细说“接地” 与“保护”

电工培训：授课教师：王兴刚2018.03第一章“接地”与“保护”知识梳理第一节“接地”的种类第二节低压配电系统知识复习第三节间接触电的防护原理第四节雷电侵害的防护原理第五节厂房、电器设备的“接地”系统1.“地”的分类地球；大地；物体的导电外壳；直流地；交流地；电气地；地理地；逻辑地；模拟地；数字地；浮地；共地；系统地、机壳地（屏蔽地）、信号地、功率地、电源地等2.“接地”的种类工作接地；保护接地；防雷接地；静电接地；重复接地；等电位接地；抗干扰接地；联合接地；单点接地；多点接地；混合接地；悬浮接地3.接地的实质在讨论接地时首先提一个问题：接地是什么？我们平时说的各种接地保护接地，屏蔽接地，工作接地，信号接地等等，说的都是需要通过接地来实现的功能。泄放电磁干扰，防雷击，保护人身安全，等等，说的都是需要通过接地来实现的目的。接地本身是什么？接地的实质上是要根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准的等电位。电器漏电，可以通过接地，把漏电处的电位强制在和人体所处位置相等，在漏电处和人体所处位置间形成等电位，这样没有电位差就没有电流，人就不会触电。于是就有了可以达到保护人身安全的保护接地；电磁场对信号的干扰，有一个电生磁，磁生电，电再生磁……的过程。采用金属屏蔽可以弱化干扰的传递，但不一定能达到满意的程度。通过接地，把干扰在屏蔽层上形成的电，强制到信号为零的电位上，实现等电位。没了电位差，对于信号来说干扰就可以视为没有。于是就有了通过接地泄放干扰的屏蔽接地；控制信号，如果没有一个统一的基准点，就会出现ａ仪表发出的1-5V被b仪表认为是2-6V这类情况，解决这个问题的方法，是为所有的仪表提供一个共用的参考点。这就有了仪表的工作接地；我们对接地进行规划，实际上是对那些点需要建立等电位，如何连接对建立等电位最有利，以及对当所建立的等电位与大地基准电位产生偏差时的对策和容忍程度进行统筹。接地概念与应用2012..•“地”：设备/系统所需参考电位的某一利用“点”；非狭义上的大地。1、何为“地”接地概念与应用√参考电位意味着“地”电位非绝对的零电位；√“地”是相对的，即可为大地，也可为任何参照物；√是否接“地”，与传统意义上的接地电阻大小无直接联系。“地”的概念引申：等电位也是“接地”形式的一种，如飞机、轮船、车辆等脱离大地的移动物体。接地概念与应用飞机、轮船、车辆...参考电位为物体金属壳体：1）无外引接地体；2）无接地电阻特殊需求；3）强弱电系统共用一个电位参考点（本质上的等电位概念）。“地”=外壳接地概念与应用大地传统意义上的接地形式，参考电位为大地：1）有外引接地体；2）有接地电阻需求；3）强弱电系统共用一个电位参考点（其中有认识上的误区）。结论：接地概念与应用1）“地”为设备/系统提供所需参考电位的某一利用“点”；2）“地”非狭义上的大地，“地”是相对的；3）某种情况下，“接地”与接地电阻大小无直接关系；4）根据设备/系统功能所需，“接地”形式多样化。2、何为接地电阻接地概念与应用传统上的“接地电阻”：与大地连接用的接地极和大地之间的接触电阻。接触电阻接触电阻接触电阻U=0V接地极和大地之间的接触电阻则大得多，以若干Ω或几百mΩ计。2、何为接地电阻接地概念与应用另类“接地电阻”：通过等电位联结形成“接地”后的接触电阻。设备接线端子的接触电阻及接地线电阻很小，以若干mΩ或μΩ计。等电位“体”设备/系统接地电阻∑Rj2、何为接地电阻接地概念与应用飞机、轮船的等电位实现了“接地”，就安全性和功能性而言，接地效果远优于传统上“大地”的电气装置。2、何为接地电阻接地概念与应用“接地电阻”：按不同用途，分工频、冲击接地电阻两种。冲击接地电阻：用于大气过电压的接地。工频接地电阻：用于设备/设备系统的各种接地。•功能性接地1）工作接地；2）电磁兼容接地。•保护性接地1）保护接地；2）过电压接地；3）防静电接地。3、接地的目的（供配电系统）接地概念与应用图1电力的产生及传输分配低压配电系统的接地方式根据现行的国家标准《电压配电设计规范》，低压配电系统有三种接地形式，即IT系统、TT系统、TN系统（1）第一个字母表示电源端与地的关系：T-电源端有一点直接接地I-电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。（2）第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系：T-电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；N-电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。一、IT系统IT系统就是电源中性点不接地、用电设备外露可导电部分直接接地的系统。IT系统可以有中性线。但IEC强烈建议不设置中性线（因为如设置中性线，在IT系统中N线任何一点发生接地故障，该系统将不再是IT系统了）。IT系统中，连接设备外露可导电部分和接地体的导线，就是PE线。WVULLPEPEL1L2L3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。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。电源电气设备I二、TT系统TT系统就是电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分也直接接地的系统。通常将电源中性点的接地叫做工作接地，而设备外露可导电部分的接地叫做保护接地。TT系统中，这两个接地必须是相互独立的。设备接地可以是每一设备都有各自独立的接地装置，也可以若干设备共用一个接地装置。WVUNLPEPEL1L2L3NNPE三相设备单相设备单相插座NTT系统中负载的所有接地均称为保护接地TT系统的特点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。WVUNLPEPEL1L2L3NNPE三相设备单相设备单相插座NTT系统的使用：TT系统由于接地装置就在设备附近，因此PE线断线的几率小，且容易被发现。TT系统设备在正常运行时外壳不带电、故障时外壳高电位不会沿PE线传递至全系统。因此，TT系统在适用于对电压敏感的数据处理设备及精密电子设备进行供电；在爆炸与火灾危险性场所等有优势。TT系统适用于接地保护占很分散的地方。TT系统的局限性：1、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。WVUPEN三相设备N三、TN系统TN系统即电源中性点直接接地、设备外露可导电部分与电源中性点直接电气连接的系统。TN系统主要是靠单相碰壳故障变成单相短路故障（短路电流是TT系统的5.3倍），并通过短路保护切断电源来实施电击防护的。从电击防护的角度来说，单相短路电流大或过电流保护器动作电流值小，对电击防护都是有利的。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。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-S系统、TN-C系统、TN-C-S系统三种形式。工作接地在TN系统中，为了电网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。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。（1）TN-C系统TN-C系统如图所示，将PE线和N线的功能综合起来，由一根称为PEN线的导体同时承担两者的功能。在用电设备处，PEN线既连接到负荷中性点上，又连接到设备外露的可导电部分。由于它所固有的技术上的种种弊端，现在已很少采用，尤其是在民用配电中已基本上不允许采用TN-C系统。WVUNLPEPEL1L2L3NPEN三相设备单相设备单相插座NTN-C系统具有如下特点：（1）设备外壳带电时，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，实际就是单相对地短路故障，熔丝会熔断或自动开关跳闸，使故障设备断电，比较安全。（2）TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡的情况，若三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所连接的电器设备金属外壳有一定的电压。（3）如果工作零线断线，则保护接零的通电设备外壳带电。（4）如果电源的相线接地，则设备的外壳电位升高，使中线上的危险电位蔓延。（5）TN-C系统干线上使用漏电断路器时，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闸，而且工作零线在任何情况下不能断线。所以，实用中工作零线只能在漏电断路器的上侧重复接地。(2)TN-S系统TN-S系统中性线N与TT系统相同。与TT系统不同的是，用电设备外露可导电部分通过PE线连接到电源中性点，与系统中性点共用接地体，而不是连接到自己专用的接地体，中性线(N线)和保护线(PE线)是分开的。TN-S系统的最大特征是N线与PE线在系统中性点分开后，不能再有任何电气连接，这一条件一旦破坏，TN-S系统便不再成立。WVUNLPEPEL1L2L3NN三相设备单相设备单相插座NPETN-S供电系统的特点如下：（1）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。由于传统习惯的影响，现在还经常将TN-S系统称为三相五线制系统，严格地讲这一称呼是不正确的。按IEC标准，所谓“×相×线”系统的提法，是另外一种含义，它是指低压配电系统按导体分类的形式。所谓的“×相”是指电源的相数，而“×线”是指正常工作时通过电流的导体根数，包括相线和中性线，但不包括PE线。按照这一定义，TN-S系统实际上是“三相四线制”系统或“单相二线制”系统。(3)TN-C-S系统TN-C-S系统是，TN-C系统和TN-S系统的结合形式，在TN-C-S系统中，从电源出来的那一段采用TN-C系统，因为在这一段中无用电设备，只起电能的传输作用，到用电负荷附近某一点处，将PEN线分开形成单独的N线和PE线。从这一点开始,系统相当于TN-S系统。WVUNLPEL1L2L3NN三相设备单相设备单相插座NPEPEN配电箱TN-C-S供电系统的特点如下：（1）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负载不平衡的情况及线路的长度。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。（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。实际上，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。稍微用一点电路知识，就可以知道，Ua的变化只会影响a点，而对b点没有影响；同样Ub的的变化只会影响b点，而对a点没有影响。需要指出的是，接地电阻并不是一个纯电阻，它具有感抗和容抗。所谓接地电阻值，是指在50Hz交流下的阻抗。所以，将不同来源，不同频率，不同强度的接地电流，通过不同途径接地，可以大大减少相互间的干扰。同样由于这个原因，可以在工作接地汇总板的基