电气装置接地的规定.docx
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电气装置接地的规定
14接地
14.1电气装置接地的一般规定
14.1.1功能接地与保护接地
电气装置接地涉及两个主要方面：
一方面是电源功能接地，如电源系统接地，多指发电机组、电力变压器等中性点的接地，一般称为系统接地，或称系统工作接地。
另一方面是电气装置外露可导电部分接地，起保护作用，故习惯称为保护接地。
系统接地的主要作用：
－为大气或操作过电压提供对地泄放的回路，避免电气设备绝缘被击穿；
－提供接地故障回路，当发生接地故障时，产生较大的接地故障电流，迅速切断故障回路；
－中性点不接地系统，当发生接地故障时，虽能保证供电连续性，但非故障相对地电压升高1.73倍，系统中的设备及线路绝缘均较中性点接地系统绝缘水平高，增加投资费用；
－中性点不接地系统，需大量安装绝缘监察装置。
保护接地的主要作用：
－降低预期接触电压；
－提供工频或高频泄漏回路；
－为过电压保护装置提供安装回路；
－等电位联结。
图14.1－1电气装置功能接地与保护接地
根据电气装置的要求，接地配置可以兼容或分别地承担保护和功能两种目的。
对于保护的目的要求，始终应当予以优先地考虑。
接地配置的设施的选择和安装应满足：
－接地电阻值符合电气装置的功能和保护要求，并预计长期有效；
－能承受接地故障电流和对地泄漏电流而无危险，特别是热的、热－机械应力、电机械应力引起的危害；
－有足够的强度或有附加的机械保护，以适应所在场所的外部的影响；
－应采取措施，防止由于电腐蚀作用对接地配置的设施和其它金属部分造成危害。
14.1.2变电所的接地配置
10kV系统中性点接地可分为：
中性点不接地系统（包括经消弧线圈接地）
中性点接地系统经电阻接地低电阻接地
高电阻接地
14.1.2.1中性点不接地系统
（1）接地故障特点
配电系统在正常运行时，三相基本平衡电压作用下，各相对地电容电流ICL1、ICL2、ICL3相等，分别超前相电压90°，ICL1＝ICL2＝ICL3＝UΦωC，其ICL1＋ICL2＋ICL3＝0，系统中性点与地有相同电位。
如L1相发生接地故障，忽略接地过渡电阻，视为金属性接地，10kV系统各支路的电容电流的流向如下图所示：
图14.1-210kV系统接地故障示意
从10kV系统接地故障示意图可以得出结论：
a）全系统所有非故障的各支路，故障相的电容电流均为零，非故障相均有电容电流；
b）在故障支路，故障相流过所有各支路的电容电流的总和；
c）故障支路的电容电流其方向由负载流向电源，非故障各支路的电容电流其方向由电源流向负载；
d）故障支路检测的零序电流为各非故障支路电容电流总和；
e）接地故障电流大小与接地故障点的位置无关，只与接地故障点的过渡电阻有关。
10kV系统接地故障，电压与电流矢量关系如下图所示：
图14.1-310kV系统接地故障矢量图
L1相发生接地故障，相当于在L1相上加上U0＝－UL1，L2相L3相也加上U0＝－UL1，非故障相对地电压升高
倍，其夹角由120°变成60°，合成的电容电流增大
倍，接地故障电流为单相电容电流的3倍，Id＝3UΦωC。
（2）优缺点
a）接地故障引起系统内部过电压可达3.5～4倍相电压，易使设备和线路绝缘被击穿。
b）油浸纸绝缘电力电缆达20A，聚乙烯绝缘电力电缆达15A，交联聚乙烯绝缘电力电缆达10A，接地故障电流引燃电弧则不能自熄，引起间歇电弧，产生过电压易产生相间短路或火灾；
c）非故障相对地电压升高
倍。
系统内设备或电缆绝缘等级相应提高，例如，10kV电力电缆应选用8.7/10kV而不是6/10kV；无间隙氧化锌避雷器，提高持续运行电压数值或加串联保护间隙等；
d）发生接地故障时，报警而不切断故障支路，保证供电的连续性；
e）接地故障在一段时间内存在，接地故障电压易使人遭受电击或引起火灾，如下图14.1-4所示.
14.1.2.2中性点低电阻接地系统
根据接地故障电流大小，划分低电阻或高电阻接地。
当接地故障电流大于或等于100A而小于或等于1000A时，为低电阻接地方式；接地故障电流小于10A时，为高电阻接地方式。
低电阻接地方式的接地故障电流一般情况下选择为300A～800A，10kV系统低电阻接地方式接地电阻不同地区选择为10Ω或16Ω。
图14.1－4高压接地故障电压传导到低压侧
为了将系统内谐振过电压倍数限制在2.5以下，流过中性点电阻性电流IR要大于或等于系统电容性电流IC的1.5。
低电阻接地方式，增大接地故障电流Id。
系统内发生接地故障时的接地故障电流Id与接地故障点位置无关，不能采用零序电流速断保护来实现保护的选择性，而应采用不同时限的零序电流保护来实现保护的选择性。
机械式继电器延时时限：
出线为0.5s；母联为1.0s；主进线为1.5s～2.0s。
采用电子式保护器延时时限选定为0.2s～0.3s，整定值范围大且整定精确，建议采用电子式保护器作为零序电流保护。
中性点经低电阻接地方式，接地故障电流Id较大，切断故障回路时间内，有较大的接地故障电压Uf，低压系统接地型式为TN系统时，外露可对地部分与变压器低压中性点共用接地体，接地故障电压Uf传导到低压侧，易引起人身电击或火灾，如图14.1-5所示.低压系统接地型式为TT系统时，外露可对地部分与变压器低压中性点有相互独立的接地体，接地故障电压Uf传导到低压侧，易引起工频过电压如图14.1-6所示。
IEC标准规定，一般低压电气设备允许工频过电压与故障电路切断时间要求：
允许承受的工频过电压为U0＋250V时，切断故障电路时间大于5s；允许承受的工频过电压为U0＋1200V时，切断故障电路时间小于或等于5s。
图14.1-5高压系统的接地故障电压传导到TN系统内
图14.1-6高压系统的接地故障电压引起TT系统工频过电压
中性点经低电阻接地方式，系统内发生接地故障，立即切断故障电路，供电的连续性得不到保证。
根据以上的所述，10kV不接地系统中，发生接地故障时的故障电压幅值不高，但存在时间很长。
低压采用TN系统供电时，故障电压沿PEN线或PE线传导，采取总等电位联结措施降低预期接触电压。
10kV经低电阻接地系统中，发生接地故障时的故障电压虽时间不长，但幅值很高。
低压采用TN系统供电时，应采取以下措施：
变电所内设置两组接地极；采用总等电位联结措施；在总等电位联结范围外供电时，采用局部TT系统供电。
低压采用TT系统供电时，变电所的外露可导电部分的接地电阻不超过1Ω或带有已接地的合适的有金属护层的高压电缆和低压电缆总长度超过1km。
14.1.3特低电压
用特低电压（Extra-LowVoltage）供电，是防电击措施之一。
IEC将用特低电压分为三类，简述如下：
14.1.3.1SELV（Self-sufficientELV）
图14.1－7SELV电路图
SELV电路与地是绝缘的，PE线带有故障电压Uf时，及发生接地故障时，其用电设备外露可导电部分对地电压均为零。
不需要其它辅助措施，可满足防电击引起。
14.1.3.2PELV（ProtectiveELV）
PELV电路一根导体是接地的，用电设备外露可导电部分不接地，如下图所示：
图14.1－8（a）PELV电路图
PE线带有故障电压Uf时，用电设备外露可导电部分对地电压为零。
既PE线带有故障电压Uf时，又发生用电设备接地故障，用电设备外露可导电部分对地电压为Uf与UELV向量和，用电设备务必布置在等电位联结有效范围内，以防止用电设备外露可导电部分对人身产生电击危险。
PELV电路用电设备外露可导电部分接地，如下图所示：
图14.1－8（b）PELV电路图
用电设备外露可导电部分对地有连接，PE线带有故障电压Uf时，用电设备外露可导电部分对地电压为Uf时。
既PE线带有故障电压Uf时，又发生用电设备接地故障，用电设备外露可导电部分对地电压为Uf与UELV/2向量和，用电设备务必布置在等电位联结有效范围内及保护电器切断电源，以防止用电设备外露可导电部分对人身产生电击危险。
14.1.3.3FELV（FunctionalELV）
由于功能上的原因采用了特低电压，SELV或PELV的所有要求不能满足时，或不需要SELV或PELV时，保证直接和间接接触两者兼有的防护，这种方法的组合称为FELV，如下图所示：
图14.1－9FELV电路图
FELV回路的用电设备绝缘不能耐受一次回路所要求的试验电压时，则设备的可触及的非导电部分的绝缘应在安装时加强，使其能耐受交流方均根值为1500V，时间1min的试验电压。
将FELV回路中的用电设备外露可导电部分与一次回路的保护导体连接；此时FELV回路中的带电导体不排除与该一次回路保护导体的连接，用电设备务必布置在等电位联结有效范围内及保护电器切断电源，以防止用电设备外露可导电部分对人身产生电击危险。
电气隔离防护时，将FELV回路中的设备外露可导电部分与一次回路的不接地等电位联结导体连接。
14.2电气装置保护接地的范围
14.2.1需保护接地的范围
下列电气装置外露可导电部分，除另有规定者外，均应保护接地：
－电机、变压器、电器、携带式及移动式用电器具等的底座和外壳；
－电气设备传动装置；
－互感器的二次绕组；
－配电屏（箱）、控制屏（箱）、各类箱体操作台等金属的框架；
－户内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属围栏和金属门等；
－封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体；
－电力电缆和控制电缆的金属护套，穿线的金属管；
－电气用各类金属构架、支架等；
－电缆桥架、电缆线槽及金属支架；
－电涌保护器；
－发电机中性点外壳、发电机出线柜和封闭式母线（密集型或空气绝缘型）金属外护层；
－装有避雷线的电力线路杆塔；
－在非沥青地面的居民区，无避雷线小接地电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；
－安装在配电线路杆塔上的开关设备、电容器等电力设备。
14.2.2不需保护接地的范围
下列电气装置外露可导电部分，除另有规定者外，可不做保护接地：
－电气装置安装在非导电场所，其地板和墙体对地绝缘电阻：
额定电压500V时，绝缘电阻不小于50kΩ；额定电压超过500V时，绝缘电阻不小于100kΩ，可使用0级设备。
在该场所内，人体伸臂2m范围内，不会同时触及两个外露可导电部分或一个外露可导电部分和任何一个外部可导电部分；在伸臂的范围外，该距离可缩短至1.25m。
必需采取措施防止通过外部可导电部分在该场所之外出现电位。
－超低电压（SELV）用电设备；
－安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其它低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危及人身安全电压的绝缘子金属底座等；
－安装在已接地的金属构架上的设备，如套管等（应保证电气接触良好）；
－额定电压220V及以下的蓄电池室内的支架；
－与已接地的机床机座之间有可靠电气接触的电动机和电器外壳；
－双重绝缘的用电设备；
－采用电气隔离保护方式供电的用电设备，隔离变压器的每个绕组，只供电给单台设备；每个绕组供电给多台设备时，各设备间应做不接地的等电位联结。
电器产品按防电击措施划分四类，防间接接触电击措施见下表：
表14.2－1电气设备和电气装置电击防护措施
设备类别
防护措施
设备部分
装置部分
基本防护
附加防护
0
基本绝缘
－
非导电场所
每台设备电气隔离
Ⅰ
基本绝缘
保护联结
自动切断电源
Ⅱ
基本绝缘
附加绝缘
－
加强绝缘或等效结构配置
Ⅲ
限制电压
－
SELV和PELV
14.2.3信息技术装置的接地
IEC标准规定，在一个建筑物内的电气装置只允许有一个共用的接地装置，并采取等电位联结，消除或减少电位差。
信息技术设备只能通过PE线与共用接地装置连接，并实施等电位联结，以等电位联结系统的电位作为信息技术设备的参考电位。
IEC标准认为，50mm2铜质导体作为接地干线，是材料成本与阻抗之间最好的结合，10mm2铜质导体作为功能接地最小截面。
信息技术设备接地方法及等电位联结方法，如以下所述：
（1）放射状连接的保护导体
如图14.2－1所示，此法使用了与电源导体在一起的保护导体。
每台设备的保护导体为电磁干扰（电源带来的瞬变除外）提供了一个阻抗相对较高的通路，从而使信息技术设备间的信号电缆承受着大部分引入的噪声。
因此设备本身必需具有令人满意的高抗干扰性能。
由于信息技术设备提供了专用的电源回路和接地系统，而它们与其他电源回路和接地系统及外部金属物体相隔离，因此使引入的干扰大量减小。
在某些情况下信息技术设备的放射状连接的功能接地和保护导体的星状接地点（如相关配电盘中的PE母线），可以通过连接到总接地端子的一个单独的专用绝缘导体接地。
图14.2-1放射状连接的保护导体
（2）使用局部水平等电位联结系统（网）
如图14.2－2所示，将信息技术系统的各组成部分等电位联结到一个局部网（联结材料）上，能使常规的保护导体作用得到了补充。
这样做能够在靠近等电位网上为信号互联的各组成部分之间提供一个低阻抗的参考电位平面，其阻抗取决于频率和网眼间隔。
与方法1相同，由于整个信息技术系统的电源回路和接地系统，包括等电位联结网，与其他电源回路和接地系统以及外部可导电部分（如建筑物金属件）相隔离，因此抗干扰性能得到了提高。
图14.2-2使用局部水平等电位联结系统
（3）水平和垂直的等电位连接网系统
如图14.2－3所示，在建筑物每一楼层都设置等电位联结网，能使常规的保护导体作用得到加强。
这些等电位网逐个与建筑物金属构件、电气装置的外露可导电部分和其他用途的金属物做重复的联结，从而实现了楼层间的垂直等电位联结。
这种接地方法也可使用一个环状接地干线来延伸建筑物的总接地端子。
这种方法可提供足够低的阻抗，去解决只具有一般抗干扰能力的设备上的大部分噪声问题，解决效果取决于工作和干扰频谱及网眼间隔。
但是如若不能将整个网保持封闭状态，是会出现问题，因为所有可能的噪声源都将会被联结到系统上。
因此应特别注意网眼的间隔以消散来自此类噪声源的干扰。
图14.2-3水平和垂直的等电位联结系统
（4）对泄漏电流超过10mA的设备的进一步要求
设备泄漏电流超过10mA时，该设备应按以下列举的三种可供选择的要求之一进行连接：
1）高度牢靠的保护（接地）回路
保护导体应具有热稳定所要求的截面或符合下述规定的截面，在两者中取较大者。
a）当采用独立的保护导体时，应是一根截面积不小于10mm2的导体或是两根有独立端头的，每根截面积不小于4mm2的导体。
b）当保护导体与供电导体合在一根多芯电缆中时，电缆中所有导体截面积总和应不小于10mm2.
c）当保护导体装在刚性或柔性金属导管内并与导管并接时，应采用不小于2.5mm2的导体。
d）符合要求的刚性或柔性金属导管、金属母线槽和槽盒以及金属屏蔽层和铠装。
2）接地连续性的监测
应设置一个或多个在保护导体出现中断故障时能按要求切断设备供电的电器。
3）使用双绕组变压器
当设备是通过双绕组变压器供电或通过其它输入与输出回路相互隔开的机组（如电动发电机）供电时，其二次回路建议采用TN系统。
目的是使泄漏电流的通路局部化和减少该通路连续性被中断的可能性。
为易于表达，图14.2-4中只画了单相系统,系统可以是三相的。
初级和次级回路的控制和保护措施未在图中标示。
C为滤波电容。
L1和L2（或N）是接至电源进线的连接导体。
PE是从设备的可触及部分到电气装置总接地端子的连接导体，它既用作Ⅰ类设备的保护导体，也用作Ⅱ类设备的功能接地导体。
图14.2-4双线圈变压器的连接方法
14.3电气装置接地电阻的要求
14.3.1高压电力设备
中性点非直接接地的电力设备，其接地装置接地电阻，应符合下列公式的要求：
a）高压与低压电力设备共用的接地装置
R≤120/I
式中R－考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω；
I－计算用的接地故障电流，A。
接地电阻不应大于4Ω。
当并列运行的变压器等电力设备总容量不超过100kVA时，接地电阻不宜超过10Ω。
b）仅用于高压电力设备的接地装置
R≤250/I
接地电阻不宜超过10Ω。
中性点经消弧线圈接地的电力网中，接地故障电流按下列规定取值：
对装有消弧线圈的变电所或电力设备的接地装置，计算电流等于接在同一接地装置中同一电力网各消弧线圈额定电流总和的1.25倍。
对不装消弧线圈的变电所或电力设备的接地装置，计算电流等于电力网中断开最大一台消弧线圈时的最大可能残余电流值，但不得小于30A。
14.3.2低压电力设备
低压电力设备接地装置的接地电阻，不得超过4Ω。
使用同一接地装置的并列运行的发电机、变压器等电力设备，当其总容量不超过100kVA时，接地电阻不宜大于10Ω。
架空线路的干线和分支线的终端以及沿线每1km处；电缆和架空线在建筑物的引入处，PEN线应重复接地（但距接地点不超过50m者除外）。
重复接地的接地电阻不应大于10Ω。
在电力设备接地装置的接地电阻允许达到10Ω的电力网中，每一重复接地装置的接地电阻不应超过30Ω，但重复接地不应少于三处。
（1）TT系统
受同一保护器保护的所有外露可导电部分应连同其保护导体一起接至这些部分共同的接地极上。
当几个保护电器串联使用时，上述要求分别适用于被每个保护器保护的所有外露可导电部分。
应满足以下条件：
RA×Ia≤50V
式中
RA－外露可导电部分的保护导体和接地极电阻之和，Ω；
Ia－使保护电器自动动作的电流，A。
当保护电器是剩余电流保护器时，Ia是额定剩余动作电流I△n，为实施选择性目的，S型剩余电流保护器可与普通型剩余电流保护器串联使用。
为得到S型剩余电流保护器的选择性，在配电回路中允许剩余电流保护器动作时间不超过1s。
当保护电器是过电流保护电器时，它应在以下二者取一：
反时限特性的电器，Ia应是保证5s内自动动作的电流，A，或
瞬动特性的电器，Ia应是保证瞬时动作的最小电流，A。
（2）IT系统
在IT系统中，装置应与地绝缘或通过足够大的阻抗接地。
接地点或是系统的中性点，或是一个人工中性点。
如果零序阻抗足够高，人工中性点可直接接地。
当不存在中性点时，可将一个相导体通过一个阻抗接地。
因此在发生对外露可导电部分或对地的单一故障时，故障电流小，切断电源并不是必需的。
但是应采取措施，以避免同时存在两个故障时，人体同时触及不同的可导电部分，出现有害的病理生理效应。
外露可导电部分应单独地、成组地或集中地接地。
应满足以下条件：
RA×Id≤50V
式中
RA－外露可导电部分的接地极电阻，Ω；
Id－相导体和外露可导电部分之间第一次出现阻抗可忽略的故障时的故障电流，A。
Id的值计及了泄漏电流和装置的总接地阻抗的影响。
14.4电气装置的接地装置设计要求
14.4.1接地装置配置
接地装置一般是由接地极、接地导体和总接地端子（总接地母排）等构成的。
总接地端子（总接地母排）通过接地导体与诸多接地极连接，实现电气装置需接地部分与地的连接，又可通过保护导体、保护联结导体与电气装置内外露可导电部分、电气装置外可导电部分的联结，实现总等电位联结。
总接地端子（总接地母排）是建筑物内电气装置参考电位点。
接地装置配置、保护导体及保护联结导体连接方式见下图。
图14.4—1接地装置配置示意图
图例
M外露可导电部分
C外部可导电部分
C1金属的水管
C2金属的排废弃物、排水管道
C3金属带绝缘衬里的气体管道
C4空调
C5供热系统
C6水管，比如浴室里的金属水管
C7在外露可导电部分的伸臂范围内的外部可导电部分
B总接地端子（总接地母线）
T接地极
T1基础接地
T2LPS的接地极（如果需要）
1保护导体
2保护联结导体
3作为辅助联结用的保护联结导体
4防雷保护系统（LPS）的引下线
5接地导体
14.4.2接地极
（1）对接地极的材料和尺寸的选择，应使其既耐腐蚀又具有适当的机械强度。
接地极的一般最小尺寸表14.4-1中给出。
表14.4—1接地极一般最小尺寸
材料
表面
形状
最小尺寸
直径
mm
截面积
mm2
厚度
mm
钢
镀锌a或不锈钢a,b
板条c
90
3
切片
90
3
深接地极用的圆棒
16
表层电极用的圆线f
10
管
25
2
铜护套
深接地极用的圆棒
15
电积镀铜护层
深接地极用的圆棒
14
铜
裸露a
板条
50
2
表层电极用的圆线f
25e
绳
单股1.8
25
管
20
2
镀锡
绳
单股1.8
25
镀锌
板条d
50
2
a也能用作埋在混凝土中的电极。
b不适于电镀。
c例如，带圆边的轧制板条或切割的板条。
d带圆边的板条。
e经验表明，在腐蚀性和机械损伤极低的场所，16mm2的圆线是可以用的。
f当埋设深度不超过0.5m时，被认为是表层电极。
（2）任何一种接地极，其功效都取决于当地的土壤条件。
对给定的土壤条件和所要求的接地电阻值，应选择一个或多个接地极以满足接地要求。
（3）可采用的接地极举例如下：
——埋在基础里的地下结构金属网（基础接地）；
——金属板；
——埋在地下的钢筋混凝土（预应力的混凝土除外）的金属加强筋；
——金属棒或管；
——金属带或线；
——根据当地条件或要求所设电缆的金属护套和其它金属护层；
——根据当地条件或要求所设置的其它适用的地下金属网。
（4）在选择接地极类型和确定其埋地深度时，应考虑到当地的条件和相关规程，以便在土壤干燥和冻结的情况下，接地极的接地电阻不致增加到会有损电击防护措施的阻值。
（5）应注意在接地配置中采用不同材料时的电解腐蚀问题。
（6）用于输送可燃性液体或气体的金属管道，不应用作接地极。
14.4.3接地导体
（1）对于埋入土壤里的接地导体，其截面积应按表14-3确定。
表14.4—2埋在土壤中的接地导体的最小截面积
有防机械损伤保护
无防机械损伤保护
有防腐蚀保护
铜2.5mm2
铁10mm2
铜16mm2
铁16mm2
无防腐蚀保护
铜25mm2
铁50mm2
（2）接地导体与接地极的连接应牢固，且有良好的导电性能。
这种连接应采用热熔焊、压力连接、夹具或其它的机械连接。
机械接头应按厂家的说明书安装。
若采用夹具，则不得损伤接地极或接地导体。
14.4.4总接地端子（总接地母排）
（1）在采用保护联结的每个装置中都应配置有总接地端子（总接地母排），并应将下列导体与其连接：
——保护联结导体；
——接地导体；
——保护导体；
——功能接地导体（如果适当的话）。
（2）接到总接地端子上的每根导体，都应能被单独地拆开。
这种连接应当牢固可靠，而且只有用工具才能拆开。
14.4.5保护导体
（1）保护导体最小截面积
保护导体的截面积都应满足关于自动切断电源所要求的条件，而且能承受预期的故障电流。
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