的接 地 電 阻 R 0=4歐 ; Y 00/=1/(10+4=0.07143;代 入 式 , U O /O = (Y A E A0+YB E B0+YC E C0 /(Y A+Y B +YC +Y0/0 =

17、8.8÷(0.07+0.07143=62 0O . 把 U O/O =62 0O 代入式得 :A 相的負載電壓降 U AO / = EA0- U00/=158 0O ;B 相的負載電壓降為 U BO / = EB0- U00/=-172- j190.52=256.7 -132O ;C 相的負載電壓降為 U CO /=EC0- U0/0=-172+j190.52=256.7 +132O ;A 相負載兩端電壓 158V , 比額定電壓低 62V , 比無重復(fù)接地時的 94.3V 高 了 , 基本能正常工作 . B、 C 兩相的負載電壓 256.7V , 比額定電壓高 36.7V . 比

18、無重復(fù)接地時的 303V 低了 , 基本能正常工作。重復(fù)接地電阻和中性點接地電阻 , 我們分析時按最大考慮 , 實際上可 能很小,假如重復(fù)接地電阻和中性點接地電阻為 2歐 , 零點漂移電壓 U OO /還要小的多,各相負載電壓可能接近 220V ,我們認為零線重復(fù)接地零干線 斷線和三相嚴重不平衡時,零線重復(fù)接地有穩(wěn)定系統(tǒng)負載上工作電壓的作用。零干線不斷線時,零線電阻接近零 , Y0/0= . UO /O =(Y A E A0+YB E B0+YC E C0 /(Y A +YB +YC +Y0/0 =0. 各相負載電壓是 220V . 就是三相嚴重不平衡時,零 干線不斷線時,各相負載電壓也接近

19、220V 。這里重復(fù)接地的零線,是指 TN-C 系統(tǒng)中的 PEN 線。 TN-S 系統(tǒng)中,三 相負載嚴重不平衡,零干線(N 線斷線時, PE 線(保護零線的重復(fù)接 地不能起到穩(wěn)定負載上電壓降的作用。 (見圖 5 。 圖 5 (TN-S 系統(tǒng)中,三相負載嚴重不平衡,工作零干線(N 線斷線時, PE 線(保護零線的重復(fù)接地不能起到穩(wěn)定負載上電壓降的作用的示意圖(四 、零線重復(fù)接地是接零保護的后備保護作用TN-C 系統(tǒng)中的 PEN 線, TN-S 系統(tǒng)中的 PE 線(保護零線的重復(fù)接 地,相當于電氣設(shè)備即采取了接零保護又采取了接地保護。接地保護有降 低接零設(shè)備上對地電壓的作用。接零保護有在規(guī)定時間內(nèi)

20、自動切斷供電電 源的作用。TN-C 系統(tǒng)中的 PEN 線, TN-S 系統(tǒng)中的 PE 線(保護零線斷線時 , 接 零保護的設(shè)備失去了接零保護 , 也就失去了在規(guī)定時間內(nèi)自動切斷供電電源的防護。此時它還有降低接零設(shè)備上對地電壓的后備防護作用。但是在 接零系統(tǒng)中,接地保護對降低設(shè)備上對地電壓的作用是有限的,不能達到 系統(tǒng)安全,不能作為獨立的電擊防護(見圖 2 。 PEN 線斷線后 , 還有重 復(fù)接地電阻 R C ,它仍然起到接地保護的作用。(五 、零線重復(fù)接地縮短了碰殼短路的持續(xù)時間有了重復(fù)接地電阻 R C 和工作接地電阻 R 0(中性點的接地電阻構(gòu)成 一個零線的并聯(lián)支路 (見圖 2 。 在零線截

21、面是相線的 1/2時, 接地短路時, 零線上的電壓降是 147V 。這 147V 加在重復(fù)接地電阻 R C 和工作接地電阻 R 0上,產(chǎn)生了回路電流:147/(10+4 =10.5A。這是有了重復(fù)接地電阻 R C 后增加的線路故障電流。它使線路上的保護裝置能加速動作,縮短了碰殼 短路的持續(xù)時間。三、 重復(fù)接地在 IT 、 TT 、 TN 系統(tǒng)中的設(shè)置戶外的架空線路一般采用集中重復(fù)接地。架空線路的終端分支線長度 超過 200米的分支處以及沿線每 1KM 處,零線應(yīng)重復(fù)接地。高低壓同桿敷 設(shè)時,共同敷設(shè)段的兩端低壓零線也應(yīng)重復(fù)接地。車間內(nèi)部宜采用環(huán)形重 復(fù)接地或網(wǎng)絡(luò)重復(fù)接地。零線至少有兩點與接地裝

22、置連接。除進線一點外, 對角線最遠點也應(yīng)有效連接。車間邊長超過 400米時,每 200米連接一次。 低壓線路零線每一重復(fù)接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于 10。在供電變壓器 低壓中性點接地電阻允許達到 10的電力網(wǎng)中,每一重復(fù)接地裝置的接地 電阻不應(yīng)超過 30,但重復(fù)接地不應(yīng)少于三處。以上做法中重復(fù)接地的零線是指 TN-C 系統(tǒng)中的 PEN 線, TN-S 系統(tǒng)的 PE (保護零線 。在 TN-C 系統(tǒng)中, 從電源變壓器中性點引出一根零線, 它既是工作零線 N ,又是保護零線 PE ,工作零線 N 和保護零線 PE 合用一根導(dǎo)線,用 PEN 表示。對 PEN 線設(shè)置重復(fù)接地,如圖 4b 所示 , 在

23、零干線 PEN 斷線時,三相 不平衡時,有平衡系統(tǒng)負載電壓的作用。在 TN-C 系統(tǒng)中, PEN 線未斷線 時,重復(fù)接地可降低接零保護的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓,如圖 2所示。 PEN 線斷線時,重復(fù)接地可降低斷點之后的接零保護的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓 , 卻增加斷點之前的接零保護的漏電設(shè)備金屬外殼上的 對地電壓,如圖 3所示。在 TN-S 系統(tǒng)中, 從電源變壓器中性點引出兩根零線, 一根工作零線 N , 一根保護零線 PE ,在變壓器處,工作零線 N 和保護零線 PE 都是直接接地 的。保護零線 PE 是接電氣設(shè)備金屬外殼用,工作零線 N 是 220V 電源接線 用對 PE 線設(shè)置

24、重復(fù)接地, N 線不重復(fù)接地。如圖 5所示 , 在零干線 N 斷線 時,三相不平衡時, PE 重復(fù)接地沒有平衡系統(tǒng)負載電壓的作用。因為, N 線未重復(fù)接地。在 TN-S 系統(tǒng)中, PE 線(保護零線未斷線時, PE 線重復(fù)接地可降低 采取接零保護的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓。 PE 線(保護零線斷線 時, PE 線重復(fù)接地可降低斷點之后的接零保護的漏電設(shè)備金屬外殼上的對 地電壓 , 卻增加斷點之前的接零保護的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓,與 N 線斷線無關(guān)。因為 PE 線是接電氣設(shè)備外殼的, N 線是接 220V 電源的電 流回路的(見圖 6 。 圖 6 (TN-S 系統(tǒng)保護零線的重復(fù)接地示

25、意圖整個低壓電網(wǎng)是單一 TT 接地制式時, 電源可給出三根相線, 一根工作 零線 N ,工作零線 N 是供 220V 電源的電流回路用的。 TT 系統(tǒng)中電氣設(shè)備 是獨立于電源中性點單獨與接地裝置連接的,連接線是接地線 PE ,不是從 中性點引出的。這根接地線 PE 斷線時,可使電氣設(shè)備失去接地保護,漏電 保護開關(guān)失去接地故障電流通路, 是不允許的。 為加強接地線 PE 的可靠性, 接地線 PE 可重復(fù)接地,但它不是我們討論的零線的重復(fù)接地(見圖 7 。圖 7 （TT 系統(tǒng)接地線 PE 的重復(fù)接地示意圖） TT 系統(tǒng)中，必須設(shè)置漏電保護開關(guān)自動切除供電，并且，切除供電前 電氣設(shè)備金屬外殼上的對地

26、電壓不大于 50V。零線的重復(fù)接地對上述條件 無影響。因此，整個低壓電網(wǎng)是單一的 TT 接地制式時，不必要求零線的重 復(fù)接地。為使單相用戶的電壓穩(wěn)定，防止因三相負載不平衡，N 線斷線引 起負載電壓降不穩(wěn)定，可對 N 線設(shè)置重復(fù)接地。但經(jīng)過漏電保護開關(guān)的零 線不能重復(fù)接地，TT 系統(tǒng)中電氣設(shè)備是獨立于電源中性點單獨與接地裝置 連接的。為保持整個系統(tǒng)還是 TT 制式，N 線重復(fù)接地和電氣設(shè)備單獨的接 地裝置應(yīng)分開，一般相隔 3 米以上。沒有單相用戶時， N 線可不必設(shè)置重 復(fù)接地（見圖 7） 。 在 TN 系統(tǒng)中局部改為 TT 系統(tǒng)保護的，如配電線路的末端，TN 系統(tǒng) 不能滿足自動切除供電的安全要求時，把配電線路的末端的這一部分電氣 設(shè)備改為局部 TT 系統(tǒng)， 由漏電保護開關(guān)自動切除供電。 在局部 TT 系統(tǒng)中， 零線的重復(fù)接地對 TT 系統(tǒng)的安全條件無影