【弱电学院】浅谈电力系统中的接地和接零...

1.1 变压器中性点接地系统的优缺点：
（1）优点：对电源中性点接地系统，若发生某单相接地，另两相电压不升高，这样可使整个系统绝缘水平降低；另外，单相接地会产生较大的短路电流Is ，从而使保护装置（继电器、熔断器等）迅速准确地动作，提高了保护的可靠性。
（2）缺点：对电源中性点接地系统，由于单相短路电流Is 很大，开关及电气设备等要选择较大容量，并且还能造成系统不稳定和干扰通讯线路等；
1.2 变压器中性点不接地系统的优、缺点：
（1）优点：对变压器中性点不接地系统，由于限制了单相接地电流，对通讯的干扰较小；另外单相接地可以运行一段时间，提高了供电的可靠性。
（2）缺点：对变压器中性点不接地系统，当一相接地时，另两相对地电压升高 倍，易使绝缘薄弱地方击穿，从而造成两相接地短路。
2 各种电压等级供电线路的接地方式
（1）在110kv及以上的高压或超高压系统中，一般采用中性点接地系统，其目的是为了降低电气设备绝缘水平，免除由于单相接地后继续运行而形成的不对称性。
（2）工厂供电系统采用电压在1kv~35kv，一般为中性点不接地系统，因工厂供电距离短，对地电容小（Xc大），单相接地电流小，这样可以运行一段时间，提高了系统的稳定性和供电可靠性，对通讯干扰小等优点。在煤矿井下，我国、西德等国禁止中性点接地，其主要目的是为安全，减小了单相接地电流，但即使小的单相接地电流，煤矿井下也不允许存在，因此在煤矿井下，安装有检漏继电器，就是当电网对地绝缘阻抗降低到危险值或人触及一相导体或电网一相接地时，能很快地切断电源，防止触电、漏电事故，提前切断故障设备。
（3）1kv以下的供电系统（380/220伏），除某些特殊情况下（井下、游泳池），绝大部分是中性点接地系统，主要是为了防止绝缘损坏而遭受触电的危险。
3 电气设备的保护接地
3.1 保护接地
将电气设备的金属外壳通过接地线与接地体相接，其原理是分流原理（如图1）。由于人体电阻Rr远大于接地电阻Rd，所以Ir《Id。保护接地,适应于变压器中性点不接地的供电系统中。但在干燥场所，交流电压50V及以下，或直流电压110V及以下的电气设备，金属外壳可不接地；在干燥且有木质、沥青等不良导电地面的场所，交流额定电压380V及以下，或直流额定电压440V及以下的电气设备金属外壳，除另有规定外（在爆炸危险场所仍应接地），可不接地。
电气设备在高处时，不应采取保护接地措施，否则会把大地电位引向高处，反而增加触电危险。
3.2 保护接地时应注意问题
由同一变压器（中性点不接地）供电系统中各电气设备不应分别接地，而应形成一个保护接地系统。这样做不仅降低了接地电阻，而且也防止了不同电气设备的不同相，同时碰壳（接地）所带来的危险。形成保护接地系统后，这时两相短路电流主要通过接地网流通，因而提高了两相短路电流的数值，保证过流保护装置可靠动作。
4 电气设备保护接零
4.1 保护接零
由于低电压网（380V/220V）中性点不接地只有个别场合，如矿井、游泳池等，而一般低压电网都采用了中性点接地的三相四线制供电系统。在这种电网中工作的设备，其金属外壳要与零线紧密相接，即保护接零，如图2所示。保护接零的目的，也是为了保证安全，当设备发生一相碰壳时，则造成单相短路，使保护装置迅速动作，切断故障设备。
按中性线与保护线的组合情况，保护接零分以下三种情况：
（1）整个系统中性线N与保护线PE是合一的，如图2，通常适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的场所。
（2）整个系统中性线N与保护线PE是分开的，如图3。即将设备外壳接在保护线PE上，在正常情况下保护线上没有电流流过，所以设备外壳不带电。
（3）系统中的一部分采用中性线与保护线合一的，局部采用专设的保护线。
4.2 保护接零应注意问题：
（1）由同一台发电机或同一台变压器供电的线路，不允许有的设备保护接地，有的设备保护接零。
（2）沿零线上把一点或多点再行接地，即重复接地。以确保护接地装置的可靠。但重复接地只能起到平衡电位的作用，因此，中性线尽量避免断裂，对中性线要求精心施工，注意维护。
5 结束语
电源中性点的接地方式及用电设备保护接地、保护接零的归类分析，对不同电压等级的电力网怎样合理供电及电气设备的安全使用有现实意义。

在电力系统中，由于电气装置绝缘老化、磨损或被过电压击穿等原因，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。下面就谈谈有关保护接地和保护接零的问题。

1 　保护接地
　　保护接地是指将电气装置正常情况下不带电的金属部分与接地装置连接起来，以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害。

1.1 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，所以流过人体的电流就很小，绝大部分电流从接地体流过 ( 分流作用 ) ，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，外壳对地电压越低。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 ( 人体离接地体 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。

1.2 　保护接地应用范围

　　保护接地适用于电源中性点不接地或经阻抗接地的系统。对于电源中性点直接接地的农村低压电网和由城市公用配电变压器供电的低压用户由于不便于统一与严格管理，为避免保护接地与保护接零混用而引起事故，所以也应采用保护接地方式。在采用保护接地的系统中，凡是正常情况下不带电，当由于绝缘损坏或其它原因可能带电的金属部分，除另有规定外，均应接地。如变压器、电机、电器、照明器具的外壳与底座，配电装置的金属框架，电力设备传动装置，电力配线钢管，交、直流电力电缆的金属外皮等。

　　在干燥场所，交流额定电压 127V 以下，直流额定电压 110V 以下的电气设备外壳；以及在木质、沥青等不良导电地面的场所，交流额定电压 380V 以下，直流额定电压 440V 以下的电气设备外壳，除另有规定外，可不接地。

1.3 　保护接地电阻
　　保护接地电阻过大，漏电设备外壳对地电压就较高，触电危险性相应增加。保护接地电阻过小，又要增加钢材的消耗和工程费用，因此，其阻值必须全面考虑。
　　在电源中性点不接地或经阻抗接地的低压系统中，保护接地电阻不宜超过 4 Ω。当配电变压器的容量不超过 100kVA 时，由于系统布线较短，保护接地电阻可放宽到 10 Ω。土壤电阻率高的地区 ( 沙土、多石土壤 ) ，保护接地电阻可允许不大于 30 Ω。
　　在电源中性点直接接地低压系统中，保护接地电阻必须计算确定。

2 　保护接零
2.1 　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中的零线连接起来，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，以保障人身安全。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。在该系统中，凡由于绝缘损坏或其它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。凡是由单独配电变压器供电的厂矿企业，应采用保护接零方式。
2.2 　重复接地
　　运行经验表明，在接零系统中，零线仅在电源处接地是不够安全的。为此，零线还需要在低压架空线路的干线和分支线的终端进行接地；在电缆或架空线路引入车间或大型建筑物处，也要进行接地 ( 距接地点不超过 50m 者除外 ) ；或在屋内将零线与配电屏、控制屏的接地装置相连接，这种接地叫做重复接地。
　　如果短路点距离电源较远，相线——零线回路阻抗较大，短路电流较小时，则过流保护装置不能迅速动作，故障段的电源不能即时切除，就会使设备外壳长期带电。此外，由于零线截面一般都比相线截面小，也就是说零线阻抗要比相线阻抗大，所以零线上的电压降要比相线上的电压降大，一般都要大于 110V( 当相电压为 220V 时 ) ，对人体来说仍然是很危险的。
　　采取重复接地后，重复接地和电源中性点工作接地构成零线的并联支路，从而使相线——零线回路的阻抗减小，短路电流增大，使过流保护装置迅速动作。由于短路电流的增大，变压器低压绕组相线上的电压相应增加，从而使零线上的压降减小，设备外壳对地电压进一步减小，触电危险程度大为减小。
　　在无重复接地的情况下，当零线断线且在断线处后面任一电气设备发生碰壳短路时，会使断线处后面所有接零设备外壳对地电压均接近于相电压 ( 断线处前面接零设备外壳对地电压近似于零 ) ，这是很危险的。

　　在接零系统中，即使没有设备漏电，而是当三相负载不平衡时，零线上就有电流，从而零线上就有电压降，它与零线电流和零线阻抗成正比。而零线上的电压降就是接零设备外壳的对地电压。在无重复接地时，当低压线路过长，零线阻抗较大，三相负载严重不平衡时，即使零线没有断线，设备也没有漏电的情况下，人体触及设备外壳时，常会有麻木的感觉。采取重复接地后，麻木现象将会减轻或消除。
　　从以上分析可知，在接零系统中，必须采取重复接地。重复接地电阻不应大于 10 Ω，当配电变压器容量不大于 100kVA，重复接地不少于 3 处时，其接地电阻可不大于 30 Ω。零线的重复接地应充分利用自然接地体 ( 直流系统除外 ) 。
2 .3 采用保护接零应注意的几个问题
　　保护接零能有效地防止触电事故。但是在具体实施过程中，如果稍有疏忽大意，仍然会导致触电的危险。
　　①严防零线断线。
　　在接零系统中，当零线断开后时，接零设备外壳就会呈现危险的对地电压。采取重复接地后，设备外壳对地电压虽然有所降低，但仍然是危险的。所以一定要保护零线的施工及检修质量，零线的连接必须牢靠，零线的截面应符合规程要求。为了严防零线断开，零线上不允许单独装设开关或熔断器。若采用自动开关，只有当过流脱扣器动作后能同时切断相线时，才允许在零线上装设过流脱扣器。在同一台配电变压器供电的低压电网中，不允许保护接零与保护接地混合使用。必须把系统内所有电气设备的外壳都与零线连接起来，构成一个零线网络，才能确保人身安全。
　　②严防电源中性点接地线断开。
　　在保护接零系统中，若电源中性点接地线断开，当系统中任何一处发生接地或设备碰壳时，都会使所有接零设备外壳呈现接近于相电压的对地电压，这是十分危险的。因此，在日常工作中要认真做好巡视检查，发现中性点接地线断开或接触不良时，应及时进行处理。
③保护接零系统零线应装设足够的重复接地。