接地系统电气安全课程.docx

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接地系统电气安全课程

接地安全

●接地之目的：

接地安全之設計有兩項目的：

1.在正常及故障的情況下，提供路徑給電流流入大地。

2.基於安全考量，確保人員不曝露於危險的致命電擊。

●接地之分類：

以安全的觀點區分，接地種類有故意接地與意外接地兩種。

一、故意接地：

（a）系統接地：

對電路施行的接地。

在電力系統中，選擇適當地點，如變壓器之中性點，與大地互相連接，此種接地稱之。

（b）設備接地：

與電路相連接之負載設備，其未帶電金屬部分所施行的接地。

對電機設備的鐵架或外箱予以接地稱之，亦稱機殼接地。

如上圖當電動機絕緣降低時：

（1）設備未接地，則人體碰觸到設備外殼，將與碰觸到電源同電位，將有發生感電之虞。

（2）設備確實接地，則人體將如同碰觸到大地零電位一樣，亦可藉保護設備如：

漏電斷路器檢知，而隔絕系統與設備。

二、意外接地：

即非故意接地者謂之。

經常會引起機器設備之不正常運作或人員之感電事故。

三、其他接地：

1.防止雷擊用之接地：

如避雷器，高壓鐵塔之架空接地線。

2.防止靜電干擾用之接地：

為防止因摩擦而發生並蓄積之靜電的各種干擾，而將該靜電釋放到大地之接地，如：

油灌車所牽引的接地鏈條，電腦外殼之接地等。

3.接地故障檢出用之接地：

為使漏電電驛或接地電驛確實動作所實行之接地。

4.功能用接地：

如發電廠冷凝器水箱tube管路用之陰極防蝕，埋於地下之不銹鋼管路為防止迷失電流腐蝕所實行之接地等。

●接地系統與非接地系統之比較：

接地系統：

1.與電路直接接觸，會產生較大電流流經人體之可能。

2.當發生單相接地時，其他兩相電壓不會提高。

故障電流不等於零。

V1＝0；V2＝E；V3＝E；If≠0

非接地系統：

1.雖與電路接觸，但不會有較大電流流經人體。

2.當發生單相接地時，使正常相之電壓提高73%。

故障電流等於零。

V1＝0；V2＝√3E；V3＝√3E；If＝0

※比較表：

接地系統

非接地系統

當發生單相接地時，其他兩相電壓不會提高。

使正常相之電壓提高73%

If≠0，接地故障檢出較容易，供電可靠度提高。

If＝0，接地故障檢出困難。

電路發生故障或異常高壓產生，如雷擊突波、開關突波等得以導入大地而被抑制。

無法被抑制。

適用於大規模之系統。

適用於小規模之專用系統。

靜電電壓得以經接地而消除。

無法消除。

故障電流較大，If≠0

故障電流數值不大僅充電電流。

與電路直接接觸，會產生較大電流流經人體之可能。

不會有較大電流流經人體。

●設備接地概述

設備接地的主要目的為：

1.降低感電時之感電電壓及

2.提供一低阻抗迴路，使故障電流增大以迅速啟動保護裝置，保障人員的安全。

如圖（a）所示，當工廠之低壓設備由於絕緣破壞而發生漏電，其故障電流經由設備接地點流入大地，再經由系統接地回流回系統電源端。

其中：

VS：

系統電壓。

Vg：

感電電壓（設備外殼相對於參考電位之電壓）。

RS：

系統接地電阻。

Rg：

設備接地電阻。

Rt：

設備絕緣電阻。

圖（b）為其等效電路圖，由圖可知Vg為設備接地系統之電壓，即感電電壓（設備外殼相對於參考電位之電壓）。

設備接地系統的電壓Vg受到系統電壓VS、設備接地電阻Rg、設備絕緣電阻Rt和系統接地電阻RS四者之影響。

其中若設備接地電阻Rg越大則設備發生接地故障時接地故障電壓Vg越高，反之Rg越小則接地故障發生時Vg越低，另外若設備沒有實施接地（即Rg非常大），Vg的大小會相當接近系統電壓VS。

當人員站立在地面並觸摸到設備外殼時，其感電電壓為Vg再扣除所站立該點之地面電位，若假設地面電位為零，則感電電壓即為Vg。

另外，由圖中亦可觀察出，如果設備沒有實施接地或接地電阻過高，當設備外殼因絕緣不良而發生漏電現象時，其漏電電流較小，可能無法啟動保護設備切斷電源，故此漏電現象會持續的存在，容易造成人員感電的危險。

因此設備接地電阻Rg越低可使漏電現象的偵測較為容易，故接地電阻值的大小與人員發生感電時所造成的危險程度有關，所以應深入研究設備接地之安全技術並確實施行。

●接地故障：

即電路與大地間因絕緣劣化而產生電路異常，經由電弧或直接接觸而使兩者形成完全導通。

而產生危險電壓及危險電流，引起感電或漏電等事故。

（1）接地故障保護：

依據系統的接地方式而有不同之保護方法。

1.保護接地方式

2.過電流斷路器

3.漏電警報方式

4.絕緣變壓器

5.漏電斷路器

由感電事故統計報告顯示，使用漏電斷路器使得感電事故大幅減少。

其中以漏電斷路器為保護接地故障最有效之方式，其一為防止感電，其二為防止火災。

（2）接地任務：

所謂接地即電器設備之被接地體經接地線，而與大地相接觸之接地電極相連接所構成。

※當接地電阻愈低，則接地電流愈容易流通。

※若設備因接地而使得故障電流流入接地系統，則產生電壓上升，此種電壓上升依據歐姆定理

E＝I．R

其中R為接地電阻，為使電壓上升減至最低，則甚低之接地電阻是必要的。

●漏電斷路器原理及性能

（一）動作原理：

利用ZCT（零相比流器），偵測出系統中流有故障電流，經過放大器而動作開啟SW，將設備與系統切離，以保護人體發生感電事故。

如下圖說明。

1.當負載設備絕緣正常，無漏電現象時：

故障電流（接地電流）Ig＝0。

此時，流進負載電流等於流出負載電流I＝I－Ig。

故零相比流器ZCT無動作。

2.當負載設備絕緣劣化，發生漏電現象時：

故障電流（接地電流）Ig≠0。

此時，流進負載電流不等於流出負載電流I≠I－Ig。

故零相比流器ZCT動作，開啟SW。

零相比流器（ZCT）動作原理圖

（二）漏電斷路器之性能：

（1）依動作電流來分，可分為高感度型及中感度型兩種。

A.高感度型係指額定動作電流在30mA以下。

B.中感度型係指額定動作電流在50~1000mA。

（2）依動作時間來分，可分為高速型及延時型兩種。

A.高速型：

於額定動作電流之動作時間為0.1sec以下，以防止感電事故為主要目的。

如：

使用於住宅電燈及插座（浴室）分路。

B.延時型：

於額定動作電流之動作時間為0.1sec以上，但在2sec以下。

主要用於發生接地故障時。

類別

額定動作電流

動作時間

高感度型

高速型

5，10，30mA

0.1秒以內

延時型

0.1~2秒

中感度型

高速型

50，100，200，300，500，1000mA

0.1秒以內

（3）漏電動路器之額定電流：

漏電斷路器額定電流應大於電路之負載電流以防在額定負載電流範圍內產生不必要之誤動作。

●漏電斷路器應裝設場所：

1.依據勞工安全衛生設施規則第243條規定，雇主對於使用電壓超過150V以上之移動式或攜帶式電動機具，或於濕潤場所、鋼板上或鋼筋上等導電性良好場所使用移動式或攜帶式電動機具及臨時用電設備，為防止因漏電而生感電危害，應於各該電路設置適合其規格，具有高靈敏度，能確實動作之感電防止用漏電斷路器。

2.依據屋內線路裝置規則規定應裝設漏電斷路器之場所：

建築或工程興建等臨時用電。

游泳池等水中照明用電。

灌溉、養魚池等用電。

辦公處所、學校和公共場所之飲水機用電。

住宅處所之電熱水器及浴室設有插座之插座分路。

分路由屋內引至屋外裝設之插座分路。

遊樂場所之電動遊樂設備分路。

電路為供電燈、電具及插座用電，對地電壓超過150V，應加裝漏電斷路器或採用一種有極性之接地極插頭及插座。

供給火藥庫之電路應備漏電警報器或漏電斷路器。

●接地電阻

（1）接地電流I：

由接地設備經接地線，在經接地電極流入大地的電流稱之。

（2）電壓上升E：

由接地電流流經接地電極時，所產生之電壓，此種電壓稱之。

（3）接地電阻R：

針對一只接地電極，若使接地電流I流入，而產生電壓上升E，此時電壓上升與接地電流之比值，即為該接地電極之接地電阻。

※接地電阻包含下列三種電阻：

（a）接地線、接地電極本身之電阻值。

（b）接地電極表面及其土壤間之接觸電阻值。

（c）接地電極周圍土壤之電阻值。

●接地電阻測定方法：

以往均使用內藏式小型手轉式發電機作為電源，但近年來均使用電晶體式整流器，以乾電池作為電源，經Inverter變為交流電源使用。

（一）測量原理：

圖中CT為比流器，R為可變電阻，G為直流檢之計，Co以阻止電流通過電位電極之電容器。

（1）S投入後則電流I由測定端E→被測量電極→C電流電極→CT之一次側

（2）同步整流器中，由於I所產生Ep間之電位差，與可變電阻R所產生的電位差方向相反，若兩者相等時G之指示為零。

∴I．Rx＝αI．r

⇒Rx＝α．r

其中：

α為CT之變流比

r為可變電阻之電阻值，操作者可調整

※E1與E2電位相等時，檢流計G指針為零，不偏轉。

（二）接地電阻測量接線圖

●接地工程之種類及適用範圍

種類

適用處所

接地線線徑

接地電組

特種接地

3φ4w式多重接地系統供電地區用戶變壓器之低壓電源系統接地，或高壓用電設備接地。

1.變壓器容量5OOKVA以下者：

22m㎡以上。

2.變壓器容量超過5OOKVA者：

38m㎡以上。

10Ω以下

第一種接地

非接地系統供電之高壓用電設備接地。

5.5m㎡以上之絕線電線。

25Ω以下

第二種接地

3φ3w式非接地系統供電地區用變壓接器之低壓電源系統接地。

1.變壓器容量2OKVA以下者：

8m㎡以上。

2.變壓器容量超過2OKVA者：

38m㎡以上。

50Ω以下

第三種接地

1.低壓用電設備接地。

2.內線系統接地

3.PT、CT二次線接地

4.支持低壓用電設備之金屬體接地

5.5m㎡以上之絕線電線。

1.對地電壓150V以下：

100Ω向以下。

2.對地電壓151V至300V：

50Ω以下。

3.對地電壓300V以上：

10Ω以下。

●獨立接地與共同接地之比較：

（1）獨立接地

即設備之接地線單獨設置，稱之獨立接地，亦稱「設備單獨接地」。

理想之獨立接地，如圖示，不論一側之接地電極流有多少接地電流，均不會引起另一側接地電極之電壓上升。

（即ΔV≈0）

理論上兩只接地電極間距必須達到無限遠，否則不能視為獨立接地。

但實際上，只要電壓上升值在某一個限定範圍內，均可視為獨立接地。

【例】以接地電極A，B（半徑7mm，長3m），假使接地電流I流入電極A，使電極B產生電壓上升ΔV，假設兩電極間之距離為S公尺，平均電阻係數ρ=100Ω-m。

I（A）

ΔV=2.5v

ΔV=25v

ΔV=50v

10

63m

6m

3m

20

318

32

16

100

637

64

32

由上表得知，獨立接地在施工上必須有較大之距離，才能限制電壓上升值ΔV在容許值之內。

但在有限的基地內，且接地甚多時，要取得足夠之接地距離，是非常困難的。

（2）共同接地

對一處或多處之接地電極連接，使接地呈現共有之狀態者，稱之共同接地。

若將設備之接地，利用連接線引接至總開關箱或變壓器二次側與系統接地連接於同一接地電極，稱之「設備之系統共同接地」

（3）共同接地之優點：

（1）接地線少，接地系統較單純，保養檢查容易。

（2）各接地電極因接成並聯，其合成之接地電