接地保护装置的保护原理之我见(论文)

接地保护装置的保护原理之我见袁世伟一、中性点不接地系统的接地保护在电力系统的供电中，按变压器中性点工作接地方式不同，常见有变压器中性点直接接地、变压器中性点不接地和变压器中性点经高阻抗接地三种方式。方式的选择直接影响到系统运行性能、人身安全和相应的保护方法。三种运行方式的性能各有优、缺点，没有一个是绝对完善的系统。煤矿是一个特殊行业，根据煤矿的特点，以防止人身触电和避免电气火花引爆瓦斯和煤尘为标准，通过综合评价，确立了变压器中性点不直接接地的供电方式。这种方式的特点是：人身触及一相或单相漏电电流都很小，可以控制在极限安全电流之内（30mA），但必须具备二项条件，其一，是电网对地绝缘电阻达到规定值。例如1140伏系统为21kΩ，660伏系统为11.7kΩ，380伏系统为6.35kΩ，其二，分布电容较小，例如380伏系统不超过0.44μF，660伏系统不超过0.253μF，1140伏系统不超过0.147μF.为保证第一条件，在变压器中性点不接地系统中，辅以相应保护方式，即漏电保护和接地保护。《煤矿安全规程》规定：“电压在36V以上的和绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架、铠装电缆的钢带（钢丝）、铅皮、屏蔽护套等都必须装设保护接地。”所谓的保护接地，就是用一定规格的导体把电气设备（例如电动机、变压器、控制开关、接线盒等）正常不带电的外壳或构架和埋在地下的接地极连接起来，形成的接地装置叫保护接地。接地装置是如何起到保护人身安全的呢？常见有两种说法，即“分流说”和“分压说”。1“分流说”及理论依据多年来，许多资料、教科书、参考书用“分流说”来解释，广为流传，一直延续至今。例如某矿业大学出版社的《煤矿电气安全》一书中这样解释保护接地的作用：由于接地装置的分流作用，通过人体电流就大大减小。通过人体的电流为人地地人RRII可见，接地电阻R地愈小，则通过人身的电流I人也愈小，电流大部分由接地极入地，足以防止人身触电事故的发生。又如某省煤矿安全技术培训中心编制的《煤矿井下电气安全技术》一书中：通过人身的电流和通过接地装置的电流有如下关系人地地人RRII由上式得知，接地电阻R地越小，通过人身的触电电流就越小，漏电流大部分通过接地装置流入大地。上述说法的理论依据是：人地地人RRII该公式是部分电路欧姆定律在并联回路中的应用。公式变换后得到人地地人RRII根据公式分析得出结论为：R地比R人小很多，故大部分电流流入大地，流经人体的电流就很小，而且R地越小，分走电流越多，流过人体电流就越少。。故接地保护电阻起到了分流作用。三、“分流说”疑义上述说法中：①1221RRII该欧姆定律正确无疑，其意义是：并联同一电压下的两个电阻与流过其中的电流关系，即流过电阻电流大小与其电阻大小成反比。②从关系式上分析，虽然可写成人地地人RRII但不能解释为R地越小，则流过人体电流I人就越小。这是因为，当外加电压一定时，在该关系式中，R地作为变量，其函数是I地，而不是I人。该关系式只不过是部分电路欧姆定律人人RUI地地RUI在电压一定的条件下的公式变换。所以，流过人体电流的大小，只与加在人体上的电压成正比，与人体电阻成反比。R地变小，则I地变大，而不是I人变小。我们可以通过下面的电路图说明这个问题。如图所示，在电压一定的条件下，例如外加电压取30V，当R人=1000ΩR地=10Ω时AI03.0100030人AI31030地当R人=1000ΩR地=5Ω时AI03.0100030人AI6530地当R人=1000ΩR地=2Ω时AI03.0100030人AI15230地通过上式计算可知，只要加在人体上的电压不变，与其并联的接地电阻无论怎样变化，并没引起流过人身的电流变化。而流过接地装置上的电流是由自身电阻的变小而增大，但并没有分走流过人身的电流。当然，这个问题也不能片面、孤立进行分析。因为在变压器中性点不接地系统中，当一相碰壳时，外壳形成的对地电压是保护接地电阻与其它两相对地绝缘的分压。由于接地电阻较小，而人体电阻相对接地电阻来说较大，当人体电阻并入接地电阻后，其并联后的电阻值变化不大，当人体电阻R人=1000Ω接地极电阻R地=2Ω它们并联后：2997.12100021000.人地人地总RRRRRΩR人R地30V因此，外壳对地电压改变也不大，可看成恒压源，即人体接触漏电的金属外壳时，外加电压基本一定。综上所述，此时接地电阻并不能分走流过人体的电流。四、“分压说”那么流过人身电流I人是随什么变化呢？它的大小与接地电阻R地有没有关系呢？当人身电阻与接地电阻并联接入漏电回路时，此时加在该并联回路上的电压（即外壳对地电压）假设为30V时当R人=1000ΩR地=2Ω时AI03.0100030人AI15230地当外加电压为50V时（即外壳对地电压）AI05.0100050人AI25250地当外加电压为380V时（即外壳对地电压）AI38.01000380人AI1902380地通过以上分析可知：人身与接地电阻并联后，流过人身电流大小只与加在并联回路上的电压大小有关。外加电压增大，流过人身电流就增大，外加电压变小，流过人身电流就变小，而外加电压不变，流过人身的电流也不变。而这个并联回路上的外加电压就是外壳对地电压。当外壳对地电压下降到安全电压以下时，流过人身电流就是安全电流。而外壳对地电压，是人体电阻与接地电阻并联后再与三相电网中对地绝缘电阻串联后的漏电回路在其上的分压。如图所示：R人R地30V当人体电阻R人=1000Ω接地极电阻R地=2Ω它们并联后：2997.12100021000.人地人地总RRRRRΩ=R地所以并联后的电阻值近似等于接地电阻值。这样，外壳对地电压可通过下式计算：式中Ux——电网的相电压Rd——接地电阻Z——电网每相对地绝缘阻抗从上式可知：当接地极电阻或电网对地绝缘电阻发生变化时，都将引起设备外壳对地电压发生变化，从而造成流过人身电流的变化。当接地极电阻很小，而另两相对地绝缘电阻并不很小时，在接地极上的分压将很小，接近地电位。（若接地电阻保持在2欧，在660伏系中，当另两相对地绝缘电阻下降到20欧，通过计算外壳对地电压将在安全电压范围内。即或漏电保护失灵，接地保护仍能实现其保护功能。）当另两相对地绝缘电阻一定时，接地极的电阻越小，外壳对地电压就越小，流过人身电流也就越小，保护功能就越突出。当接地极电阻一定时，另两相对地绝缘电阻越高，接地极上的分压就越小，外壳对地电压也越小，也越安全。当接地极电阻一定时，另两相对地绝缘电阻下降，其分压（外壳对地电压）将升高，极限时，另两相对地绝缘电阻下降到大小等于接地极电阻时（假如此时～～化简为ddxdRZRUU3/漏电保护失灵、接地极没有形成网、短路保护没动作）此时，分压（设备外壳对地电压）将是电网电压的一半。虽然这时接地极电阻很小（假设为2欧）但流过人身的电流却可高达190mA（线电压380伏、人体电阻1000欧）这是非常危险的。综上所述，接地保护装置的作用是：当设备带电体碰壳时，通过设置电阻很小的接地极，使之与电网较高的绝缘电阻进行分压，使设备外壳对地电压限定在安全电压范围内，人体无意识碰触这样的故障设备，不致有生命危险。我们不妨将这种作用实质称之为“分压说”。故接地保护装置的作用，用“分压说”更具有说服力。保护接地可以使电气设备金属外壳意外带电时的对地电压降低到规定的安全范围以内，减少人体触电电流和入地电流的大小，最大限度地降低危险程度。只要将R地控制在规定范围内，就可以将U地控制在安全值以下，从而达到预防触电危险的目的。总之，在三相电网中分析接地极电阻大小对人身触电电流大小的影响时，不能割舍二者与电路之间的联系，而孤立、片面地分析二者之间关系。同时，必须理解物理公式的真正含义，否则得出的结论将是不恰当的。个人之管见，仅供参考。2012-7-19