接零、接地保护系统安全讲座V0

接零、接地保护系统安全讲座建华管桩集团主讲单位：江苏建华主讲人：查嘉电话：一、安全电压、距离、屏护及标志一、安全电压根据不同的环境，正确选用相应额定值的安全电压作为供电电压，是一项防止触电伤亡事故的重要技术措施。安全电压把可能加在人身上的电压限制在某一范围之内，使得在这种电压下，通过人体的电流不超过允许的范围，这一电压就叫做安全电压。(一)安全电压值—是通过人体的电流(30mA)与人体电阻(1700Ω)的乘积。1、安全电压额定值为五个等级，即：42伏、36伏、24伏、12伏、6伏2、我国规定工频(交流)安全电压上限值，即在任何情况下，两导线间或任一导线与地之间均不得超过工频电压有效值上限为50伏。国际电工委员会还规定了直流安全电压的上限值为120伏。一、安全电压、距离、屏护及标志安全电压(交流有效值)应用场所额定值空载上限值4250在有触电危险场所使用的手持电动工具3643在矿井、多导电粉尘等场所的使用的行灯2429供某些具有人体可能偶然触及的带电体的电器设备选用1215在特别潮湿的场所或金属容器内工作68人体大部分浸在水中工作一、安全电压、距离、屏护及标志(三)安全电压的取得1、安全电压必须由双绕组变压器降压获得，而不可由自来变压器或电阻分压器获得。一、安全电压、距离、屏护及标志2、工作在安全电压下的电路，必须与其他电气系统和任何无关的可导电部分实行电气上的隔离。3、当电气设备采用24伏以上安全电压时，必须采取防止直接接触带电体的保护措施。4、安全变压器的铁芯和外壳内应接地，以防一、二次绕组间绝缘击穿时，高压窜入低压回路引起触电危险；此外，还应在高、低压回路中装设熔断器作短路保护。一、安全电压、距离、屏护及标志二、安全距离(间距)安全距离(间距)—为了防止发生人身触电事故和设备短路或接地故障，在带电体与地面、带电体与带电体之间、带电体与其他设施和设备之间，均需保持一定的安全距离，这种距离称为安全距离(间距)。如检修间距规定：在低压操作中，人体及所携带的工具等到与带电体的距离不就小于0.1米。一、安全电压、距离、屏护及标志(三)屏护A、屏护的作用1、防止工作人员意外碰触或过分接近带电体。2、作为检修部位与带电体距离小于安全距离时的隔离措施。3、保护电气设备不受机械损伤。一、安全电压、距离、屏护及标志B、常用屏护的种类1、遮栏2、栅栏3、围墙4、保护网一、安全电压、距离、屏护及标志(四)安全标志安全标志的作用：在有触电危险的处所或容易产生误判断、误操作的地方，以及存在不安全因素的现场，设置醒目的文字或图形标志，提示人们识别、警惕危险因素，对防止人们偶然触及或过分接近带电体而触电。一、安全电压、距离、屏护及标志安全色标的意义色标含义举例红色禁止、停止、消防停止按钮、灭火器、仪表运行极限黄色注意、警告“当心触电”、“注意安全”绿色安全、通过、允许、工作如“在此工作”“已接地”黑色警告多用于文字、图形、符号蓝色强制执行“必须带安全帽”二、绝缘防护(一)绝缘的作用—是用绝缘物把带电体封闭起来，使电气设备和线路正常运行、防止人身触及带电体。(二)常用绝缘材料1、绝缘材料有：气体、液体和固体三种；2、气体绝缘材料有：空气、氮气、二氧化碳、六氟化硫等。3、液体绝缘材料有：变压器油、硅油、篦麻油、十二烷基苯、二芳基乙烷等。4、固体绝缘材料有：电瓷、玻璃、云母、石棉、大理石、硫磺等。二、绝缘防护三、绝缘性能的恶化或破坏—绝缘事故1、绝缘性能包括：电气性能、机械性能、热性能(耐热性、耐寒性、耐冲击稳定性、耐弧性、软化点、粘度)、吸潮性能、化学稳定性(抗氧化性、抗腐蚀性、抗溶剂性)以及抗生物性(霉菌、昆虫的危害)。2、电气性能—是绝缘材料的主要性能，有极化、电导、损耗和击穿。绝缘材料的电气性能是很有可能在运行中逐渐恶化甚至被击穿而发生短路或漏电事故的。二、绝缘防护三、保护接地一、接地与保护接地的概念接地—将电气装置中某一部位经接地线和接地体与地做良好的电气连接。保护接地—是把故障情况下可能呈现危险的对地电压的金属部分同大地紧密地连接起来，把设备上的故障电压限制在安全范围内的安全措施。保护接地的作用原理分析(一)在中性点不接地电网中，电气设备不接的危险性分析三、保护接地如图所示，在中性点不接地的电网中，电动机的外壳不接地，当电动机的绝缘击穿时，其外壳便带有电压。这时若有人触及电动机外壳，将有电流经人体电阻Rb、电网非故障相对地电容C和绝缘电阻R构成回路。根据所示的等值电路图，可算得流经人体的电流Ib为：3×相电压(U)1)流过人体=的电流(Ib)各相对地绝缘电阻(R)+3×人体电阻(Rb)三、保护接地2)人体承受的电压(Ub)=渡过人体的电流(Ib)×人体电阻(Rb)即：Ub=Ib×Rb1、中性点不接地的低压电网无防护措施的危险供电系统的电压可分为超高压电网(500千伏以上)，高压电网(220、110、35、10、6千伏等)和1000伏及以下的低压电网(0.4千伏等)。三、保护接地供电电源的相数可分为单相电网、两相电网和三相电网。单相电网是采用一条相线和一条中性线(N)供给照明及小型设备用电的电网；两相电网是采用两条相线供给电焊机等设备用的电网；三相电网是采用三条相线供给一般电动机等设备用电的电网。按电网的中性点运行方式，电网可分为中性点接地电网和不接地电网。电网的中性点系指所有发电机及变压器三相绕组的中性点。三、保护接地按供电电流的性质可分为直流电网和交流电网。电力输送的主要方式是交流送电，但在一些特殊的场合，如较长线路的海底电缆送电，电动机车等要采用直流送电。1)在电网线路绝缘良好的情况下(R=0.5MΩ=0.5×106Ω)，若取人体电阻Rb=1700Ω，则：三、保护接地A、流经人体的电流(I)为3×220Ib≈=1.31(mA)0.5×106+3×1700B、人体承受的电压UB为Ub=IbRb=1.31×10-3×1700=2.23(V)三、保护接地由上述计算可知，在电网线路绝缘良好的情况下，流经人体的电流远小于安全电流30mA；人体所承受的电压也远小于安全电压额定值50伏，可见在线路绝缘良好的情况下，是不会有触电危险的。2)如果电网线路绝缘不良(设绝缘电阻降至5000Ω)，此时，流过人体的电流(Ib)为：三、保护接地A、3×220Ib==65(mA)＞30(mA)5000+3×1700B、加于人体的电压(Ub)为Ub=IbRb=65×10-3×1700=111(伏)三、保护接地由上述计算可知，如果电网绝缘不良，由于流过人体的电流65mA大于致命电流30mA；加于人体的电压111伏大于安全电压额定值50伏，所以对于触电者是相当危险的。三、保护接地2、中性点不接地的高压电网无防护措施的危险3-60千伏(1千伏以上属高压电网)，电网的中性点是不接地运行的。这类电网电压较高，绝缘电阻一般都在数百兆欧以上，但由于电网分布广、线路长，对地电容较大(尤其是电缆线路)，这时，流过人体的电流又是多大呢？现以一个6千伏电缆网络为例，进行说明：三、保护接地该线路总长为1500米，全部采用16mm2的铜芯电缆敷设，供电给高压电动机，每千米(km)电缆的对地电容C0=0.22微法(UF)。(二)采用保护接地防止人身触电的有效性分析1、保护接地在IT系统中的应用所谓IT系统是指电源中性点不接地或经阻抗(1000Ω)接地，电气设备的外露可导电部分(如设备的金属外壳)经各自的保护线(PE)分别直接接地的三相三线制低压配电系统，如图所示：三、保护接地在这种系统中，有人触及“碰壳”设备外壳时，流过人体的电流可按所示的等值电路求得为REIb=IERE+RB式中地中电流U3UIE==ZRERbZ3RERb3RE+RbRE+Rb三、保护接地当RE≤Rb时3UIE≈1Z+3Rb1RE3UREIb=≈Rb1Z+3RE1Rb三、保护接地比较式(2-3)和式(2-9)，当RE≤Rb时，虽然地中电流IE有所增大，但是，流过人体的电流只是IE的一小部分，只要将接地电阻限制在足够小的范围，就能使流过人体的电流小于安全电流，或者说可把人体接触电压降低至安全电压以下，从而保证人身安全，这就是保护接地的工作原理。以380/220伏中性点不接地电网为例说明保护的有效性：三、保护接地假设电网的绝缘电阻R=5000Ω，忽略对地电容的影响，人体电阻Rb=1700Ω，当保护接地电阻R0=4Ω时，由式可算得流过人体的电流只有0.3mA，人体的接触电压仅0.53伏。由此可见，在IT系统中采用保护接地是很有效的保安技术措施。同理可以论证，对于3-60千伏(KV)中性点不接地或经消弧线圈接地的高压电网(属小接地短路电流系统)，保护接地也是减轻触电的有效措施。三、保护接地2、IT系统中、保护接地的有效性分析在中性点不接地的电网中，采用保护接地可以有效地防止或减轻间接触电的危险。但是，在中性点直接接地的电网中，采用保护接地的效时如何呢？(1)无保护接地的中性点直接接地电网三、保护接地•如图所示的中性点直接接地电网中，电动机的金属外壳不接地。当人触及“碰壳”的电动机外壳时，接地电流IE经人体和变压器的工作接地电阻RO构成回路。这时，流经人体的电流Ib为•流经人体电流(Ib)=相电压U/人体电阻（Rb）+变压器中性点工作接地电阻RO即Ib=U/Rb+RO•通常RO≤4Ω，若取Rb=1700Ω，对于380/220伏三相四线制电网，则人体所承受的电压等于相电压220伏，通过人体的电流•Ib=220/1700+4=12g（mA）•些值远大于安全电流，触电都是很危险的。三、保护接地(2)TT系统中保护接地的功能•所谓TT系统是指电源中性点直接接地，而设备的外露可导电部分经各自的PE线（保护线）分别直接接地的三相四线低压供电系统。•配图2-7（P38）三、保护接地•如图所示，电动机外壳是接地的，当电动机发生碰壳短路时，按所示的等值电路，可以求得故障电流（Ix）为•Ix=U/Rn+RERb/RE+Rb•人体所承受的电压•UB=UE=RERb÷RE+Rb×Ix•一般情况下，RO和RE都不超过4Ω，如取人体电阻Rb=1700Ω，在380/220伏电网中，故障电流和加于人体的电压分别为三、保护接地•Ix=220÷〔4+（4×1700）÷（4+1700）〕=27.5（安）•Ub=〔（4×1700）÷（4+1700）×27.5〕=110（伏）•流过人体的电流•Ib=Ub÷Rb=110÷1700=65（毫安）•由上述分析可知，电源中性点直接接地的供电系统，设备金属外壳接地后人体触电电流明显减小（上例由129毫安减小至65毫安），因此对减小触电危险是有一定的作用的。三、保护接地•但是，这个电流值仍然大于安全电流，且故障电流只有27.5安，在大多数情况下，是不足以使电路的过电流保护装置（如熔断器、自动开关的脱扣器等）动作的，电动机外壳长时间带电，这对人仍是很危险的，虽然，在理论上是不难找到解决问题的办法，如将接地电阻RE降至0.78Ω以下，就可将加于人体上的电压降至安全电压36伏以下。但这样做将增大接地装置的费用和工程难度。从技术经济的角度来看，这样做是三、保护接地•不合理的，所以，在电气安全技术的发展史上，人们曾对保护接地在中性点直接接地电网中的应用持否定态度。•近年来，随着高灵敏漏电保护器的推广应用，大大地放宽了对接地电阻值的要求（如漏电保护器的动作电流为30mA，通过公式计算，可救得RE＜1200Ω，一般取RE＜100Ω，这是很容易满足的），保护接地作为保安措施已被应用于中性点直接接地的三相四线制电网中，并被称为TT系统。民用电和公用变压器供电系统应用这种保护方式。三、保护接地•TT系统与前述IT系统一样，由于其所有设备的外露可导电部分都是经各自的PE线（保护线）分别直接接地的，各台设备的PE线之间无电气联系，也适于对数据处理，精密检测等装置的供电。三、保护接地•三、保护接地电阻的确定保护接地的工作原理也可以认为是并联电路中的小电阻（保护接地电阻RE）对大电阻（人体电阻Rb）的强分流作用。因此，接地电阻的数值对于保护的效果是至关重要的