第六章間接接觸電擊防護(hù)

1、第六章 間接接觸電擊防護(hù) 保護(hù)接地與保護(hù)接零是防止間接接觸電擊最基本的措施。在當(dāng)前我國(guó)電氣標(biāo)準(zhǔn)化從傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)過渡的情況下，掌握保護(hù)接地和保護(hù)接零的方法和應(yīng)用，對(duì)安全用電是十分重要的。  第一節(jié) IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)就是電源系統(tǒng)的帶電部分不接地或通過阻抗接地，電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分接地的系統(tǒng)。第一個(gè)大寫“I”表示配電網(wǎng)不接地或經(jīng)高阻抗接地、第二個(gè)大寫“T”表示電氣設(shè)備金屬外殼接地。1IT系統(tǒng)安全原理為了保證電氣設(shè)備(包括變壓器、電機(jī)和配電裝置)在運(yùn)行、維護(hù)和檢修時(shí)，不因設(shè)備的絕緣損壞而導(dǎo)致人身觸電事故，所有這些電氣設(shè)備不帶電的部分如外殼、金屬構(gòu)架和操作機(jī)構(gòu)以及互感器的二次

2、繞組等都應(yīng)妥善接地。電氣設(shè)備的接地規(guī)程規(guī)定：電壓在1000V以下電源中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)和1000V以上任何形式的電網(wǎng)中，均需采用保護(hù)接地(稱之為IT系統(tǒng))，作為保安技術(shù)措施，應(yīng)用很廣泛。保護(hù)接地的原理是給人體并聯(lián)一個(gè)小電阻，以保證發(fā)生故障時(shí)，減小通過人體的電流和承受的電壓。圖31所示電動(dòng)機(jī)采用保護(hù)接地后，當(dāng)一相繞組因絕緣損壞而碰殼，即與外殼短路時(shí)，此時(shí)若工作人員觸及帶電的設(shè)備外殼，因人體的電阻遠(yuǎn)較接地極的電阻大，大部分電流流經(jīng)接地極入地，而通過人體的電流極其微小，從而保證了人身的安全。 圖3-1 IT系統(tǒng)安全原理 2IT系統(tǒng)應(yīng)用范圍IT系統(tǒng)適用于各種不接地配電網(wǎng)，包括低壓不

3、接地配電網(wǎng)(如井下配電網(wǎng))和高壓不接地配電網(wǎng)，還包括不接地直流配電網(wǎng)。在這些電網(wǎng)中，凡由于絕緣損壞或其它原因而可能帶危險(xiǎn)電壓的正常不帶電金屬部分，除另有規(guī)定外，均應(yīng)接地。應(yīng)當(dāng)接地具體部位是：(1)電動(dòng)機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備、照明器具、移動(dòng)式電氣設(shè)備的金屬外殼或金屬結(jié)構(gòu)；(2)0類和類電動(dòng)工具或民用電器的金屬外殼；(3)配電裝置的金屬構(gòu)架、控制臺(tái)的金屬框架及靠近帶電部分的金屬遮欄和金屬門；(4)配線的金屬管；(5)電氣設(shè)備的傳動(dòng)裝置；(6)電纜金屬接頭盒、金屬外皮和金屬支架；(7)架空線路的金屬桿塔；(8)電壓互感器和電流互感器的二次線圈。直接安裝在已接地金屬底座、框架、支架等設(shè)施上的電氣設(shè)備的金

4、屬外殼一般不必另行接地；有木質(zhì)、瀝青等高阻導(dǎo)電地面，無裸露接地導(dǎo)體，而且干燥的房間，額定電壓交流380V和直流440V及以下的電氣設(shè)備的金屬外殼一般也不必接地；安裝在木結(jié)構(gòu)或木桿塔上的電氣設(shè)備的金屬外殼一般也不必接地。  第二節(jié) TT系統(tǒng)1TT系統(tǒng)安全原理TT系統(tǒng)是電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地，設(shè)備外露導(dǎo)電部分的接地用保護(hù)接地線PE接到獨(dú)立的接地體上。前后兩個(gè)字母“T”分別表示配電網(wǎng)中性點(diǎn)和電氣設(shè)備金屬外殼接地。圖32所示的配電網(wǎng)俗稱三相四線配電網(wǎng)。這種配電網(wǎng)引出三條相線(L1、L2、L3線)和一條中性線(N線，工作零線)。在這種低壓中性點(diǎn)直接接地的配電網(wǎng)中，如電氣設(shè)備金屬外殼未采取任何安

5、全措施，則當(dāng)外殼故障帶電時(shí)，故障電流將沿低阻值的低壓工作接地(配電系統(tǒng)接地)構(gòu)成回路。由于工作接地的接地電阻很小，設(shè)備外殼將帶有接近相電壓的故障對(duì)地電壓，電擊的危險(xiǎn)性很大。因此，必須采取間接接觸電擊防護(hù)措施。 圖3-2 TT系統(tǒng) 在這種系統(tǒng)中，當(dāng)某一相線直接連接設(shè)備金屬外殼時(shí)，其對(duì)地電壓為：式中。RN為工作接地的接地電阻。該電壓低于相電壓，但由于RA與RN同在一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以幾乎不可能被限制在安全范圍內(nèi)。對(duì)于一般的過電流保護(hù)，實(shí)現(xiàn)速斷是不可能的。因此，一般情況下不能采用TT系統(tǒng)。如確有困難，不得不采用TT系統(tǒng)，則必須將故障持續(xù)時(shí)間限制在允許范圍內(nèi)。在TT系統(tǒng)中，故障最大持續(xù)

6、時(shí)間原則上不得超過5s，這樣才能減少電流對(duì)人體的危害。2TT系統(tǒng)應(yīng)用范圍TT系統(tǒng)主要用于低壓共用用戶，即用于未裝備配電變壓器，從外面引進(jìn)低壓電源的小型用戶。  第三節(jié) TN系統(tǒng)目前，我國(guó)地面上低壓配電網(wǎng)絕大多數(shù)都采用中性點(diǎn)直接接地的三相四線配電網(wǎng)。在這種配電網(wǎng)中，TN系統(tǒng)是應(yīng)用最多的配電及防護(hù)方式。1TN系統(tǒng)安全原理TN系統(tǒng)是電源系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地，負(fù)載設(shè)備的外露導(dǎo)電部分通過保護(hù)導(dǎo)體連接到此接地點(diǎn)的系統(tǒng)，即采取接零措施的系統(tǒng)。字母“T”和“N”分別表示配電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地和電氣設(shè)備金屬外殼接零。設(shè)備金屬外殼與保護(hù)零線連接的方式稱為保護(hù)接零。典型的TN系統(tǒng)見圖33。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)某一

7、相線直接連接設(shè)備金屬外殼時(shí)，即形成單相短路。短路電流促使線路上的短路保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將故障設(shè)備斷開電源，消除電擊危險(xiǎn)。2TN系統(tǒng)種類及應(yīng)用如圖33所示，TN系統(tǒng)有三種類型，即TNS系統(tǒng)、TNCS系統(tǒng)和TNC系統(tǒng)。其中，TNS系統(tǒng)是有專用保護(hù)零線(PE線)，即保護(hù)零線與工作零線(N線)完全分開的系統(tǒng)；爆炸危險(xiǎn)性較大或安全要求較高的場(chǎng)所應(yīng)采用TNS系統(tǒng)；有獨(dú)立附設(shè)變電站的車間宜采用TN S系統(tǒng)。TNCS系統(tǒng)是干線部分保護(hù)零線與工作零線前部共用(構(gòu)成PEN線)，后部分開的系統(tǒng)。廠區(qū)設(shè)有變電站，低電進(jìn)線的車間以及民用樓房可采用TNCS系統(tǒng)。TNC系統(tǒng)是干線部分保護(hù)零線與工作零線完全共用的

8、系統(tǒng)，用于無爆炸危險(xiǎn)和安全條件較好的場(chǎng)所。 圖3-3 TN系統(tǒng)(a)TNS系統(tǒng) (b)TNCS系統(tǒng) (c)TNC系統(tǒng) 由同一臺(tái)變壓器供電的配電網(wǎng)中，不允許一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接地而另一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接零，即一般不允許同時(shí)采用TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)的混合運(yùn)行方式。3重復(fù)接地TN系統(tǒng)中，保護(hù)中性導(dǎo)體上一處或多處通過接地裝置與大地再次連接的接地，稱為重復(fù)接地。圖34中的Rc即重復(fù)接地。 圖34 零線斷線與設(shè)備漏電(a)無重復(fù)接地 (b)有重復(fù)接地 (1)重復(fù)接地的作用重復(fù)接地有以下作用：減輕PE線或PEN線意外斷線或接觸不良時(shí)接零設(shè)備上電擊的危險(xiǎn)性。當(dāng)PE

9、線或PEN線斷開時(shí)，如像圖34(a)所示的那樣，斷線后方某接零設(shè)備漏電但斷線后方無重復(fù)接地，則斷線后方的零線及其上所有接零設(shè)備都帶有將近相電壓的對(duì)地電壓，電擊危險(xiǎn)性極大。如像圖34(b)那樣，斷線后方某接零設(shè)備漏電但斷線后方有重復(fù)接地，則斷線后方的零線及接零設(shè)備和斷線前方的零線及接零設(shè)備分別帶有如下的對(duì)地電壓：和這兩個(gè)電壓雖然都可能是危險(xiǎn)電壓，但畢竟都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相電壓，總的危險(xiǎn)程度得以降低。減輕PEN線斷線時(shí)負(fù)載中性點(diǎn)“漂移”。TNC系統(tǒng)的零線斷開后，如斷線后方有不平衡負(fù)荷，則負(fù)載中性點(diǎn)發(fā)生電位“漂移”，使三相電壓失去平衡，可能導(dǎo)致接在一相或兩相上的用電器具燒壞。這里分析一個(gè)如圖35所示的工作零

10、線斷線、第1相未用電、第2相和第3相分別接有P24kW和P31kW(設(shè)功率因數(shù)相同)的負(fù)荷的例子。這時(shí)，第2、3兩相負(fù)載串聯(lián)在線電壓上，如線電壓為380V，則第2、3兩相負(fù)載上的電壓分別為：顯然，所有用電器具都不能正常工作，而且接在第3相上的用電器具很快被燒壞。 圖3-5 TNC系統(tǒng)的零線斷線 進(jìn)一步降低故障持續(xù)時(shí)間內(nèi)意外帶電設(shè)備的對(duì)地電壓。如圖36所示，如有設(shè)備漏電，過電流保護(hù)裝置尚未動(dòng)作，則無重復(fù)接地時(shí)漏電設(shè)備對(duì)地電壓為：而有重復(fù)接地時(shí)，漏電設(shè)備對(duì)地電壓降低為： 圖3-6 重復(fù)接地降低設(shè)備漏電對(duì)地電壓(a)無重復(fù)接地 (b)有重復(fù)接地 縮短漏電故障持

11、續(xù)時(shí)間 由于重復(fù)接地在短路電流返回的途徑上增加丁一條并聯(lián)支路，可增大單相短路電流，縮短漏電故障持續(xù)時(shí)間。改善架空線路的防雷性能 由于重復(fù)接地對(duì)雷電流起分流作用，可降低雷擊過電壓，改善架空線路的防雷性能。(2)重復(fù)接地的要求以下處所應(yīng)裝設(shè)重復(fù)接地：架空線路干線和分支線的終端、沿線路每1km處、分支線長(zhǎng)度超過200m分支處。線路引入車間及大型建筑物的第1面配電裝置處(進(jìn)戶處)。采用金屬管配線時(shí)，金屬管與保護(hù)零線連接后做重復(fù)接地；采用塑料管配線時(shí)，另行敷設(shè)保護(hù)零線并做重復(fù)接地。當(dāng)工作接地電阻不超過4時(shí)，每處重復(fù)接地電阻不得超過10；當(dāng)允許工作接地電阻不超過10時(shí)，允許重復(fù)接地電阻不超過30，但不得少

12、于3處。4工作接地在TNC系統(tǒng)和TNCS系統(tǒng)中，為了電路或設(shè)備達(dá)到運(yùn)行要求的接地，如變壓器低壓中性點(diǎn)的接地。該接地稱為工作接地或配電系統(tǒng)接地。工作接地的作用是保持系統(tǒng)電位的穩(wěn)定性，即減輕低壓系統(tǒng)由高壓竄入低壓等原因所產(chǎn)生過電壓的危險(xiǎn)性。如沒有工作接地，則當(dāng)10kV的高壓竄入低壓時(shí)，低壓系統(tǒng)的對(duì)地電壓上升為5800V左右。當(dāng)配電網(wǎng)一相故障接地時(shí)，工作接地也有抑制電壓升高的作用。如沒有工作接地，發(fā)生一相接地故障時(shí)，中性線對(duì)地電壓可上升到接近相電壓、另兩相對(duì)地電壓可上升到接近線電壓(在特殊情況下可達(dá)到更高的數(shù)值)。如有工作接地，由于接地故障電流經(jīng)工作接地成回路，對(duì)地電壓的“漂移”受到抑制(參見圖37

13、)，在線電壓04kV的配電網(wǎng)中，中性線對(duì)地電壓一般不超過50V、另兩相對(duì)地電壓一般不超過250V。  圖37 接地電網(wǎng)電壓“漂移”圖(a)單相接地圖(b)電壓“漂移”圖 5接地電阻允許值因?yàn)楣收蠈?duì)地電壓等于故障接地電流與接地電阻的乘積，所以，各種保護(hù)接地電阻不得超過規(guī)定的限值。對(duì)于低壓配電網(wǎng)，由于分布電容很小，單相故障接地電流也很小，限制電氣設(shè)備的保護(hù)接地電阻不超過4即能將其故障時(shí)對(duì)地電壓限制在安全范圍以內(nèi)；如配電容量在100kVA以下，由于配電網(wǎng)分布范圍很小，單相故障接地電流更小，限制電氣設(shè)備的保護(hù)接地電阻不超過10即可滿足安全要求。在高壓配電網(wǎng)中，由于接地故障電流比低壓配電網(wǎng)的大得多，將故障電壓限制在安全范圍以內(nèi)是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，對(duì)高壓