保護(hù)接地與保護(hù)接零在工程中的應(yīng)用

田靜

摘 要：詳細(xì)介紹了電氣設(shè)備“保護(hù)接地”和“保護(hù)接零”的概念、工作原理以及它們所適用的供電系統(tǒng)，著重從原理上澄清“保護(hù)接地”和“保護(hù)接零”的概念，使人們比較清晰地認(rèn)識(shí)保護(hù)接地和保護(hù)接零的區(qū)別，并能在工程實(shí)踐中正確使用這兩種保護(hù)。

關(guān)鍵詞：電氣保護(hù)；保護(hù)接地；保護(hù)接零；接地電阻

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.158

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，種類繁多、性能各異的電氣設(shè)備已進(jìn)入社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。人們對(duì)電氣設(shè)備的依賴性越來越高。但如果電氣設(shè)備的絕緣一旦損壞，發(fā)生一相碰殼事故，人身觸及因漏電而帶電的電氣設(shè)備的金屬外殼，將會(huì)發(fā)生觸電危險(xiǎn)。因此，安全用電已成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。在此情況下，人們自然會(huì)想到電氣設(shè)備的“保護(hù)”。通常，電氣設(shè)備的保護(hù)主要有保護(hù)接地和保護(hù)接零兩種。但因?yàn)閷?duì)這兩種保護(hù)的概念不清，往往把兩者混為一談，有時(shí)用保護(hù)接地代替保護(hù)接零，致使供電系統(tǒng)存在許多不完善或錯(cuò)誤的保護(hù)，埋下極大的安全隱患。本文著重從原理上澄清概念，使人們比較清晰地認(rèn)識(shí)保護(hù)接地和保護(hù)接零的區(qū)別及這兩種保護(hù)在工程中的應(yīng)用。

1 兩種電氣保護(hù)的概念不同

保護(hù)接地是將平時(shí)不帶電的電氣設(shè)備的金屬外殼通過接地體與大地連接起來，以確保絕緣損壞時(shí)，流過人身的觸電電流降到安全值之內(nèi)的一種技術(shù)性安全措施。

保護(hù)接零是將正常情況下不帶電的金屬部分與電網(wǎng)的零線連接起來，來防止意外帶電體上觸電事故發(fā)生的安全措施。

2 兩種電氣保護(hù)的原理不同

在變壓器中性點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)中，當(dāng)電氣設(shè)備采用保護(hù)接地時(shí)，漏電設(shè)備對(duì)地電壓主要取決于保護(hù)接地電阻Rb的大小，由于Rb和Rr（人體電阻）并聯(lián)，且Rb<

式（1）中：Ud為漏電設(shè)備對(duì)地電壓；U為電網(wǎng)相電壓；Rb為接地電阻；Z為電網(wǎng)每相對(duì)地絕緣的復(fù)數(shù)阻抗。

因Rb<<︱Z︱，所以設(shè)備對(duì)地電壓大大降低，只要適當(dāng)控制Rb的大小，就可以將漏電設(shè)備對(duì)地電壓限制在安全范圍之內(nèi)。

在變壓器中性點(diǎn)接地供電系統(tǒng)中，當(dāng)某一相帶電部分與設(shè)備外殼相碰時(shí)，通過設(shè)備外殼形成該相對(duì)零線之間的單相短路，短路電流Idd能使線路上的保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切斷電源，從而把故障部分與電源隔開，防止出現(xiàn)觸電危險(xiǎn)。

保護(hù)接地的原理是人為地將短路電流導(dǎo)入大地，從而限制通過人體的電流強(qiáng)度；而保護(hù)接零的原理是當(dāng)某一相與設(shè)備外殼相碰時(shí)，人為制造短路通路，強(qiáng)大的短路電流使系統(tǒng)中的保護(hù)裝置動(dòng)作，自動(dòng)而迅速地切除短路故障，不允許將短路電流導(dǎo)入大地?？梢?，保護(hù)接地和保護(hù)接零的保護(hù)方式從原理上是截然不同的。

3 兩種保護(hù)適用的供電系統(tǒng)不同

通過以上分析可知，因?yàn)楸Ｗo(hù)接地和保護(hù)接零的保護(hù)原理不同，所以在變壓器中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)中采用保護(hù)接地，在變壓器中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中則采用保護(hù)接零。如果在變壓器中性點(diǎn)接地供電系統(tǒng)中采用保護(hù)接地，因?yàn)橥ǔ５蛪汗╇娤到y(tǒng)的相電壓為220 V，而Rd和Ro一般不超過4 Ω。如果按4 Ω計(jì)算，如果某相發(fā)生碰殼短路，其接地電流為：

式（2）中：I為單相接地電流；U為相電壓；Rd為設(shè)備接地電阻；Ro為系統(tǒng)接地電阻。

這時(shí)，電氣設(shè)備外殼的對(duì)地電壓為：

所以，27.5 A的單相接地電流只能保證15 A以下的熔斷器和整定電流不超過20 A的自動(dòng)開關(guān)迅速動(dòng)作。事實(shí)上，供電系統(tǒng)中的熔斷器或自動(dòng)開關(guān)的額定電流值往往比此值大得多，27.5 A的單相接地電流不足以使其動(dòng)作，因而近110 V的電壓將長期存在于設(shè)備外殼上，對(duì)人身存在著很大危險(xiǎn)?？梢姡杆俚厍袛喙╇娋W(wǎng)絡(luò)中的事故段，是保證人身安全的最好辦法。因此，在變壓器中性點(diǎn)接地供電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備應(yīng)采用保護(hù)接零，嚴(yán)禁采用保護(hù)接地。

通過以上分析可知，保護(hù)接地與保護(hù)接零雖然都是為了防止接觸電壓和跨步電壓對(duì)人的危害，但在同一個(gè)配電系統(tǒng)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。如果在中性點(diǎn)接地的供電系統(tǒng)中，同時(shí)采用保護(hù)接地和保護(hù)接零措施，當(dāng)某一相與電氣設(shè)備A發(fā)生碰殼時(shí)，其接地電流經(jīng)設(shè)備A的外殼和保護(hù)接地電阻R1流入大地，又從工作接地極R2流回電源變壓器的中性點(diǎn)。這時(shí)，接地電流將在R2上產(chǎn)生電壓降。如果R1=R2=4 Ω，則這時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電壓為：

這個(gè)危險(xiǎn)的電壓通過零線加在整個(gè)供電系統(tǒng)所有采用保護(hù)接零的電氣設(shè)備外殼上，不僅起不到安全保護(hù)作用，相反會(huì)造成更大的危險(xiǎn)。

4 結(jié)論

根據(jù)不同的用電場(chǎng)合，分為變壓器中性點(diǎn)接地和中性點(diǎn)不接地兩種供電系統(tǒng)。變壓器中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)只用于煤礦井下等少數(shù)地方。目前，人們普遍接觸的是變壓器中性點(diǎn)接地的380 V/220 V三相四線制供電系統(tǒng)。在這種供電系統(tǒng)中，零線要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并且不允許裝設(shè)熔斷器，以避免零線發(fā)生斷裂。為了防止零線斷裂后發(fā)生觸電危險(xiǎn)，工程中常用的措施是重復(fù)接地，即在低壓配電線路中相隔一定距離，零線接地一次。這樣，在重復(fù)接地極以前零線發(fā)生斷裂且又發(fā)生相線單相碰殼時(shí)，短路電流通過重復(fù)接地極和系統(tǒng)接地極構(gòu)成回路。這與不設(shè)重復(fù)接地相比較，優(yōu)點(diǎn)在于降低了碰殼時(shí)的接觸電壓。但零線斷裂后的危險(xiǎn)性依然存在，保護(hù)接零還存在不完善之處。因此，現(xiàn)在有一些工程已采用三相五線制和單相三線制。這種新的方法是從電源處同時(shí)引出2根零線，1根作為工作零線，1根作為保護(hù)零線。這種方法具有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①避免了零線斷裂時(shí)，將相電壓引出金屬外殼的危險(xiǎn)。②在三相不平衡時(shí)，零線中有較大的電流通過，零線存在高電位。將工作零線和保護(hù)零線分開，避免了人接觸有高電位零線的危險(xiǎn)。③在單相三線制中，相線和工作零線都可以裝設(shè)熔斷器，避免了相零混接，使相線失去保護(hù)的可能。這種方法使保護(hù)接零更加完善，值得在實(shí)際工作中采用和推廣。

綜上所述，我們只有在工程實(shí)踐中正確使用“保護(hù)”，才能真正做到安全用電。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕