防触电的保护接地与保护接零技术

防触电的保护接地与保护接零技术 随着社会的发展，电在生产和生活上对人类的物质文明和精神文明建设做出了重大贡献。电器设备的应用也日益广阔，随之而来的是用电安全的问题。由于对电气设备使用不合理、安装不妥当、维修不及时或工作人员缺乏必要的电气安全知识，就会出现设备损坏、停电和触电事故，造成严重的后果。本人简单介绍触电事故及分类，着重介绍间接接触防护中的保护接地和接零线技术。并用电气工程采用的新标准来细化保护接地和保护接零线系统，以期和大家共同学习。 1 触电事故 人体接触设备的带电部位而承受过高的电压，引起死亡或局部受伤的现象称为触电。因为电压是产生电流的能力，电流是流过人体实在的东西，电流流过人体会产生细胞变异，造成生理上的变化。所以触电事故主要针对由电流形式的电能造成的事故。触电事故按危害程度不同分为电击和电伤。但这两种不是完全分离的，在事故中，往往既有电击又有电伤。 1.1电击：是指电流直接作用于人体，对人体内部组织造成的伤害，是最危险的触电伤害。其特点是伤害人体内部，致命电流小，且无明显痕迹。绝大多数触电死亡事故都是由电击造成的。电击分为三种： （1）人体与带电体接触触电电击：人体与电气设备的带电部分接触触电分为单相触电和两相触电。当人体的某一部分碰到相线，另一部分碰到零线时造成单相触电，作用于人体上的电压为220V，当人体碰到两根相线时，构成两相触电，作用于人体上的电压为380V。 （2）接触电压触电电击：接触电压是指人站在发生接地短路故障设备或断线的附近，其身体的某一部分与故障设备直接接触，身体因承受电压而发生触电。 （3）跨步电压触电电击：当电气设备或线路发生接地短路故障时，在地面上半径为20m的范围内形成电位不同的同心圆（圆心为接地短路点），半径越小的圆周上，其电位越高。若人在这一区域里行走，其两脚之间有电位差，从而发生跨步电压触电。现场上当发现有接地断线时，应单脚跳着避开，并警告过往行人。 1.2电伤：是指电流转换成其他形式的能量作用于人体。使触电后人体表面皮肤的局部创伤。如电弧烧伤、灼伤、电烙印和皮肤金属化等。最严重的电伤是电流转化为热能，特别是电弧烧伤，是电伤事故中危险较大的一种事故。电流灼伤是指电流通过人体，在人体内产生热量对人体造成的伤害；皮肤金属化和电弧烧伤同时发生，使人体皮肤局部坏死；电烙印是指带电体与人体接触，由于电位差、生物化学作用，产生局部坏死。 经验证明，通过人体的电流如超过10毫安的交流电或超过50毫安的直流电时就会有生命危险。触电的伤害程度决定于通过人体电流的大小，流经途径及时间的长短。 1.3防止触电事故的安全措施 触电事故按照接触带电体的状态，分为直接接触触电事故和间接接触触电事故。直接接触触电事故是指触及正常状态下带电的带电体。是指正常工作情况下的触电事故；间接触电事故是指触及故障状态下带电的带电体，是故障情况下的触电事故。相对应于这两种触电事故，分为直接接触防护和间接接触防护两种防止触电事故的安全防护措施。直接接触防护的种类有绝缘、屏护和间距。绝缘是电气工作的必须，是安全的保障；屏护和间距的主要安全作用是防止触电,即防止过分接近带电体，防止短路及短路火灾，防止机械破坏以便于安全操作等。如两保险丝之间的绝缘隔板变电站围墙、变压器围栏等，这些均起到屏护和间距的防护作用。电源线的外皮、电器的底座和外壳，这些是电气的绝缘。无论是绝缘、屏护还是间距，这些均是防止人员直接接触正常情况下的带电体的防护措施，其目的是起到隔开一定距离的作用。 2 间接接触防护措施 间接接触防护技术主要用于对意外带电设备的安全防护。其最基本的安全措施是保护接地和保护接零线技术。 2.1保护接地 所谓保护接地就是用电设备的不带电的金属部分与大地之间作良好的金属连接，以保护人体安全。一般在电源中点不接地的电力网中，用电设备如电机、变压器等的金属外壳，配电盘的金属框架都采用保护接地。 2.1.1、保护接地线的作用 当电气设备或装置发生绝缘损坏故障时，其金属外壳（包括机座）对地会有一定的电压，工作人员接触到这些设备的金属外壳时，将造成人身触电事故。防止这种触电事故的有效方法之一就是采取保护接地，即将这些设备或装置的金属外壳用导线与接地体相连接。当电器设备的绝缘损坏时，电流通过接地装置流入到大地，从而使接触电压或跨步电压小于相电压值，而且使接触电压可以被限制到对人身没有危害的数值以下。由于电气设备金属外壳接地电阻比人体电阻小得多，即使人体触及漏电设备的金属外壳而发生触电，其危害程度比电气设备未采取接地保护时人体触及漏电设备的金属外壳小的多。 2.1.2 IT系统

图1三相三线不接地（IT）配电网 如图1所示，三相三线不接地配电网。在新标准中用两个字母表示配电网和用电设备的对地状况。第一个字母表示配电网，第二个字母表示设备状态。I表示不接地的配电网或通过高电阻接地，而我国没有采用高电阻接地的配电网。T表示设备直接接地。所以IT系统表示为不接地的三相三线配电网与接地设备系统。相当于我们所说的保护接地系统。这种电路多用在1-10KV配电网中。 F电容串联分压所得电压的二倍（L1相、L3相分别对L2相构成回路，对人体产生电压）。F电容相并，再与0.2F，则人体承受的电压计算如图2所示。人体电阻与0.2，绝缘阻抗Z为无限大，其分布电容为0.2图1中Z表示每根线对地的绝缘阻抗，包括绝缘电阻及相关的分布电容。现假设电气设备的L2相有漏电情况发生，在没有接RE时，人体受到危险性分析。设相电压为220V，根据常规数据，人体电阻约为1500 图2一相漏电人体受压示意图 F电容后的阻抗为Z，则设RP=R,并0.2 F电容后为：再串联0.2 （1） 将各数值带入后整理可得加在人体上电压为： （2） 。现在同样假设设备的L2相漏电，接上RE后，RP与RE并联后约为RE，根据上面同样的计算，将计算可得约为73V，流过人体的电流为48.67mA,很危险。所以采取保护措施，将设备的外壳经接地线、接地体与大地连接。接地电阻RE通常为4 代入式（1）、（2），计算可得人体承受电压由73V降低为0.21V，电流降低为0.14mA。起到了保护人身安全的作用。这种做法叫做保护接地。即将设备外壳通过接地线、接地体与大地紧密连接起来，从而把设备外壳漏电时的故障电压限制在安全范围之内。 2.1.3 TT系统

图3中点接地（TT）配电网 TT系统如图3所示，第一个T表示接地的配电网，第二个T表示采取接地保护措施。所以TT系统就表示在接地的配电网中采取接地防护措施。此配电网几乎用于地面低压公用用户系统。因为其可以提供220V生活用电，也可以提供380V发动机用电，所以习惯上也叫做0.23/0.4KV配电方式。 现假设设备漏电，若不接RE，则RP、RN串联分压220V，因为RP>>RN，即220V电压几乎全部加在RP上。所以，在TT系统中若没有保护接地，其触电危险性比在IT系统中发生此类事故危险性大的多。若接有保护接地电阻RE，并且与RN的阻值相同均为4欧姆时，则RE和RN串联分压，加在人体上的电压仍有110V之高，还很危险。即使是RN=4,RE=1，则RP上电压仍有44V，还不是安全电压。所以指望通过RE使RP安全是不现实的。即TT方式不能将电压降至安全电压。所以TT系统中有关设备必须安装漏电保护器。 IT系统和TT系统，尽管都是采用保护接地，但是保护接地的效果是不一样的。这就是为什么新标准将保护接地细分的原因。 2.2保护接零 就是用电设备的不带电的金属部分与零线做良好的金属连接。所谓零线就是在三相四线制供电系统中，当中点接地时，该点称为零点。由零点引出的导线，成为零线。而不接地的中点所引出的导线，称为中线。 2.2.1、保护接零的作用： 一般在电源中点接地的低压三相供电系统中，用电设备都采用保护接零线。保护接零线的作用是：当用电设备内部由于绝缘损坏而使外壳带电时，该相可以通过机壳和零线形成单相短路。由于中线电阻很小，相当于火线与中线短路，会产生很大的短路电流，该短路电流足以使熔断器和空气开关等安全装置快速动作，及时断电，消除危险，从而避免人身触电伤亡事故，确保人身安全。 2.2.2、TN系统 T：表示配电网有RN接地 N：表示设备通过金属线直接接N点

图4三相五线（TN）配电网 的那根线，也不考虑RS，一旦设备漏电，由于RP习惯上也叫做三相五线配电网。如图4所示。若不考虑带>>的线，称为保护接零。由于零线直接接到中心点N点，所以此系统也叫TN系统。相当于以前称呼的保护接零系统。的线，将设备外壳接地，则加在人体上的电压会明显降低，但是仍降不到安全电压范围内。人们将设备外壳接到PE线上，即带RN，则RP上承受几乎全部相电压。若不考虑带 的线，若发生某相对零线的短路，则短路电流大。利用短路大电流使熔断器、低压断路器中的保护元器件动作，切断电路。其实质是通过设备外壳与零线连接，使漏电形成单相短路，促使短路保护元件迅速动作，切断电路，保护安全。保护接零，重在迅速断开。考虑带 3 不协调保护方式的危险 在同一供电系统中，不允许保护接零线和保护接地线同时采用。否则当用电设备漏电碰及设备机壳后，经过机壳、接地体形成的短路电流往往不足以使自动开关或熔断器动作，而电流流过大地又使电源中点的电位升高，这样使所有接零线的用电设备的金属外壳或框架就出现了对地电压，造成更多的触电机会。潜在更多的危险。

图5 不协调保护方式 如图5所示，在同一配电网中的A、B两个设备，若B设备也有接零，则其为重复接地，A设备采用保护接零，B设备采用保护接地，这种情况是不允许的。因为若B漏电，相电压为220V，由于接地电阻是欧姆级电阻，则漏电电流为 A，电流不大，则线路上的短路保护元件不会动作，故障会长期存在。RN上电压为： ，表示上端零线上电压，也是所有接零设备外壳上的电压。像这样的保护方式，绝大部分采用保护接零，个别采用保护接地，没有接零，这种情况很危险，一般不允许。 这种接法的危险性有：（1）危险状态可能长时间存在（2）漏电设备带有危险的对地电压（3）所有接零设备也带有危险的对地电压。但是，若某一设备确实不能接到零线，允许其接地，但要有漏电保护装置。 4 零线断线的危险 4.1保护零线断线 当保护零线断线，后方又有设备漏电时，没有重复接地的设备通过触及设备的人体和工作接地构成回路。由于人体电阻比接零电阻大的多，所以在断线后，人体几乎承受全部的相电压，即使断线处后方有重复接地，也不能消除故障，只能降低故障的严重程度。如图6所示，人体电阻RP远远大于零线电阻，当第二相电压对设备漏电时，220V的电压几乎完全加在人体上；若漏电设备有重复接地，设 ， ，由于RN、RS分压，则人体上电压减少了3/10，但是