低壓配電系統(tǒng)中的保護接地和保護接零

徐 建

南京南化建設有限公司 江蘇南京 210044

低壓配電系統(tǒng)中的保護接地和保護接零

徐 建

南京南化建設有限公司 江蘇南京 210044

因為大多數(shù)觸電傷亡事故發(fā)生在低壓配電網(wǎng)絡中,所以做好低壓設備的保護接地尤為重要。本文著重分析低壓配電網(wǎng)絡中的保護接地和保護接零系統(tǒng)。

保護接地 保護接零

低壓配電系統(tǒng)，按保護接地的型式，可分為TT、TN、IT系統(tǒng)。這三個字符串中第一個字母反映的是電源側(cè)的接地狀態(tài)，T表示直接接地，I表示中性點不接地或經(jīng)阻抗接地；第二個字母表示負荷側(cè)的接地狀態(tài)，T表示負荷設備的金屬外殼接地（與電源側(cè)接地相互獨立），N表示負荷側(cè)接中性線而不直接接地[1]。

TT和TN系統(tǒng)是中性點直接接地系統(tǒng)，且都引出有中性線（N線），因此都稱為三相四線制系統(tǒng)。IT系統(tǒng)是中性點不接地或經(jīng)阻抗（約1000Ω）接地系統(tǒng)，且通常不引出中性線，因此它一般也稱為三相三線制系統(tǒng)，在工廠低壓配電系統(tǒng)中我們大多數(shù)接觸到的是三相四線制系統(tǒng)也就是TN和TT兩種保護接地型式，下面著重介紹這兩種接地型式：

1 TT系統(tǒng)

1.1 TT系統(tǒng)的原理

我國絕大部分地面企業(yè)的低壓配電網(wǎng)都采用星形接法的低壓中性點直接接地的三相四線配電網(wǎng)，如圖1所示。這不僅是因為這種配電網(wǎng)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，而且還在于這種配電網(wǎng)具有較好的過電壓防護性能，且一相故障接地時單相電擊的危險性較小，故障接地點比較容易檢測等優(yōu)點。低壓中性點的接地常叫做工作接地，中性點引出的導線叫做中性線。由于中性線是通過工作接地與零電位大地連在一起的，因而中性線也叫做零線。這種配電網(wǎng)的額定供電電壓為0.23kV/0.4kV（相電壓為0.23kV，線電壓為0.4kV），額定用電電壓為220V/380V（相電壓為220V，線電壓為380V）。220V 用于照明設備和單相設備，380V用于動力設備。接地的配電網(wǎng)中發(fā)生單相電擊時，人體承受的電壓接近相電壓。也就是說，在接地的配電網(wǎng)中，如果電氣設備沒有采取任何防止間接接觸電擊的措施，則漏電時觸及該設備的人所承受的接觸電壓可能接近相電壓，其危險性大于不接地的配電網(wǎng)中單相電擊的危險性。

圖1所示為設備外殼采取接地措施的情況。這種做法類似不接地配電網(wǎng)中的保護接地，但由于電源中性點是直接接地的，而與IT系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。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(jīng)接地電阻和工作接地電阻構(gòu)成回路。漏電設備對地電壓和零線對地電壓分別為：

式中：

U——配電網(wǎng)相電壓，

RP——人體電阻。

一般情況下,RN＜＜RP,RE＜＜RP,上面(式 1)和(式 2)兩個公式可簡化成：

1.2 保護接地存在的問題

采用TT保護接地雖然降低了漏電設備上的電壓，但零線上卻產(chǎn)生了對地電壓，而且由于RE和RN同在一個數(shù)量級，二者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。另一方面，由于故障電流主要經(jīng)過RE和RN構(gòu)成回路，如不計及帶電體與外殼之間的過渡電阻，其大小為，由于和都是歐姆級的電阻，因此，不可能太大。在低壓配電系統(tǒng)而言，由于斷流設備的容量總是按照負荷容量要求配置的，其額定電流較大，這時發(fā)生單相故障時，很可能因為故障電流小而過電流保護裝置不起作用，不能及時切斷電源，使故障長時間延續(xù)下去。例如，當RE=RN=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，且土壤電阻率較高的情況下,才可考慮采用TT接地系統(tǒng),而且這種情況下還必須同時采取快速切除接地故障的漏電保護裝置或過電流保護裝置,并優(yōu)先采用前者。

2 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)即保護接零系統(tǒng)。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，做法上又存在一些相似之處，因此，有些人沒有嚴格區(qū)分這兩種措施，不能鑒別某些不妥當?shù)恼f法和做法。“保護接零”一詞在我國已經(jīng)得到普及。這一名詞有利于明確區(qū)分不接地配電網(wǎng)中的保護接地，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，有其獨特的科學性[1]。

2.1 TN系統(tǒng)的安全原理及類別

TN系統(tǒng)中的N字母，表示電氣設備在正常情況下不帶電的金屬部分與配電網(wǎng)中性點之間金屬性的連接，亦即與配電網(wǎng)保護零線（保護導體）的緊密連接。這種做法就是保護接零。或者說TN系統(tǒng)就是配電網(wǎng)低壓中性點直接接地，電氣設備接零的保護接零系統(tǒng)。在三相四線配電網(wǎng)中，應當區(qū)別工作零線和保護零線。前者即中性線，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。系統(tǒng)分為 TN-S、TN-C-S、TN-C三種方式，TN-S系統(tǒng)的保護零線是與工作零線完全分開的；TN-C-S系統(tǒng)干線部分的前一部分保護零線是與工作零線共用的；TN-C系統(tǒng)的干線部分保護零線是與工作零線完全共用的。保護接零的原理如圖2所示。當某相帶電部分碰連設備外殼（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，短路電流能促使線路上的短路保護元件迅速動作，從而把故障部分設備斷開電源，消除電擊危險。因此有人把保護接零又稱之為過電流分斷保護法。當設備發(fā)生碰殼危險時，為了能使保護裝置迅速可靠的動作，要求單相短路電流Id滿足以下條件：

式5中：U——系統(tǒng)相電壓（V）

Zn——“相線-零線”回路阻抗,包括變壓器阻抗在內(nèi)(Ω)

Ie——熔斷器的額定電流或自動空氣開關過流線圈的整定電流（A）

K——可靠系數(shù)，采用熔斷器時采取4，采用自動空氣開關時采取1.5。

為了防止零線斷線,確保安全,敷設時不僅要保證導線不受損傷,接頭接觸良好,而且要保證零線有足夠的截面,此外在沒有裝設漏電保護開關時,不能在零線上裝設熔斷器和自動空氣開關。

2.2 接零保護存在的問題

2.2.1 零線斷線的后果及保護措施

當采用保護接零時,一旦出線零線斷線,在不與中性點連接的區(qū)段內(nèi),如發(fā)生電氣設備碰殼,則該段與中性點失去連接的設備,其外殼將由零電位升高成相電壓,嚴重危害人身安全,所以為了防止唯一的中性點接地裝置斷開,要求將零線的一處和多處接地,即零線的重復接地,當發(fā)生相線碰殼時,在有重復接地的情況下,接在零線斷線處后面的設備外殼對地電壓降低了,這在一定程度降低了觸電傷害的危害性,但斷線處前面設備外殼仍有1/2U,這一電壓同樣對人是不安全的[2]。

2.2.2 保護零線發(fā)生一相碰地的不安全性

當?shù)蛪弘娋W(wǎng)中出現(xiàn)一相碰地故障時,對于保護接零系統(tǒng)而言,這一故障很可能會長時間存在,此時接地電流通過相線碰地處的接地的電阻和變壓器接地電阻構(gòu)成回路,由于這兩處接地電阻全是歐姆級的,故短路電流應該在100A以內(nèi),不會太大,使得熔斷器和自動空氣開關無法斷開。

2.2.3接零和接地的危害

在同一電源供電的回路中,電源設備不能采用保護接地和保護接零混用的方式,否則在接地保護設備上發(fā)生碰殼短路時,將會使全部接零設備上的外殼產(chǎn)生危險的對地電壓，除了上述的幾種情況外,接零保護還有一個弊病,就是當某個分支線路檢修時出現(xiàn)零線和火線錯接,且又無重復接地措施,則無法避免該支路中設備外殼帶電,這在實際工作中十分危險的,保護接零雖是我國長期以來用于低壓電網(wǎng)的一項保護措施,但應看到在很多情況下保護接零可能導致設備外殼出現(xiàn)危及人身安全的對地電壓,因而它并不是一個十分完善的保護方式。

總之無論是采取保護接地還是保護接零,都是出于觸電防護的考慮,設計者在力所能及的情況下,應該使設備漏電時施加于觸電者的接觸電壓盡量小,故障持續(xù)時間盡量短。

1 程志剛主編，新編電氣工程師手冊；安徽文化音像出版社，2004

2 李景祿 胡毅 劉春生編著，實用電力接地技術；北京：中國電力出版社，2001

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1672-9323（2014）02-0092-03

2013-10-27）