接地的基本原理

1、接地的基本原理第1頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三第2頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三1.4.1接觸電勢(shì)與接觸電壓在地表面離設(shè)備水平距離為0.8米處與沿設(shè)備外殼（可觸及的主動(dòng)導(dǎo)電部件）離地面高度為1.8米處兩點(diǎn)的電位差，稱為接觸電勢(shì)人體接觸這兩點(diǎn)時(shí)所承受的電壓叫接觸電壓如圖：rA為人腳站立點(diǎn)離半球形接地極球心的距離r0為半球形接地極球心的半徑或者I0為流過人體的電流，Rb為一只腳與地面的接觸電阻第3頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三由接地電流引起大地電位上升 當(dāng)接地電流流入接地電極，其附近的大地的電位分布亦改變。在安全上重要

2、的是地表面的電位。如x點(diǎn)的電位為Vx：(以無限遠(yuǎn)方為基準(zhǔn))在Vx式中如取xr，便得出半球狀電極自身的電位v，即第4頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三1.4.2跨步電勢(shì)與跨步電壓 由圖124知道，大地電位以與離接地電極的距離成反比例下降。中央的平坦部分是存在接地電極的部分。如人在地面以跨步（0.8m）立著，兩足之間便可能有電壓V，把V這個(gè)值稱為跨步電壓。rc和rd是兩腳離半球中心的距離或者第5頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三電位梯度 在接地電極中，可因各種各樣的原因有接地電流流人，如室外的輸配電線可能有雷擊電流流入，如是在室內(nèi)電氣設(shè)備接著的接地電極上

3、，在發(fā)生接地事故時(shí)便有故障電流流入。 偶然在接地電極上有接地電流流入之際，擔(dān)心在接地電極附近立著的人會(huì)因跨步電壓觸電。這里，比電位更重要的是 電位梯度，它可把電位微分求得： 由上式知道，電位梯度與離電極的距離x的平方成反比，即電位梯度在靠近電極的地方最大，隨離電極距離增大而急速降低。安全的區(qū)域每0.8m跨步電壓不應(yīng)大于50V。第6頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三跨步電壓觸電示意圖第7頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三1.4.4人身觸電事故分析一、人身觸電的危害 1.電流對(duì)人體的傷害電流的熱效應(yīng)能使觸電者燒傷甚至造成局部機(jī)體炭化；電流的化學(xué)效應(yīng)能引起

4、人體內(nèi)部組織發(fā)生電解作用，嚴(yán)重的會(huì)造成人體機(jī)能失常；電流對(duì)人體生理性質(zhì)的傷害。由于電流的強(qiáng)烈刺激使人體內(nèi)部組織機(jī)能受到破壞引起心室顫動(dòng)或呼吸停止使觸電者因大腦缺氧迅速死亡。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三2.人體對(duì)電流的反應(yīng) (1)感知電流 使人體有感覺的最小電流 男性約為1.1mA，女性約為0.7mA； (2)擺脫電流 工頻擺脫電流 ，成年男性約為16mA以下，女性約為10mA以下（3)致命電流(室顫電流) 致命電流又稱之為心室顫動(dòng)最小電流 ，工頻電流為30mA第9頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三3電流對(duì)人體傷害程度的幾個(gè)因素 觸電時(shí)對(duì)人體

5、的傷害程度與電流的大小、觸電持續(xù)時(shí)間、電源的頻率、電壓的高低、電流通過人體的途徑以及人體的健康狀況有關(guān)第10頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三(1)電流大小的影響通過人體的電流越大，人體的生理反應(yīng)越明顯引起心室顫動(dòng)的所需時(shí)間越短，致命危險(xiǎn)就越大。當(dāng)通過人體電流超過50mA時(shí)就有致命危險(xiǎn)，當(dāng)工頻100mA的電流通過人體時(shí)，可很快使人致命。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三 (2)觸電持續(xù)時(shí)間的影響 觸電持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)危險(xiǎn)性越大其原因是： 1)電流通過人體時(shí)間越長(zhǎng)，由于電流對(duì)人體的發(fā)熱和電解作用。使人體電阻逐漸減小，在電源電壓一定的情況廠，會(huì)使電流增

6、人。對(duì)人體組織的破壞越加厲害。 2)人體心臟每收縮和擴(kuò)張一次中間約有0.1s的間隙在這0.1s特定時(shí)間內(nèi)心臟對(duì)電流最為敏感，在這特定時(shí)間內(nèi)電流通過心臟即使較小的電流也可能引起心室顫動(dòng) 因此當(dāng)觸電時(shí)間超過1s，則必然與心臟的敏感期重合。心室顫動(dòng)電流與電流的持續(xù)時(shí)間的關(guān)系可用下式表示： 當(dāng)t1s時(shí)，I50mA ； 當(dāng)t1s時(shí)，It=50mAs (該式所允許的時(shí)間范圍是0.1-5s）以能量為允許限度的心室顫動(dòng)電流與電流的持續(xù)時(shí)間的關(guān)系： It=0.0135第12頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三(3)電流頻率對(duì)人體的影響電流的頻率對(duì)觸電的傷害程度有直接影響25-300Hz的交流

7、電對(duì)人體的傷害程度最大、當(dāng)?shù)陀诨蚋哂谝陨项l率范圍時(shí)它的傷害程度就會(huì)顯著減輕。對(duì)于直流電來講它的傷害程度要遠(yuǎn)比工頻交流電小。人體對(duì)直流電的極限忍耐電流值約為100mA。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三 (4)電壓高、低對(duì)人體的影響 人體觸電電壓越高通過人體的電流越大危險(xiǎn)就越大。由于通過人體電流與作用于人體上的電壓并非線性關(guān)系。隨著作用于人體上電壓得升高人體電阻急劇下降，致使電流迅速增加，從而對(duì)人體的傷害更為嚴(yán)重。1000V以上的高電壓觸電還能伴隨弧光燒傷、擊穿甚至引起心肌纖維斷裂，因此后果更為嚴(yán)重。IEC規(guī)定安全電壓為50V。25V以上考慮采取防電擊措施。第14頁，

8、共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三（5)電流途徑的影響電流通過心臟、呼吸系統(tǒng)和中樞神經(jīng)時(shí)危害性最大。實(shí)踐證明。人身觸電從左手到腳是最危險(xiǎn)的電流途徑因?yàn)樵谶@種情況下電流通過心臟、肺部、脊椎等重要器官會(huì)造成心室顫動(dòng)、呼吸停止和截癱等。另外電流通過頭部也是較危險(xiǎn)的途徑因?yàn)殡娏魍ㄟ^頭部會(huì)號(hào)致昏迷并有可能造成腦損傷，使人不醒而死亡、第15頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過下列數(shù)值第16頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三 (6)人體電阻、健康狀況的影響 人體電阻因人而異，一般為幾百到一千多歐姆人體的健康狀

9、況和精神狀態(tài)正常與否對(duì)于觸電后果有一定的影響如果有心臟病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、結(jié)核病、或醉酒的人因觸電傷害的程度要比正常人嚴(yán)重。另外性別和年齡的不同對(duì)觸電后果也有不同的程度女性較男性敏感小孩遭受電擊較成人危險(xiǎn)。第17頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三防接觸電壓和跨步電壓觸電措施降低接地電阻改善地面電位分布第18頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三提高地表層電阻率（例如：建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范第條：防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口或人行道不應(yīng)小于3m。當(dāng)小于3m時(shí)應(yīng)采取下列措施之一：水平接地體局部深埋不應(yīng)小于1m;水平接地體局部應(yīng)包絕緣物,可采用5080mm厚的

10、瀝青層;采用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設(shè)5080mm厚的瀝青層,其寬度應(yīng)超過接地體2m。）第19頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三1.5接地參數(shù)的數(shù)值計(jì)算方法（簡(jiǎn)介）1.5.1綜述接地參數(shù)的計(jì)算為設(shè)計(jì)地網(wǎng)提供理論依據(jù)，減小設(shè)計(jì)的盲目性，在保證人員和設(shè)備安全的條件下，做到投資小、效率高。1.接地參數(shù)的近似計(jì)算主要近似處理方法：將接地極幾何形狀做某些改變以便于進(jìn)行數(shù)學(xué)分析 假設(shè)電流在接地極上均勻分布（1）工頻接地電阻的計(jì)算1）考慮到屏蔽效應(yīng)的各種水平接地極的接地電阻 不適用于大型接地網(wǎng)第20頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三2）圓板公式的變形和環(huán)狀地線

11、接地公式（D為等值直徑d為埋深）由圓板電極接地公式近似得：地網(wǎng)接地公式為r為等值半徑，L為買地導(dǎo)體的總長(zhǎng)度，略去了埋深的影響，偏大。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三3）我國(guó)現(xiàn)行接地規(guī)程接地電阻計(jì)算公式利用圓板和圓環(huán)電極的接地電阻公式用線性內(nèi)插法求得式中：S接地網(wǎng)總面積 L-接地體總長(zhǎng)度，包括垂直接地體在內(nèi) d-水平接地體的直徑或等值直徑 h-水平接地體埋設(shè)深度第22頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三(2)跨步電勢(shì)step;接觸電勢(shì)Etouch或網(wǎng)孔電勢(shì)Emesh的計(jì)算(IEEE方法)存在問題:第23頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)

12、3分，星期三2.接地參數(shù)的數(shù)值計(jì)算略第24頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三1.6接地和接零保護(hù)一、基本概念1)工作接地 根據(jù)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)行的需要而進(jìn)行的接地(例如變壓器中性點(diǎn)接地)稱為工作接地。 2)保護(hù)接地 將電氣設(shè)備正常運(yùn)行情況下不帶電的金屬外殼和架構(gòu)，通過接地裝置與土壤連接，它是用來防護(hù)間接觸電的。因此，稱作保護(hù)接地。 3)保護(hù)接零 將電氣設(shè)備正常遠(yuǎn)行情況不不帶電的金屬外殼和架構(gòu)與配電系統(tǒng)的零線直接進(jìn)行電氣連接。也是用來防護(hù)間接觸電的，因此，稱作保護(hù)接零。實(shí)驗(yàn)證明，在離開短路接地故障點(diǎn)20m以外的地方，電位趨近于零、我們把這零電位的地方稱為電氣上的地”。第25頁，共

13、36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三 二、配電系統(tǒng)的保護(hù)接地形式 根據(jù)GB90892的規(guī)定,配電系統(tǒng)接地型式共有TN、TT及IT三種 電源變壓器的中性點(diǎn)直接接地 可觸及的導(dǎo)電部件與普通PEN導(dǎo)體相連接 在全系統(tǒng)內(nèi)N線和PE線是合一的 圖 2. TN-C 系統(tǒng) 圖 14.5 TN-C 系統(tǒng) 第26頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三TN-S 系統(tǒng) 中性點(diǎn)直接接地，可觸及的導(dǎo)電部件與PE導(dǎo)體相連接，在全系統(tǒng)內(nèi)N線和PE線是分開的 第27頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三TN-C-S系統(tǒng) 電源變壓器的中性點(diǎn)直接接地 可觸及的導(dǎo)電部件與PEN導(dǎo)體

14、相連接，并且部分與保護(hù)PE導(dǎo)體相連接 在全系統(tǒng)內(nèi)，僅在電氣裝置電源進(jìn)線點(diǎn)前N線和PE線是合一的，電源進(jìn)線點(diǎn)后即分開為兩根線第28頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三 TT系統(tǒng) 電源變壓器的中性點(diǎn)直接接地 可觸及的導(dǎo)電部件與單設(shè)的裝置接地系統(tǒng)（與電源系統(tǒng)接地不相關(guān)）相連接第29頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三 IT系統(tǒng) 電源變壓器的中性點(diǎn)不接地或電源的一點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地（例如1000）。 可觸及的導(dǎo)電部件接地第30頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三三、保護(hù)接地1保護(hù)接地的應(yīng)用范圍 高、低壓不接地電網(wǎng)（三相三線制）和部分低壓中性點(diǎn)接地

15、電網(wǎng)的金屬外殼、架構(gòu)、支架、框架等金屬部分2 .保護(hù)接地的作用只要保護(hù)接地電阻（規(guī)定不大于4歐）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人體電阻就能保證接觸電壓低于安全電壓第31頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三四、保護(hù)接零1.保護(hù)接零的應(yīng)用范圍中性點(diǎn)直接接地的三相四線制(TNC)和三相五線制(TNS)低壓配電系統(tǒng)。2.保護(hù)接零的作用發(fā)生故障時(shí)短路電流很大。促使線路上的保護(hù)裝置迅速動(dòng)作切斷故障設(shè)備的電源。!中性線應(yīng)在規(guī)定地點(diǎn)采用重復(fù)接地。交流工作接地電阻不應(yīng)大于4歐，重復(fù)接地電阻不應(yīng)大于10歐第32頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三重復(fù)接地 低壓供電系統(tǒng)采用接零保護(hù)時(shí)，陳電源變壓器

16、的中性點(diǎn)必須進(jìn)行工作接地外，還必須做重復(fù)接地。所謂重復(fù)接地系指在中性線(應(yīng)為PEN線)上的一處或多處通過接地體再次與大地做良好的金屬聯(lián)結(jié)。重復(fù)接地的接地電阻值不應(yīng)大于10歐姆。重復(fù)接地作用： (1)降低漏電設(shè)備外殼的對(duì)地電壓 沒有重復(fù)接地和有重復(fù)接地時(shí)，中性線斷線時(shí)的情況如圖88所示。第33頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三沒有重復(fù)接地時(shí)，漏電設(shè)備外殼對(duì)地電壓等于單相短路電流I k在中性線部分產(chǎn)生的電壓降，它近似等于相電壓。有重復(fù)接地后，漏電設(shè)備外殼對(duì)地電壓僅為相電壓的一部分。 第34頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三(2)減輕中性線斷線時(shí)的觸電危險(xiǎn)

17、中性線上有重復(fù)接地后一旦出現(xiàn)中性線斷線時(shí)、接在斷線點(diǎn)后面的所有電氣設(shè)備的金屬外殼的對(duì)地電壓，僅為相電壓的一部分。當(dāng)有人觸及電氣設(shè)備外殼時(shí)，雖然還有危險(xiǎn)，但是危險(xiǎn)程度已大大降低。 (3)減輕或消除三相負(fù)荷嚴(yán)重不平衡時(shí)中性線上可能出現(xiàn)的對(duì)地電壓，原規(guī)程規(guī)定，由于三相負(fù)荷不平衡造成的中性線電流一般不允許超過線電流的25。但是當(dāng)中性線斷線時(shí)引起的中性點(diǎn)位移，將導(dǎo)致三相電壓不平衡，造成三相電流的不平衡，從而使得中性線電位升高即呈現(xiàn)出危險(xiǎn)的對(duì)地電壓。如果有了重復(fù)接地，將給三相不平衡電流提供一條通路。因此，可以減輕或消除中性線斷線時(shí)，在中性線上可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)電壓。第35頁，共36頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)3分，星期三作業(yè)：1. 什么是“地”?什么是對(duì)地電壓?2.