接地Microsoft Office Word 文档.docx

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电气系统接地与安全

第一节地和接地

一、地和接地的概念

1、地

A、电气地。

大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。

这种地是电气地不等于地理的地，但又包含在地里地之中。

B、地电位。

与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体成为接地极，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板。

当流入地中的电流通过接地极向大地左半球形散开时，由于这半球型的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，电阻距接地极越近越大，而距接地极越远的地方电阻越小。

经实验证明：

在距单根接地极或碰地处20m以外的地方，半球型的球面已很大，实际已没有电阻存在，不再有电压降。

该处的电位已接近于零。

这种等于零的电气地，成为电气地。

地电位是指流散区域以外的土壤区域。

在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。

C、逻辑地。

电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考地电位，这个电位还可以防止外界电磁信号的侵入，常称这个电位为逻辑地。

这个地不一定是地理地，也可是电子设备的金属外壳、底座印刷电路板的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等。

逻辑地可与大地接触，也可不接触，而电气地必须与大地接触。

2、接地

大地是可导电的地层，其任何一点的电位通常取为零。

电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连，称为接地。

接地的目的是使人可能接触到的导电部分基本降低到接近零电位，这样当发生电气放电时，即使这些导电体部分带电，因其电位与人体所站立处的大地点为基本接近，可以减少电击危险。

接地极。

用来直接与土壤接触，有一定流散电阻的一个或多个金属导体叫接地极。

如埋在地下的钢管、角铁等。

接地线。

连接电器装置迎接地部分和接地体所用的金属导体交接地线。

接地装置是接地极和接地线的总称。

3、接地电流和接地短路电流。

凡从接地点流入地下的电流成为接地电流。

接地电流有正常接地电流和故障接地电流之分。

前者是正常工作时接地装置流入低下，形成工作回路的电流。

后者是发生故障时出现的接地电流。

二、接地的分类

保护性接地

1、防电击接地

为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电使平时不带电的外露导电部分带电而导致电击，将设备的外露导电部分接地，称为防电击接地。

这种接地还可以限制线路涌流或低压线路及设备由于高压窜入引起高电压，当产生故障时有利于过电流保护装置动作而切断电源。

这种接地也是狭义上的保护接地。

2、防雷接地

将雷电导入大地是为了防止雷电是人身遭受电击或财产受损失。

3、防静电接地

将静电荷引入大地，防止静电积聚对人体和设备造成危害。

特别是集成电路容易受到静电的破坏。

4、防电蚀接地

地下埋设金属体，作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。

功能性接地

1、工作接地。

在正常或故障情况下，为了能保证电气设备正常工作，必须把电力系统上的某一点，通常为变压器中性点接地，称为工作接地。

此种接地可直接接地、经电阻接地、或经线圈接地。

2、逻辑接地。

为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属件作为逻辑地，一般采用金属底板作逻辑地。

常将逻辑接地基其他模拟信号系统的接地统称为直流地。

3、屏蔽接地。

将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，也可减少电子设备产生的干扰影响其它电子设备。

4、信号接地。

为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，例如检测漏电流的接地，阻抗测量电桥和电晕放电损耗测量等电气参数测量的接地。

三、接地系统的组成

接地系统是将电气装置的外露导电部分通过导体与大地相连解的系统。

有下列几部分组成：

1、接地极（T）。

与大地紧密接触并与大地形成电气连接的一个或一组导电体称为接地极。

常用作接地极的有：

接地棒、接地管、接地带、接地线、接地板和地下钢结构、钢筋砼中的钢筋等。

多个接地极在地中配置的相互距离可使得其中之一流过最大电流是不致显著影响其它接地极电位的成为独立接地极。

一般情况下，两个接地极相距至少10m，才能算独立接地极。

如要两个接地极彼此不受影响，至少相距40m。

2、总接地端子（B）。

连接保护线、接地线、等电位联结线等用以接地的多个端子的组合称为总接地端子。

3、接地线（G）与接地极相连，只起接地作用的导体称为接地线。

一般将从总接地端子连接到地极的导体成为接地线。

连接多条接地线并与总接地端子相连的导体称为接地干线。

4、保护线（PE）。

用于电击保护。

将外露导电部分M、装置外导电部分C、总接地端子B、接地极T、电源接地点或人工中性点任何部分连接起来的导体称为保护线。

从广义上说，PE线包括上述接地线G，也包括用作住等电位联结的主等电位联结线、用作辅助等电位联结的辅助等电位联结线及设备外露部分和装置外导电部分直接或间接与接地干线相连的导体。

从狭义上讲PE线通常指设备外部导电部分和装置外导电部分直接或间接与接地干线相连的导体。

5、接地装置。

接地装置是接地极和接地线的总称。

四、各类接地的兼容性

彼此靠近的各类接地，建议用一个共同的接地装置，这个接地装置要能满足所连接的不同类别接地的所有要求。

不同类别的接地如果相距不到20m，采用两个或更多的接地装置，当用电设备接地时，接地电流在地中所产生的电位相互影响，达不到降低接触电压或跨步电压的要求。

如果将彼此靠近的各类接地连接在一个接地装置上，彼此电位相差很少，所受到的影响要小得多。

因此，除了有特殊要求者外，尽可能采用共同接地。

第二节IT系统

低压配电系统按保护接地的形式不同可分为：

IT系统、TT系统和TN系统。

其中IT系统和TT系统的设备外露可导电部分经各自的保护线直接接地（过去称为保护接地）；TN系统的设备外露可导电部分经公共保护线与电源中性点直接电气连接（过去称为接零保护）。

国际电工委员会（IEC）对系统接地的文字符号的意义规定如下：

1、第一个字母表示电力系统的对地关系：

I---所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地；

T---中性点直接接地。

2、第二个字母表示装置的外露可导电部分的对地关系：

T---外露可导电部分对地直接电气连接，与电力系统的任何接地点无关；

N---外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接（在交流系统中，接地点通常就是中性点）。

3、后面还有字母时，这些字母表示中性线与保护线的组合：

S---中性线和保护线是分开的；

C---中性线和保护线是分开的。

一、IT系统的安全原理

IT系统的电源中性点是对地绝缘或经高阻抗接地，而用电设备的金属外壳则直接接地。

即过去所称三相三线制供电系统的保护接地。

若设备外壳没有接地，在发生单相碰壳故障时，设备外壳带上了相电压，此时人触摸外壳，就会有相当危险的电流流经人身与电网和大地之间的分布电容构成回路，人身遭电击。

而设备的金属外壳有了保护接地后，由于人体电阻远比接地装置的接地电阻大，大部分电流被接地装置分流，从而保护了人的安全。

IT系统适用于环境条件不良，易发生单相接地故障的场所，以及易燃、易爆的场所。

二、保护接地的应用范围

保护接地，就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接,以保护人体的安全.当电气设备因绝缘损坏而外壳带电时,接地短路电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过。

流过每一条通路的电流值与其电阻的大小成反比。

接地体电阻越小，流经接地体的电流就越大，流经人体的电流就越小，当街地替电阻极小时，流经人体的电流几乎等于零，因而人体得到了保护，避免了触电的危险。

需要保护接地的范围

保护接地适用于各种不接地配电网。

在这类配电网中，凡由于绝缘损坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，除有特殊会定者外需要通过PE线进性接地。

他们主要包括：

1、电机、变压器、电器、携带式及移动式用电工具、照明灯具等的金属底座和外壳；

2、电器设备的传动装置；

3、互感器的二次绕组；

4、配电屏、控制屏、开关柜、配电板的金属构架以及可拆卸的可开启的部分箱式变电站的金属箱体；

5、电力和控制电缆对金属外皮和铠装，金属接头盒，终端头和膨胀器金属外壳，导线的金属包皮，敷设导线的金属管、母线盒及支撑结构、固定电缆的托盘、梯架、槽盒和吊索以及在金属架上所安装电气设备的其他金属结构；

6、起重机的导轨提升机的金属构架；

7、在非沥青地面的居民区内，不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中无避雷线架空线路的金属杆塔和钢筋砼杆塔;

8、室内外配点装置的金属构架和钢筋砼构架中的钢筋以及靠近带电部分的金属栅和门；

9、装在配电线路杆上的开关设备、电容器等电力设备的金属外壳及装有避雷线的架空线路杆塔。

不需要保护接地的范围

电气设备的下列金属部分，除有特殊要求者外不需要保护接地：

1、在木质、沥青等不良导电地面，无裸露接地导体的干燥的房间内，交流额定电压380V级以下、直流额定电压220V及以下电气设备外壳，且维修人员不可能同时触及接地物件时；但当有可能同时触及上述电气设备外壳和以接地的其它物体时，则仍应接地；

2、在非爆炸危险区域的干燥场所内，交流额定电压50V及以下、支流额定电压120V及以下的电器外壳；

3、安装在各种配点及控制屏台和配电装置上的电器测量仪表、继电器和其他低压电器的外壳，以及当绝缘损坏时也不会在支持物上引起危险典雅的安装绝缘体的小金属底座等；

4、非爆炸危险区域内与已接地构架有良好电器接触的设备，如穿墙套管等（但应保证设备底座与金属框架接触良好）；

5、额定电压220V级以下的蓄电池室内的金属支架；

6、非爆炸危险区域内与已接地的机器设备底座之间有良好电器接触的电动机和电器的外壳；

7、有自备发电站和工业企业区域内引向非易燃易爆场所的铁路轨道；

8、不要求防止大气过电压的架空线路的木质电杆或露天变电所的木质架构上没有金属接地包皮的电缆和没有芥蒂的绝缘导体，安装在架构上的各种形式绝缘子、拉线、支架和照明灯具的附件；

9、双重绝缘的电气设备外壳；

10、金属卡件、紧固件，穿越墙壁及楼板的电线、电缆的金属保护管和其他类似零件，以及沿墙壁、楼板及其他构架敷设缆线所用的面积在100㎡及其以下的电缆引线盒。

三、接地电阻的确定

保护接地的原理是限制漏电设备外壳对地电压在安全限值以内，从而使流过人体的故障电流限制在安全范围内。

低压设备接地电阻。

在380V不接地低压系统中，单相接地电流很小，为限制设备漏电时外壳对地电压不超过安全范围，一般要求保护接地电阻≤4Ω。

当配电变压器或发电机的容量不超过100KVA时，由于配电网分布范围很小，单向故障接地的电流更小，因此可以放宽对地电阻的要求，≤10Ω即可。

我们施工中，对接地电阻都有要求，经常遇到的接地电阻≤4Ω、≤10Ω、≤30Ω等。

第三节TT系统

1、TT系统的原理

我国绝大部分企业的低压配电网都采用星形连接的中性点直接接地的三相四线制电网。

此种电网具有以下优点：

可以提供线电压和相电压，便于动力和照明由同一台变压器供电；具有良好的过电压防护性能，一相故障接地时单相电机的危险性小，接地故障容易检测。

低压中性点的接地通常叫做工作接地，中性点引出的导线叫中性线。

由于中性线是通过工作接地与零电位大地连在一起的，因而中性线也叫零线。

这种配电网的额定供电电压为230/400V，额定用电电压为220/380V。

在这种低压中性点直接接地配电网中，如果电气设备金属外壳未采取任何措施，当设备外壳故障带电发生单相电击时，人体承受的电压接近相电压。

也就是说在接地的配电网中发生单相电击时，人受到的危险性更大。

2、TT系统的应用

根据它的原理，一般情况用于低压共用用户，即用于为装备配电变压器从外面引进低压电源的小型用户。

采用TT系统时，被保护设备的所有外露导电部部分军营同接地体的保护导体连接起来。

采用TT系统时，当设备发生单相碰壳故障时，接地电流并不大，往往不能使保护装置动作，这将导致线路长期带故障运行；当TT系统中的用电设备只是由于绝缘不良引起漏电时，因漏电电流往往不大（仅为毫安级），不可能是线路的保护装置动作，这也导致漏电设备的外壳长期带电，增加了人身触电的危险。

因此，TT系统必须加装剩余电流动作保护器，方能成为较为完善的保护系统。

目前，TT系统广泛用于城镇、农村居民区、工业企业和公用变压器供电的民用建筑中。

第四节TN系统

在变压器或发电机中性点直接接地的380/220V三相四线低压电网中，将正常运行时不带电的用电设备的金属外壳经公共的保护线与电源的中性点直接电气连接，即过去所称的三相四线制供电系统中的保护接零。

TN系统及保护接零系统。

一、TN系统的安全原理及类别

1、TN系统的安全原理。

在中性点接地的三相四线制配电网中，当电气设备发生单相碰壳时，故障电流经设备外壳形成相线对对保护线的单相短路。

这将产生较大的短路电流，令线路上的保护装置立即动作，将故障部分迅速切除，从而保证人身安全和其他设备或线路的正常运行。

接零的保护作用不是有单独接零来实现的，而是要与其他线路保护装置配合使用才能完成。

在三相四线制配电网中要区分开工作领先和保护零线。

工作零线即中性线，用N表示；保护零线及保护导体，用PE表示。

如果一根线既是工作零线又是保护零线，则用PEN表示。

TN系统的电源中性点直接接地，并由中性线引出。

按其保护线形式，TN系统又分为：

TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统等三种。

2、TN系统的类别。

A、TN-C系统（三相四线制）

B、TN-S系统（三相五线制）

C、TN-C-S系统（三相四线制与三相五线制混合系统）

在TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统中，为确保PE线或PEN线安全可靠，除在电源中性点进行工作接地外，对PE线和PEN线还必须进行必要的重复接地。

PE线和PEN线上不允许装设熔断器和开关。

在同一供电系统中，不能同时采用TT系统和TN系统保护。

二、保护接零的应用范围

在电力系统中，由于电气装置绝缘老化、磨损或被电压击穿对那个原因，都会使原来不带电的部分（如金属底座、金属外壳、金属框架等）带电，或者使原来带低压电的部分带上高压电，这些意外的不正常带带电将会引起电气设备损坏和人身触电伤亡事故。

为了避免这类事故的发生，通常采取保护接地和保护接零的防护措施。

1、保护接地的作用及其局限性。

在电源中性点不接地的系统中，如果电气设备金属外壳不接地，当设备带电部分某处绝缘损坏碰壳时，外壳就会带电，其电位与设备带电部分的电位相同。

由于线路与大地之间存在电容，或者线路某处绝缘不好，当人体触及带电的设备外壳时，接地电流将会全部流经人体，显然这是十分危险的。

采取保护接地后，接地电流将同时沿着接地体与人体两条途径流过。

因为人体电阻比保护接地电阻大得多，所以流经人体的电流就很小，绝大部分电流从接地体流过，从而可以避免或减轻触电的伤害。

从电压角度来说，采取保护接地后，故障情况下带电金属外壳的对地电压等于接地电流与接地电阻的乘积，其数值比相电压要小得多。

接地电阻越小，外壳对低电压越低。

当人体触及带电外壳时，人体承受的电压，即接触电压最大为外壳对地电压（人体理接地体20m以外），一般均小于外壳对地电压。

从以上分析得知，保护接地是通过限制带电外壳对地电压（控制接地电阻的大小）或减小通过人体的电流来达到保障人身安全的目的。

在电源中性点直接接地的系统中，保护接地有一定的局限性。

这是因为在该系统中，当设备外壳发生碰壳故障时，便形成单相接地短路，短路电流流经相线和保护接地、电源中性点接地装置。

如果接地短路电流不能使熔丝可靠熔断或自动开关可靠跳闸时，漏电设备金属外壳上就会长期带电，也是很危险的。

2、保护接零的作用及应用范围。

由于保护接地有一定的局限性，所以就采用保护接零。

即将电气设备正常情况下不带电的金属部分用金属导体与系统的零线连接起来，当设备绝缘损坏碰壳时，就形成单相金属性短路，短路电流流经相线---零线回路，而不经过电源中性点接地装置，从而产生足够大的短路电流，使过流保护装置迅速动作，切断漏电设备的电源，以保证人身安全。

其保安效果比保护接地好。

保护接零适用于电源中性点直接接地的三相四线制低压系统。

在系统中，凡由于绝缘损坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，除另有规定外都应接零。

应接零和不必接零的设备或部位与保护接地相同。

凡是有单独配电变压器供电的厂矿企业，应采取保护接零方式。

3、对保护零线的要求。

A、保护零线应单独敷设，并在首、末端和中间处作不少于3处的重复接地，每处接地电阻值不大于10Ω；

B、保护零线仅作饱和接零之用，不得与工作零线混用；

C、保护零线上不得装有控制开关和熔断器；

D、保护零线应为具有绿/黄色标志的绝缘线；

E、保护零线截面积应不小于工作零线截面。

架空敷设时，采用绝缘铜线，截面积应不小于10㎜2，采用绝缘铝线时，截面积不应小于16㎜2；电气设备的保护零线应为截面积不小于2·5㎜2的多股绝缘铜线。

工作接地。

在正常或故障情况下，为了能保证电气设备正常工作，必须把电力系统上的某一点，通常为变压器中性点接地，称为工作接地。

此种接地可直接接地、经电阻接地、或经线圈接地。

保护接地。

为了防止接触电压和跨步电压的危险，将电气设备不带电的金属外壳用导线与接地体相连，叫保护接地。

保护接零。

在中性点直接接地的220v、380v三相四线制电网中将电气设备不带电的金属外壳用导线直接和零线连接，叫保护接零。

重复接地。

在采用重复接零的情况下，除变压器的中性点直接接地外，还必须在零线上一处或多处再行接地，叫重复接地。

跨步电压。

地面上相互距离为一步（0·8m）的两点之间因接地短路之间的电流而造成的电压叫跨步电压。