第六章 间接接触电击防护

第六章间接接触电击防护 保护接地与保护接零是防止间接接触电击最基本的措施。

在当前我国电气标准化从传统标准向国际标准过渡的情况下，掌握保护接地和保护接零的方法和应用，对安全用电是十分重要的。

　第一节 IT系统 IT系统就是电源系统的带电部分不接地或通过阻抗接地，电气设备的外露导电部分接地的系统。

第一个大写“I”表示配电网不接地或经高阻抗接地、第二个大写“T”表示电气设备金属外壳接地。

1．IT系统安全原理 为了保证电气设备(包括变压器、电机和配电装置)在运行、维护和检修时，不因设备的绝缘损坏而导致人身触电事故，所有这些电气设备不带电的部分如外壳、金属构架和操作机构以及互感器的二次绕组等都应妥善接地。

电气设备的接地规程规定：电压在1000V以下电源中性点不接地的电网和1000V以上任何形式的电网中，均需采用保护接地(称之为IT系统)，作为保安技术措施，应用很广泛。

保护接地的原理是给人体并联一个小电阻，以保证发生故障时，减小通过人体的电流和承受的电压。

图3—1所示电动机采用保护接地后，当一相绕组因绝缘损坏而碰壳，即与外壳短路时，此时若工作人员触及带电的设备外壳，因人体的电阻远较接地极的电阻大，大部分电流流经接地极入地，而通过人体的电流极其微小，从而保证了人身的安全。

图3-1 IT系统安全原理 2．IT系统应用范围 IT系统适用于各种不接地配电网，包括低压不接地配电网(如井下配电网)和高压不接地配电网，还包括不接地直流配电网。

在这些电网中，凡由于绝缘损坏或其它原因而可能带危险电压的正常不带电金属部分，除另有规定外，均应接地。

应当接地具体部位是： (1)电动机、变压器、开关设备、照明器具、移动式电气设备的金属外壳或金属结构； (2)0Ⅰ类和Ⅰ类电动工具或民用电器的金属外壳； (3)配电装置的金属构架、控制台的金属框架及靠近带电部分的金属遮栏和金属门； (4)配线的金属管； (5)电气设备的传动装置； (6)电缆金属接头盒、金属外皮和金属支架； (7)架空线路的金属杆塔； (8)电压互感器和电流互感器的二次线圈。

直接安装在已接地金属底座、框架、支架等设施上的电气设备的金属外壳一般不必另行接地；有木质、沥青等高阻导电地面，无裸露接地导体，而且干燥的房间，额定电压交流380V和直流440V及以下的电气设备的金属外壳一般也不必接地；安装在木结构或木杆塔上的电气设备的金属外壳一般也不必接地。

第二节 TT系统 1．TT系统安全原理 TT系统是电源系统有一点直接接地，设备外露导电部分的接地用保护接地线PE接到独立的接地体上。

前后两个字母“T”分别表示配电网中性点和电气设备金属外壳接地。

图3—2所示的配电网俗称三相四线配电网。

这种配电网引出三条相线(L1、L2、L3线)和一条中性线(N线，工作零线)。

在这种低压中性点直接接地的配电网中，如电气设备金属外壳未采取任何安全措施，则当外壳故障带电时，故障电流将沿低阻值的低压工作接地(配电系统接地)构成回路。

由于工作接地的接地电阻很小，设备外壳将带有接近相电压的故障对地电压，电击的危险性很大。

因此，必须采取间接接触电击防护措施。

图3-2 TT系统 在这种系统中，当某一相线直接连接设备金属外壳时，其对地电压为：式中。

R N为工作接地的接地电阻。

该电压低于相电压，但由于R A与R N 同在一个数量级，所以几乎不可能被限制在安全范围内。

对于一般的过电流保护，实现速断是不可能的。

因此，一般情况下不能采用TT系统。

如确有困难，不得不采用TT系统，则必须将故障持续时间限制在允许范围内。

在TT系统中，故障最大持续时间原则上不得超过5s，这样才能减少电流对人体的危害。

2．TT系统应用范围 TT系统主要用于低压共用用户，即用于未装备配电变压器，从外面引进低压电源的小型用户。

第三节 TN系统 目前，我国地面上低压配电网绝大多数都采用中性点直接接地的三相四线配电网。

在这种配电网中，TN系统是应用最多的配电及防护方式。

1．TN系统安全原理 TN系统是电源系统有一点直接接地，负载设备的外露导电部分通过保护导体连接到此接地点的系统，即采取接零措施的系统。

字母“T”和“N”分别表示配电网中性点直接接地和电气设备金属外壳接零。

设备金属外壳与保护零线连接的方式称为保护接零。

典型的TN系统见图3—3。

在这种系统中，当某一相线直接连接设备金属外壳时，即形成单相短路。

短路电流促使线路上的短路保护装置迅速动作，在规定时间内将故障设备断开电源，消除电击危险。

2．TN系统种类及应用 如图3—3所示，TN系统有三种类型，即TN—S系统、TN—C—S系统和TN—C系统。

其中，TN—S系统是有专用保护零线(PE线)，即保护零线与工作零线(N线)完全分开的系统；爆炸危险性较大或安全要求较高的场所应采用TN—S系统；有独立附设变电站的车间宜采用TN S系统。

TN—C—S系统是干线部分保护零线与工作零线前部共用(构成PEN 线)，后部分开的系统。

厂区设有变电站，低电进线的车间以及民用楼房可采用TN—C—S系统。

TN—C系统是干线部分保护零线与工作零线完全共用的系统，用于无爆炸危险和安全条件较好的场所。

图3-3 TN系统(a)TN—S系统 (b)TN—C—S系统 (c)TN—C系统 由同一台变压器供电的配电网中，不允许一部分电气设备采用保护接地而另一部分电气设备采用保护接零，即一般不允许同时采用TN系统和TT系统的混合运行方式。

3．重复接地 TN系统中，保护中性导体上一处或多处通过接地装置与大地再次连接的接地，称为重复接地。

图3—4中的Rc即重复接地。

图3—4 零线断线与设备漏电(a)无重复接地 (b)有重复接地 (1)重复接地的作用 重复接地有以下作用： ①减轻PE线或PEN线意外断线或接触不良时接零设备上电击的危险性。

当PE线或PEN线断开时，如像图3—4(a)所示的那样，断线后方某接零设备漏电但断线后方无重复接地，则断线后方的零线及其上所有接零设备都带有将近相电压的对地电压，电击危险性极大。

如像图3—4(b)那样，断线后方某接零设备漏电但断线后方有重复接地，则断线后方的零线及接零设备和断线前方的零线及接零设备分别带有如下的对地电压：和这两个电压虽然都可能是危险电压，但毕竟都远远低于相电压，总的危险程度得以降低。

②减轻PEN线断线时负载中性点“漂移”。

TN—C系统的零线断开后，如断线后方有不平衡负荷，则负载中性点发生电位“漂移”，使三相电压失去平衡，可能导致接在一相或两相上的用电器具烧坏。

这里分析一个如图3—5所示的工作零线断线、第1相未用电、第2相和第3相分别接有P2＝4kW和P3＝1kW(设功率因数相同)的负荷的例子。

这时，第2、3两相负载串联在线电压上，如线电压为380V，则第2、3两相负载上的电压分别为：显然，所有用电器具都不能正常工作，而且接在第3相上的用电器具很快被烧坏。

图3-5 TN—C系统的零线断线 ③进一步降低故障持续时间内意外带电设备的对地电压。

如图3—6所示，如有设备漏电，过电流保护装置尚未动作，则无重复接地时漏电设备对地电压为：而有重复接地时，漏电设备对地电压降低为：图3-6 重复接地降低设备漏电对地电压(a)无重复接地 (b)有重复接地 ④缩短漏电故障持续时间由于重复接地在短路电流返回的途径上增加丁一条并联支路，可增大单相短路电流，缩短漏电故障持续时间。

⑤改善架空线路的防雷性能由于重复接地对雷电流起分流作用，可降低雷击过电压，改善架空线路的防雷性能。

(2)重复接地的要求 以下处所应装设重复接地： ①架空线路干线和分支线的终端、沿线路每1km处、分支线长度超过200m分支处。

②线路引入车间及大型建筑物的第1面配电装置处(进户处)。

③采用金属管配线时，金属管与保护零线连接后做重复接地；采用塑料管配线时，另行敷设保护零线并做重复接地。

当工作接地电阻不超过4Ω时，每处重复接地电阻不得超过10Ω；当允许工作接地电阻不超过10Ω时，允许重复接地电阻不超过30Ω，但不得少于3处。

4．工作接地 在TN—C系统和TN—C—S系统中，为了电路或设备达到运行要求的接地，如变压器低压中性点的接地。

该接地称为工作接地或配电系统接地。

工作接地的作用是保持系统电位的稳定性，即减轻低压系统由高压窜入低压等原因所产生过电压的危险性。

如没有工作接地，则当10kV 的高压窜入低压时，低压系统的对地电压上升为5800V左右。

当配电网一相故障接地时，工作接地也有抑制电压升高的作用。

如没有工作接地，发生一相接地故障时，中性线对地电压可上升到接近相电压、另两相对地电压可上升到接近线电压(在特殊情况下可达到更高的数值)。

如有工作接地，由于接地故障电流经工作接地成回路，对地电压的“漂移”受到抑制(参见图3—7)，在线电压0．4kV的配电网中，中性线对地电压一般不超过50V、另两相对地电压一般不超过250V。

图3—7 接地电网电压“漂移”图(a)单相接地图 (b)电压“漂移”图 5．接地电阻允许值 因为故障对地电压等于故障接地电流与接地电阻的乘积，所以，各种保护接地电阻不得超过规定的限值。

对于低压配电网，由于分布电容很小，单相故障接地电流也很小，限制电气设备的保护接地电阻不超过4Ω即能将其故障时对地电压限制在安全范围以内；如配电容量在100kVA以下，由于配电网分布范围很小，单相故障接地电流更小，限制电气设备的保护接地电阻不超过10Ω即可满足安全要求。

在高压配电网中，由于接地故障电流比低压配电网的大得多，将故障电压限制在安全范围以内是难以实现的。

因此，对高压电气设备规定了数值较低的保护接地电阻允许值，并限制故障持续时间。

各种保护接地电阻允许值见表3—7。

表3-7 保护接地电阻允许值设备类别接地电阻/Ω备 注低压电气设备4电源容量≥100kVA 10电源容量<100kVA高压电气设备小接地短路电流系统120/I E与低压共用接地装置250/I E高压单独接地大接地短路电流系统200/I E I E≤1000A0.5I E>4000A 注：IE为接地电流或接地短路电流。