淺談電氣設(shè)備的保護(hù)接地與保護(hù)接零

許 偉

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司， 天津 301700）

1 保護(hù)接地[1]

1.1 IT 系統(tǒng)中保護(hù)接地的作用原理

當(dāng)電氣設(shè)備帶電部分絕緣損壞而又發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架就會(huì)帶電，其電位與電氣設(shè)備帶電部分電位相同。因?yàn)殡姎庠O(shè)備帶電部分與大地形成電容器的關(guān)系，電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架對(duì)地就存在相電壓，而人站在地上觸碰電氣設(shè)備已帶電的金屬外殼或構(gòu)架就必然會(huì)發(fā)生觸電事故。

當(dāng)電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架采取接地保護(hù)措施后，碰殼電流將同時(shí)由接地裝置和人體兩個(gè)導(dǎo)體流向大地。因?yàn)槿梭w電阻比接地裝置電阻大的多，根據(jù)歐姆定律公式I=U/R，所以流經(jīng)人體的電流就很小，絕大部分電流從接地裝置流向大地，從而可以避免或減輕觸電對(duì)人體造成的傷害。

1.2 TT 系統(tǒng)中保護(hù)接地的作用原理

當(dāng)已做接地保護(hù)的電氣設(shè)備帶電部分絕緣損壞而又發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，故障電流由絕緣損壞的電氣設(shè)備帶電部分→電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架→電氣設(shè)備保護(hù)接地裝置→大地→電源中性點(diǎn)接地裝置回到電源中性點(diǎn)，形成了短路。由于電氣設(shè)備保護(hù)接地裝置、大地和電源中性點(diǎn)接地裝置的電阻作用，短路電流可能不會(huì)太大，繼電保護(hù)裝置可能不會(huì)動(dòng)作，那么短路電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架就會(huì)長(zhǎng)期帶電，這就容易發(fā)生人體觸電事故。所以在TT系統(tǒng)中不可采用保護(hù)接地。

2 保護(hù)接零[2]

2.1 TN-C 系統(tǒng)中的保護(hù)接零

1.1 TN-C 系統(tǒng)中保護(hù)接零的作用原理

圖1 TN-C 接零保護(hù)系統(tǒng)示意

當(dāng)電氣設(shè)備的帶電部分絕緣損壞而又發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，故障電流由絕緣損壞的電氣設(shè)備帶電部分→電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架→電氣設(shè)備保護(hù)接零連接線→NPE 線回到電源中性點(diǎn)，形成了短路。由于電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架、電氣設(shè)備保護(hù)接零連接線和NPE 線電阻較小，所以短路電流較大，短路電流促使繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，把電流斷開，以消除人體觸電危險(xiǎn)。如圖1 所示。

1.2 TN-C 系統(tǒng)中保護(hù)接零的局限性

1.2.1 只適用于三相負(fù)載基本均衡的情況。由于單相負(fù)載的存在必然會(huì)造成三相負(fù)載不均衡和NPE 線過長(zhǎng)造成阻抗過大時(shí)，則NPE 線上會(huì)有不均衡電流通過，不均衡電流對(duì)地產(chǎn)生電壓，即NPE 線對(duì)地產(chǎn)生電壓，則做接零保護(hù)的電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架就會(huì)帶電，這樣就有可能造成人身觸電事故。

1.2.2 NPE 線不可斷開

1.2.2.1 以一個(gè)單相回路為例，當(dāng)電氣設(shè)備的帶電部分絕緣損壞而又發(fā)生單相碰殼故障，而NPE 線又?jǐn)嚅_時(shí)，則電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架對(duì)地產(chǎn)生相電壓，即電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架帶電，對(duì)人身安全造成威脅。

1.2.2.2 由于NPE 線斷開造成三相電壓畸變，使電氣設(shè)備工作特性發(fā)生變化，電壓過低設(shè)備無(wú)法正常工作，電壓過高將縮短設(shè)備使用壽命，甚至燒毀設(shè)備造成經(jīng)濟(jì)損失。

1.2.3 NPE 線不得通過漏電保護(hù)器。若NPE 線通過漏電保護(hù)器，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，故障相和NPE 線的故障電流在漏電保護(hù)器內(nèi)的電流互感器中的磁場(chǎng)相互抵消，漏電保護(hù)器將因檢測(cè)不到故障電流而不動(dòng)作，即電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架將會(huì)帶電。

由此可知，TN-C 系統(tǒng)是有其弊端的，現(xiàn)在已很少采用，尤其是在民用配電系統(tǒng)中已不允許采用此系統(tǒng)。

1.3 TN-S 系統(tǒng)中保護(hù)接零的作用原理

當(dāng)電氣設(shè)備的帶電部分絕緣損壞而又發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，故障電流由絕緣損壞的電氣設(shè)備帶電部分→電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架→電氣設(shè)備保護(hù)接零連接線→PE 線回到電源中性點(diǎn)，形成了短路。由于電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架、電氣設(shè)備保護(hù)接零連接線和PE 線電阻較小，所以短路電流較大，短路電流促使繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，把電流斷開，以消除人體觸電危險(xiǎn)。如圖2所示。

圖2 專用變壓器供電時(shí)TN-S 接零保護(hù)系統(tǒng)示意

1.4 TN-C-S 系統(tǒng)中保護(hù)接零的作用原理

TN-C-S 系統(tǒng)即是三相四線供電時(shí)局部TN-S 接零保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)電氣設(shè)備的帶電部分絕緣損壞而又發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，故障電流由絕緣損壞的電氣設(shè)備帶電部分→電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架→電氣設(shè)備保護(hù)接零連接線→PE線→NPE 線回到電源中性點(diǎn)，形成了短路。由于電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架、電氣設(shè)備保護(hù)接零連接線、PE 線和NPE 線電阻較小，所以短路電流較大，短路電流促使繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，把電流斷開，以消除人體觸電危險(xiǎn)。如圖3 所示。

圖3 TN-C-S 接零保護(hù)系統(tǒng)示意

3 同一供電系統(tǒng)中，不得一部分設(shè)備做保護(hù)接零，另一部分設(shè)備做保護(hù)接地的原因

圖4

如圖4 所示，在同一供電系統(tǒng)中，左邊的電氣設(shè)備采用保護(hù)接地，右邊的電氣設(shè)備采用保護(hù)接零。當(dāng)采用保護(hù)接地的電氣設(shè)備帶電部分絕緣損壞而又發(fā)生單相（三相中的任一相，這里假設(shè)為L(zhǎng)1相）碰殼故障時(shí)，故障電流由絕緣損壞的電氣設(shè)備帶電部分→電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架→電氣設(shè)備保護(hù)接地裝置→大地→電源中性點(diǎn)接地裝置回到電源中性點(diǎn)，形成了短路。由于電氣設(shè)備保護(hù)接地裝置、大地和電源中性點(diǎn)接地裝置的電阻作用，短路電流可能不會(huì)太大，繼電保護(hù)裝置可能不會(huì)動(dòng)作，那么采用保護(hù)接地的電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架就會(huì)長(zhǎng)期帶電。根據(jù)串聯(lián)電路原理，如果電氣設(shè)備保護(hù)接地裝置的電阻和電源中性點(diǎn)接地裝置的電阻相同，則左邊采用保護(hù)接地裝置的電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架和NPE 線對(duì)地電壓俱為110V。由于右邊的電氣設(shè)備采用了保護(hù)接零，則該電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架也帶有110V 對(duì)地電壓。同時(shí)左邊采用保護(hù)接地的電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架和右邊采用保護(hù)接零的電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架之間有220V 相電壓。對(duì)人身安全造成威脅。

所以，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)與外電線路共用同一供電系統(tǒng)時(shí)，電氣設(shè)備的接地、接零保護(hù)應(yīng)與原系統(tǒng)保持一致。不得一部分設(shè)備做保護(hù)接零，另一部分設(shè)備做保護(hù)接地[2]。但是，對(duì)于同一臺(tái)設(shè)備，同時(shí)接零又接地的話，安全性更高。