工程中保护接零的意义和方法

2011年“金蓝领”施工现场临时用电的接零保护指导教师徐连成姓名刘爱国单位方特欢乐世界旅游发展有限公司培训等级有技师（维修电工）施工现场临时用电的接零保护摘要：所谓接零保护是指施工现场电气设备正常情况下不带电的金属外壳和机械设备的金属构架与保护零线连接；这句话同时也言简意赅地阐明了接零保护的实施方法。关键词：工程供电的基本方式TN-S接零保系统引言：《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-88）（以下简称《规范》）第4.1.条规定：“在施工现场专用的中性点直接接地的电力线路中必须采用TN-S接零保护系统”。这是一条强制性标准。但是根据学生多年对施工现场安全检查的情况来看，接零保护由于得不到施工单位全面清晰的认识和重视，而屡屡导致施工现场临时用电存在安全隐患。以下学生就《规范》的内容结合现场用电的实际情况，谈一谈我对临时用电接零保护的问题的一些看法。（一）工程供电的基本方式根据IEC规定的各种保护方式、术语概念，低压配电系统按接地方式的不同分为三类，即系统，分述如下。TT、TN和IT（1）TT方式供电系统TT方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。第一个符号T表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地，如图1所示。这种供电系统的特点如下。图11）当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。2）当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，困此TT系统难以推广。3）TT系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料。现在有的建筑单位是采用TT系统，施工单位借用其电源作临时用电时，应用一条专用保护线，以减少需接地装置钢材用量，如图2所示。图2图中点画线框内是施工用电总配电箱，把新增加的专用保护线PE线和工作零线N分开，其特点是：①共用接地线与工作零线没有电的联系；②正常运行时，工作零线可以有电流，而专用保护线没有电流；③TT系统适用于接地保护占很分散的地方。（2）TN方式供电系统这种供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用TN表示。它的特点如下。1）一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，这个电流很大，是TT系统的5.3倍，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。2）TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用，可见比TT系统优点多。TN方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S等两种。（3）TN-C方式供电系统它是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用NPE表示，如图3所示。这种供电系统的特点如下。图31）由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。2）如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳带电。3）如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。4）TN-C系统干线上使用漏电保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；而且，工作零线在任何情况下都不得断线。所以，实用中工作零线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。5）TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。（4）TN-S方式供电系统它是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统，如图4所示。TN-S供电系统的特点如下。图41）系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。2）工作零线只用作单相照明负载回路。3）专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。4）干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。5）TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。在建筑工程工工前的“三通一平”（电通、水通、路通和地平——必须采用TN-S方式供电系统。（5）TN-C-S方式供电系统在建筑施工临时供电中，如果前部分是TN-C方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电系统，则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线，这种系统称为TN-C-S供电系统，如图5、6所示。TN-C-S系统的特点如下。图5TN－C－S供电系统图6工地总配电箱分出PE线1）工作零线N与专用保护线PE相联通，如图1-5ND这段线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。D点至后面PE线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此，TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于ND线的负载不平衡的情况及ND这段线路的长度。负载越不平衡，ND线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应作重复接地，如上图6所示。2）PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。3）对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相联，PE线上不许安装开关和熔断器，也不得用大顾兼作PE线。通过上述分析，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上临时变通的作法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。（6）IT方式供电系统I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。每二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护，如图7所示。图7IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用IT方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。从图8可见，在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。这种供电方式在工地上很少见。二、接零保护的定义所谓接零保护是指施工现场电气设备正常情况下不带电的金属外壳和机械设备的金属构架与保护零线连接；这句话同时也言简意赅地阐明了接零保护的实施三、接零保护的优点众所周知，中性点直接接地的低压电力系统按其电气设备的保护方式可分为两种保护系统：一是将电气设备正常情况下不带电的金属外壳直接接地的TT系统，俗称三相四线制接地保护系统；二是将电气设备正常情况下不带电的金属外壳作接零保护的TN系统，其又分为两种形式：工作零线（N线）与保护零线（PE线）合一设置的TN-C系统，工作零线与保护零线独立分开设置的TN-S系统，俗称三相五线制接零保护系统。TT系统、TN-C系统、TN-S系统这三种电力系统相比较，TN-S系统具有最高的安全性和可靠性。这是因为，该系统工作零线与保护零线分开设置，完全独立，当设备正常运行或出现三相负荷不平衡时，工作零线中有电流经过，保护零线中无电流经过，从而保证电气设备的金属外壳不会出现电压，与电力系统的工作接地点等电位；当电气设备发生对地短路或漏电故障时，设备外壳带电，保护零线中有故障电流经过，形成回路，由于该回路阻抗小，短路电流大，促使漏电保护和短路保护装置迅速反应切断电源，起到保护用。四、接零保护的实施1.三相五线制的形成据学生所知，供电部门一般情况下已能直接提供三相五线制的电力系统给施工现场使用。如若提供的是三相四线制电力系统，则施工单位可通过如下方法将其转换成三相五线制：将三相四制电源引入配电房（总配电箱），在第一级漏电保护器的电源侧，用一条黄绿双色线与工作零线并联，并在此处作重复接地，这条黄绿双色线就称为保护零线；从此，保护零线与工作零线严格分开，不得互接，各司其职，保护零线与总配电箱（屏）的金属箱体作电气连接后，随原有的三相四线电源一同引出至各分配电箱、开关箱和用电设备，从而形成三相五线2.保护零线的要求和设置（1）保护零线必须采用黄绿双色绝缘电线，在任何情况下不准使用黄绿双色线作负荷线。（2）保护零线的截面积不得小于相线的一半，应与工作零线的截面积相同。当其架空敷设间距大于12m时，保护零线必须选择不小于10mm2的绝缘铜线或不小于16mm2的绝缘铝线；当其与电气设备连接时，保护零线应为不小于2.5mm2的绝缘多股铜线。（3）保护零线应随线路单独敷设，与工作零线严格区分，与重复接地线作电气连接。（4）保护零线不得装设开关、熔断器、漏电保护器等隔离装置或保护装置。（5）正常情况下，保护零线应连接到下列电气设备不带电的外露导电部分：_电机、变压器、电器、照明器具、手持电动工具的金属外壳；_电气设备传动装置的金属部件；_配电屏与控制屏的金属框架；_室内、外配电装置的金属构架及靠近带电部分的金属围栏和金属门；_电力线路的金属保护管、敷线的钢索、起重机轨道、滑升模板金属操作平台等；_安装在电力线路杆（塔）上的开关、电容器等电器装置的金属外壳及支架；（6）对产生振动的设备，其保护零线的连接点应不少于两处。3.关于重复接地的合理设置由于重复接地能有效降低故障点的对地电压，缩短故障的持续时间，减轻了保护零线断线后的危险，因此《规范》要求施工现场保护零线的重复接地不得少于三处，即配电线路的首端、中间和末端。但学生在检查中经常发现，一些施工现场的保护零线虽然做了不少于3处的重复接地，却不合《规范》要求，比如有的只是在配电房（总配电箱）及一些分配电箱做了重复接地，线路末端（开关箱）却未做重复接地，这样就降低了接零保护的可靠性。正确地做法应该是：将重复接地分布在配电线路的首端、中间和末端三处。4.关于四芯电缆的合理利用一些工程项目为了节省费用、减低成本，出现了用原有的四芯电缆外加一根黄绿双色线代替五芯电缆的情况。这种做法既违反了《建筑施工安全检查标准》要求，又降低了保护零线的机械强度和耐腐蚀性等，造成安全隐患。如果施工现场动力和照明能按规定分路设置，那么问题就迎刃而解了，动力线路需要三根相线和一根保护零线，照明线路需要一根相线、一根工作零线和一根保护零线，四芯电缆均能满足要求，而且动力和照明分路而设，各自保护，互不干扰，更进一步保障了用电安全。以上是学生在工作实践中的一些认识和体会。总之，只要施工单位按《规范》的要求，认真落实好各项保护措施，全面提高施工现场人员的自我防范意识，施工用电安全生产形势就会不断好转