配電網(wǎng)接地系統(tǒng)危險(xiǎn)點(diǎn)分析

畢艷玲 張必成

（望奎縣電業(yè)局，黑龍江 望奎152100）

0 前言

配電網(wǎng)的各種接地系統(tǒng)是保護(hù)電氣設(shè)備安全運(yùn)行的重要內(nèi)容，接地系統(tǒng)在電氣事故發(fā)生時(shí)在一定程度上能減小事故對(duì)人身和設(shè)備的造成的傷害程度，但是接地系統(tǒng)不能完全避免觸電傷害事故造成的損失，事實(shí)上接地系統(tǒng)在電氣事故發(fā)生時(shí)仍然存在危險(xiǎn)點(diǎn)，也可能對(duì)人身和設(shè)備造成傷害，分析如下。

1 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)的工作接地電阻R0≤4Ω，電氣設(shè)備外殼接地電阻Rd≤4Ω，且電氣設(shè)備外殼與地等電位，不會(huì)產(chǎn)生電弧或火花，當(dāng)外殼出現(xiàn)單相接地故障時(shí)(忽略導(dǎo)線電阻不計(jì))單相接地最小電流為：

此時(shí)，若電氣設(shè)備容量較大，則可能出現(xiàn)Id小于保護(hù)該電氣設(shè)備的熔斷器熔體的額定電流Ier，熔體不熔斷，故障將長(zhǎng)期存在，Id持續(xù)作用使電氣設(shè)備發(fā)熱甚至使絕緣燃燒，而且設(shè)備外殼和變壓器中性點(diǎn)對(duì)地電壓分別為：

在上面兩式中，要使設(shè)備外殼對(duì)地電壓Ud達(dá)到安全值，Rd必須保證足夠小才能實(shí)現(xiàn)，這在實(shí)踐中很難做到。未故障相相電壓也將會(huì)升高到接近線電壓，這樣會(huì)使單相設(shè)備絕緣擊穿，擴(kuò)大事故范圍。

2 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)電氣設(shè)備不接地時(shí)，若電氣設(shè)備某相絕緣損壞，外殼帶電，因?yàn)殡姎饩€路對(duì)地有絕緣電阻和分布電容，若人體觸及絕緣已損壞的電氣設(shè)備外殼，人體將遭到觸電的傷害。如果電氣設(shè)備已進(jìn)行了接地措施，流經(jīng)人體和接地裝置電流大小，與電阻成反比關(guān)系。

式中，Ir、Rr是沿著人體流過(guò)的電流和人體電阻；I＇d、Rd是沿接地體流過(guò)的電流和電阻。

當(dāng)Rd＜＜Rr時(shí)，通過(guò)人體的電流大大減小，從而減輕甚至避免人體觸電傷害。在1000V以上的系統(tǒng)由于容抗Xc＞＞R，絕緣電阻可以忽略，此時(shí)主要是電容電流對(duì)人體的危害。在1000V以下的系統(tǒng)，電源容量較小(100kVA以下)，線路不太長(zhǎng)，此時(shí)主要是流經(jīng)絕緣體的漏電流。電源容量較大、線路較長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)線對(duì)地電容電流和絕緣漏電流不能忽略。

3 TN系統(tǒng)

在TN系統(tǒng)，電氣設(shè)備在采取保護(hù)接零的同時(shí)，必須與熔斷器或自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)等保護(hù)配合應(yīng)用，才能起到保護(hù)作用。

當(dāng)設(shè)備的某相與金屬外殼相碰，該相對(duì)中性線的單相短路，短路電流Id=IdL將通過(guò)設(shè)備外殼和中性線形成閉合回路。由于外殼、中性線和相線的合成電阻很小，短路電流將很大，往往都大于三倍的熔絲(片)額定電流，從而使保護(hù)設(shè)備迅速動(dòng)作，故障設(shè)備從線路中切除，就是在故障瞬間，人體觸及故障設(shè)備外殼，通過(guò)人體的電流也是很小的，從而達(dá)到保護(hù)人身和設(shè)備安全的作用。

3.1 TN—C系統(tǒng)

TN—C系統(tǒng)是我國(guó)廣泛采用的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)，由于中性線與保護(hù)線是合一的，為了防止觸電事故，必須將電氣設(shè)備外殼與PEN線作良好的電氣連接。如果電氣設(shè)備外殼既不與PEN線連接，又不與大地作良好電氣連接，這樣做是很不安全的。

圖1 電氣設(shè)備外殼未接地

如圖1所示，電氣設(shè)備絕緣損壞設(shè)備外殼帶電時(shí).漏電流很小，達(dá)不到熔斷器熔絲熔斷植，設(shè)備外殼將長(zhǎng)期存在電壓，當(dāng)人體觸及事故設(shè)備外殼時(shí)，就會(huì)有電流通過(guò)人體，其值為：

式中，Ux——相電壓，220V；Rr——人體電阻(一般在干燥環(huán)境中，人體電阻大約在2000Ω左右；皮膚出汗時(shí)，約為l000Ω左右；皮膚有傷口時(shí)，約為800Ω左右。所以人體電阻一般取800～1000Ω)；Ro——工作接地電阻(一般為4Ω左右)。

若取Rr=1000Ω，則R。＜＜Rr，可忽略。那么

一般情況下，8～10mA以下的工頻電流，50mA以下的直流電流可以當(dāng)作人體允許的安全電流，這些電流長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)人體也是有危險(xiǎn)的（人體通電時(shí)間越長(zhǎng)，電阻會(huì)越小）。很明顯0.22A，已經(jīng)超過(guò)了人體的安全值。

TN—C系統(tǒng)常常接有大量三相和單相負(fù)載，當(dāng)單相負(fù)載過(guò)多，使三相負(fù)載運(yùn)行中出現(xiàn)不平衡時(shí)，PEN線中就會(huì)有不平衡電流Io流過(guò)，并在PEN線上形成電壓降，其值為：

UN=（RN+jxN）IN

式中，RN和XN分別為PEN線上的電阻和電抗。該電壓實(shí)際就是加在電氣設(shè)備外殼上的電壓，有時(shí)可達(dá)到10～40V。這個(gè)電壓在正常運(yùn)行情況下的存在，不但會(huì)使人感到麻電，而且還可能對(duì)附近的金屬構(gòu)件放電，形成火花，特別在易燃易爆環(huán)境是很危險(xiǎn)的。此系統(tǒng)只接地，不接PEN的情況與TT系統(tǒng)相同。

3.2 TN—S系統(tǒng)

TN—S系統(tǒng)的中性線與保護(hù)線是分開(kāi)的，正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)線(PE)上幾乎沒(méi)有工作電流流過(guò)，這就使電氣設(shè)備外殼與變壓器中性點(diǎn)對(duì)地電壓均為零。中性線流過(guò)電流時(shí)的電壓降，沒(méi)有加到電氣設(shè)備的外殼上。

3.3 TN—C—S系統(tǒng)

TN—C—S系統(tǒng)多用在民用建筑中，特點(diǎn)與TN—C、TN—S系統(tǒng)相同。

4 重復(fù)接地

TN系統(tǒng)將電氣設(shè)備外殼與N(PEN)線相接，可以使漏電設(shè)備從線路中迅速切除，不能避免漏電設(shè)備對(duì)地危險(xiǎn)電壓的存在，當(dāng)N(PEN)線斷線時(shí)，設(shè)備外殼對(duì)地電壓接近相電壓，繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間延遲。為使TN系統(tǒng)電氣設(shè)備處于最佳的安全狀態(tài)，必須對(duì)N(PEN)線上一處或多處通過(guò)接地裝置與大地再次連接，如圖2所示，這就是重復(fù)接地。圖3是一個(gè)無(wú)重復(fù)接地的TN系統(tǒng)，當(dāng)接零電氣設(shè)備發(fā)生單相短路時(shí)，從短路起到保護(hù)裝置動(dòng)作完畢，切斷電源的很短時(shí)間內(nèi)，短路電流在PEN線上產(chǎn)生的電壓降為：

式中，IdL——單相短路電流；ZX——相線阻抗；ZL——PEN線阻抗；UL——PEN線電壓降。

圖2 有重復(fù)接地的TN系統(tǒng)

圖3 無(wú)重復(fù)接地的TN系統(tǒng)

圖4 有重復(fù)接地的PEN線斷線

由此看出，PEN線阻抗越大，設(shè)備對(duì)地電壓越高，通常這個(gè)電壓遠(yuǎn)高于安全電壓。一般規(guī)定PEN線導(dǎo)電能力不應(yīng)低于相線導(dǎo)電能力的1／2，依此原則，取ZX=0.5 ZL代入上式則有：

可見(jiàn)，單純接零措施，仍有觸電危險(xiǎn)。

在采用圖2有重復(fù)接地的TN系統(tǒng)時(shí)，短路電流大部分通過(guò)PEN線，只有小部分電流通過(guò)重復(fù)接地電阻RC和工作接地電阻R。，此時(shí)接地電流在R。上的電壓降就是設(shè)備對(duì)地電壓，即：

Ud只占PEN線電壓降的一部分是顯而易見(jiàn)的。若取RC=10Ω，R。=4Ω，則有：

實(shí)際上由于RC、R。與PEN線是并聯(lián)的，Ud比104.8V還要低一些，這個(gè)電壓對(duì)人的危險(xiǎn)仍然存在，與單純的接零相比，重復(fù)接地的安全性要好的多，如果降低重復(fù)接地電阻RC，安全性會(huì)更高。

采用重復(fù)接地，還可以減輕由于PEN線斷線帶來(lái)的危險(xiǎn)性，如圖4所示。接在PEN線斷線處后面的電氣設(shè)備外殼上的對(duì)地電壓為：

在斷線前面設(shè)備外殼上的對(duì)地電壓為：

當(dāng)RC=R。時(shí)，Ud=Uc=U0=UX/2，即斷線前后電氣設(shè)備外殼上的對(duì)地電壓均為UX/2。實(shí)際上RC＞R。Uc＞U0即Ud=Uc＞UX/2。與無(wú)重復(fù)接地相比時(shí)，發(fā)生斷線后人體承受的近似相電壓降低了，但仍不是安全電壓。一般RC=10Ω，在1000V以下的TN系統(tǒng)中，只能起到平衡電位的作用，而不能完全排除危險(xiǎn)。因此，要提高對(duì)PEN線的施工質(zhì)量，加強(qiáng)維護(hù)、防止斷線。

重復(fù)接地可以從PEN線上直接接地，也可以從設(shè)備外殼上接地。戶外架空線宜在線路終端接地，分支線宜在超過(guò)200m的分支處接地，高壓與低壓線路宜在同桿共架段的兩端接地。以金屬外皮作中性線的低壓電纜，也要重復(fù)接地。車間內(nèi)宜采用環(huán)形重復(fù)接地，中性線與接地裝置至少有兩點(diǎn)相連接。

5 總結(jié)

當(dāng)今社會(huì)離不開(kāi)電，電給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了極大便利，若使用不當(dāng)也會(huì)帶來(lái)災(zāi)難，安全用電關(guān)系廣大人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，熟悉接地原理和危險(xiǎn)點(diǎn)分析做好電氣設(shè)備的接地工作，加強(qiáng)設(shè)備巡視檢查，從而將電氣災(zāi)害造成的損失降到最低。