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电气安全--第4章.pptx
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1、.采用等电位连接。.改变低压供电系统方式。4.1接地的基本概念一、电气接地的含义及其分类一、电气接地的含义及其分类凡是电气设备或设施的任何部位(不论带电与不带电),人为地或自然地与具有零电位的大地接通的方式,都称为电气接地(常简称接地)。它是电气技术,尤其是安全技术中的一个专用名词,应用相当广泛。接地的分类大体如下。按照接地性质,接地可分为正常接地和非人为的故障接地两类。正常接地又有工作接地和安全接地之分。1.正常接地(1)工作接地 利用大地做导线的接地,在正常情况有电流通过,如直流工作接地、弱电工作接地等。维持系统安全运行的接地,在正常情况下没有电流或只有很小的不平衡电流流过,110KV以上
2、高压系统的工作接地、三相四线制380V 系统变压器中性点的工作接地、抗干扰接地等。21:50 过电压保护接地。“二线一地”制供电方式中的相线接地。(2)安全接地为防止电力设施或电气设备绝缘损坏,危及人身安全而设置的保护接地与保护接零;为消除生产过程中产生的静电积累,引起触电或爆炸而设的静电接地;为防止电磁感应而对设备的金属外壳、屏蔽罩或屏蔽线外皮所进行的屏蔽接地;以及为了防止管道受电化腐蚀、采用阴极保护或牺牲阳极的保护接地等。2.故障接地是指带电体与大地之间发生意外的连接,如电气设备的碰壳接地、电力线路的接地短路等。二、各种工作接地的主要作用由于运行和安全需要,为保证电力网在正常情况或事故情况
3、下能可靠地工作而将电气回路中某一点的接地,称为工作接地。如电源(发电机或变压器)的中性点直接(或经消弧线圈)接地,电压互感器一次侧中性点的接地,以及“两线一地”制供电方式中接地相的接地等,都属于工作接地。强电系统中,各种工作接地的主要作用如下。21:50 变压器和发电机的中性点直接接地,能维持相线对地的电压不变(故障除外),并可降低人体的接触电压及适当降低制造时对电气设备的绝缘要求。在变压器供电时,可防止高压电窜至低压用电侧的危险。变压器或发电机的中性点经消弧圈接地,还能在发生单相接地故障时,消除接地短路点的电弧及由此而可能引起的危害。仪用互感器如电压互感器一次侧线圈的中性点接地,主要是为了对
4、一次系统中的各相对地电压进行测量。“两线一地”制的相线接地,是利用大地做导线,从而降低线路基建投资与年运行费用,并减少线路材料的耗量。但对电讯有干扰影响,对安全也不利。故这种供电方式现一般已不再推广采用,原有的也正在逐步加以改造。21:50三、接地装置 所谓接地装置,是指人为设置的接地体与接地线的总称(见图4-1)。埋入土壤内并与大地直接接触的金属导体或导体组,叫做接地体,也叫接地极。它按设置结构可分为人工接地体与自然接地体两类。按具体形状可分为管形与带形等多种。连接接地体与电气设备应接地部分的金属导体,叫做接地线。它同样有自然接地线与人工接地线之分,且通常又可分为接地干线和接地支线。21:5
5、0图图4-1接地装置示意接地装置示意1接地体;接地体;2接地干线;接地干线;3接地支线;接地支线;4设备设备四、接地电流和接地短路电流凡从带电体流入地下的电流即属于接地电流。接地电流有正常接地电流和故障接地电流之分。正常接地电流系指正常工作时通过接地装置流入地下,借大地形成工作回路的电流;故障接地电流系指系统发生故障时出现的接地电流。系统一相接地可能导致系统发生短路,这时的接地电流叫做该地短路电流,如接地的380V220V 系统的单相接地短路电流。在高压系统中,接地短路电流可能很大,接地短路电流500A及以下的,称小接地短路电流系统;接地短路电流大于500A 的,称大接地短路电流系统。21:5
6、0保护接地箱保护接地箱 五、流散电阻和接地电阻如图4-2所示,接地电流流入地下以后,是自接地体向四周流散的。这个自接地体向四周流散的电流就叫做流散电流(见图4-2)。流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻。接地电阻是接地体的流散电阻与接地线的电阻之和。接地线的电阻一般很小,可以忽略不计。因此,可以认为流散电阻就是接地电阻。通常说的接地电阻都是对于工频电流而言的,当接地装置通过雷电流时,由于雷电流有强烈的冲击性,接地电阻发生很大的变化,为了区别起见,这时的接地电阻称为冲击接地电阻。21:50图图4-2流散电流流散电流六、对地电压和对地电压曲线电流通过接地体向大地作半球形流散。因为球面积与半径
7、的平方成正比,所以半球形的面积随着远离接地体而迅速增大。因此,与半球形面积对应的土壤电阻随着远离接地体而迅速减小,至离开接地体20 处,半球形面积已达25002,土壤电阻已小到可以忽略不计。这就是说,可以认为在远离接地体20 以外,电流不再产生电压降了(见图4-3)。或者说,至远离接地体 20 处,电压已降为零。电工上通常所说的“地”就是指离接地体20以外的大地而言的。通常说的对地电压,即带电体同大地之间的电位差,也就是指离接地体20以外的大地而言的。简单地说,对地电压就是带电体与电位为零的大地之间的电位差。显然,对地电压等于接地电流与接地电阻的乘积。21:50图图4-3接地流散电场分布示意接
8、地流散电场分布示意 从以上讨论可以知道,当电流通过接地体流入大地时,接地体具有最高的电压。离开接地体,电压逐渐下降,对于简单接地体,至离开接地体20处,电压降至零。从最高电压降至零,中间究竟是按什么规律进行的呢?离接地体愈远半球面积愈大。因此,同样厚度(即沿电流流散方向的长度)的半球壳体离接地体愈远,其电阻愈小,其上电压降也愈小。这就是说,离开接地体后,电压降落的速度逐渐降低。如果用曲线来表示接地体及其周围各点的对地电压,这种曲线就叫对地电压曲线。显然,随着离开接地体,土壤电阻逐渐减小,电压降落逐渐减缓,曲线逐渐变平,或者说曲线的陡度逐渐减小。半球形接地体及其周围各点对地电压分别为:21:50
9、式中Ud接地体对地电压;Uds与球心相距处的对地电压;土壤电阻率;Id接地电流;s0接地体半径;s所考虑点至球心的距离,s0 s。显然,各点对地电压与该点到接地体中心的距离保持反比关系。按该式绘制的Uds-s曲线称对地电压曲线。其相对值曲线,即对地电压相对值Uds/Ud与距离倍数s/s0的关系曲线如图4-4所示。21:5021:50图图4-4对地电压相对值与距离倍数的关系曲线对地电压相对值与距离倍数的关系曲线七、接触电势和接触电压接触电势是指接地电流自接地体流散,在大地表面形成不同电位时,设备外壳、构架或墙壁与水平距离0.8处之间的电位差。接触电压是指加于人体某两点之间的电压。如图4-5所示,
10、当设备漏电,电流Id自接地体入地时,漏电设备对地电压为Ud,对地电压出线呈双曲线形状,至离开接地体20 处,对地电压接近于零。A触及漏电设备外壳,其接触电压即其手和脚之间的电位差。如果忽略人的双脚下面土壤的流散电阻,接触电压与接触电势相等。图中,A的接触电压即Uc。接触电压通常按人体离开设备0.8 考虑。实际上,人脚下面土壤的流散电阻总是存在的,以致接触电压总是比接触电势,亦即比直接从对地电压曲线上取的电位差要低一些。21:5021:50图图4-5接触电压和跨步电压示意接触电压和跨步电压示意 八、跨步电势和跨步电压跨步电势是指地面上水平距离为0.8(人的跨距)的两点之间的电位差。跨步电压是指人
11、站立在流过电流的大地上,加于人的两脚之间的电压,如图4-5中的B1和B2。人的跨步一般按 0.8 考虑,大牲畜的跨步通常按1.01.4 考虑。图中B紧靠接地体位置,承受的跨步电压最大;C离开了接地体,承受的跨步电压要小一些,对于垂直埋设的单一接地体,离开接地体20 以外,跨步电压接近于零。如果考虑人脚底下的流散电阻,实际的跨步电压也应该降低一些。21:504.2系统接地的型式系统接地的型式一、系统接地的型号以拉丁文字作代号,其意义如下。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;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
12、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。3.“”后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况中性导体和保护导体是分开的;C中性导体和保护导体是合一的。21:50二、系统接地的几种型式1.TN 系统系统电源端有一点直接接地,电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此接地点。根据中性导体和保护导体的组合情况,TN系统的型式有以下三种。TN-系统整个系统的中性导体和保护导体是分开的(见图4-6)。21:5021:50图图4-6TN-系统系统 TN-C系统整个系统的中性导体和保护导体是合一的(见图
13、4-7)。21:50图图4-7TN-C系统系统 TN-C-系统系统中一部分线路的中性导体和保护导体是合一的(见图4-8)。21:50图图4-8TN-C-系统系统2.TT系统电源端有一点直接接地,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(见图4-9)。21:50图图4-9TT系统系统3.T系统电源端的带电部分不接地或有一点经阻抗接地,电气装置外露可导电部分直接接地(见图4-10)。21:50图图4-10T系统系统 现以图4-11为例,结合实际,说明如下:插图中文字说明意义不明确。图中所示电源 A 点相当于线路,A 点至B 点相当于接户线。虚线框注明为“用户的电气装置
14、”是不确切的。实际上虚线框是指一个用户(一座建筑物、一个车间),B 点是用户的进线配电盘。TN-C-S系统要求在进线配电盘上设置一个端子C。C 与进线 PEN 中性线连接,被视为建筑物(或车间)的保护线端子。图中“电气装置中的设备”是指各种电气设备,自保护线端子连至电气设备的外露可导电部分即为电气设备的接地保护线。21:5021:50图图4-11TN-C-图例图例4.3电气线路的安全分析电气线路的安全分析这里所说的电气线路是指变电所与用电设备之间连接线路的总称。为了正确判断人们意外触及带电体的危险程度,以及为了判定电气线路的安全性能,先对线路的特征和参数做必要的分析。一、电网的种类电网的种类很
15、多,按照电压可分为1000V 以上的高压电网和1000V 以下的低压电网;按相数可分为单相电网和三相交流电网;按电流的种类可分为直流电网和交流电网;按用途可分为动力电网、照明电网和专门电网;根据技术上和安全上的不同要求,又分为不接地电网和接地电网两种,它们之间的区别在于线路与大地之间有无导电体的连接。二、中性点(线)与零点(线)的区别中性点有电源中性点与负载中性点之分。它只是在三相电源或负载按形连接时才出现。对电源而言,凡三相线圈的首端(或尾端)连接在一起的共同连接点,称电源中性点,简称中点;而由电源中性点引出的导线便称中性线,简称中线,常用“N”表示(见图4-12)。21:50当电源中性点与
16、接地装置有着良好连接时,因已取得了大地的零电位,该中性点便称零点;由零点 N 引出的导线称零线,常用“0”表示(有时也用“N”表示)。21:50图图4-12中性点、零点、中性线、零线示意中性点、零点、中性线、零线示意 通常对220V 单相回路的两根线,也将其中一根称为“相线”或“火线”(用表示;三根相线时则分别用、V、或 1、2、3 表示),而将另一根称“零线”或“地线”。“火线”与“地线”的称法,只是实用中的一种俗称。其实特别是“地线”的称法,严格地讲应是:如该线的电源侧(三相配电变压器中性点)接地时,则称“零线”;若不接地时,则应称“中线”,用以避免与接地装置中的“地线”相混淆。为何低压配
17、电网的中性点大都实行工作接地?低压配电网中性点接地有哪些优越性呢?在一般220V380V三相四线制低压配电网络中,配电变压器的中性点大都实行工作接地。这主要是由于以下原因。正常供电情况下能维持相线的对地电压不变,可向外(对负载)提供220V380V两种不同的电压,以满足单相220V(如电灯、电热炉等)及三相380V(如电动机等)不同的用电需要。21:50 若中性点不接地,则当发生单相接地情况时,另外两相的对地电压便升高为相电压的槡3倍。而中性点接地后,另两相的对地电压便仍为相电压。这样,既能减小人体的接触电压,同时还可适当降低对电气设备的绝缘要求,利于制造及降低造价。可以避免高压电窜到低压侧的
18、危险。实行上述接地后,万一高低压线圈间绝缘损坏而引起严重漏电甚至短路时,高压电便可经该接地装置构成闭合回路,使上一级保护动作跳闸切断电源,从而避免低压侧工作人员遭受高压电的伤害及造成设备损坏。所以在使用中,低压电网的配变中性点一般都要实行接地。前几年,也有提出主张农村中的低压配电网不实行中性点接地的。这主要是基于广大农村中单相触电在所有触电事故中占有很高的比例。为防止中性点接地后,万一人体不慎碰触到一相电源便构成闭合回路而引发单相触电事故,中国农村电网中有的地区试行了这种配变中性点不接地的运行方式。但由于至今尚存在许多问题,故不宜推广。21:50三、不接地电网的安全性分析图4-13所示为三相四
19、线制不接地电网。图中 1、2、3 分别表示各相对地绝 缘 阻 抗。绝 缘 阻 抗 由 各相对地绝缘电阻和导线对地分布电容并联组成。绝缘电阻一般是兆欧级的。在 特 殊 情 况 下,绝 缘 电 阻 可能下降为25K。电缆的分布电容可取0.05K;架空线的分布电容约为0.005K。21:50图图4-13不接地电网不接地电网1.正常运行触电危险性分析正常运行触电危险性分析在低压电网中,如图4-14所示,在不接地电网中,单相触电时流过人体的电流只能通过电网各相对地绝缘阻抗形成回路。绝缘阻抗是各相与大地之间的等效阻抗,可视为绝缘电阻与分布电容的并联。如各相对地绝缘阻抗对称,即123,可计算出人体承受的电压
20、和流过人体的电流,根据对称性可知00。21:50图图4-14不接地电网人体单相触电不接地电网人体单相触电 图4-15所示为等值电路。等值电路中的电势应为网络二端开路,即没有人触电时该相对地电压。因为对称,该电压即相电压。等值电路中的内阻抗应为网络内电压源全部短路后的等效阻抗,即三相阻抗的并联,即 3。根据等值电路,不难按下式求得人体承受的电压和流过人体的电流。式中U相电压相量;Rr人体电阻;Z各相对地的复数阻抗。Ur和Ir人体电压和人体电流相量;由于绝缘阻抗 较大,一般为兆欧级,Ir 一般很小,不超过数十毫安。因此,不接地电网正常运行时,人体单相触电危险性较小。21:50图图4-15等值电路等
21、值电路 2.电网故障运行时触电危电网故障运行时触电危险性分析险性分析如前所述,不接地电网在正常运行的情况下,中性点的对地电压近似为零。然而,当电网有一相接地时,中性点的对地电压将发生变化。如图416所示,设电网的相电压为、名相对地绝缘阻抗为、电 网 3 相 接地、接地电阻为,则接地电流为:接地相对地电压为:21:50图图4-16不接地电网的一相故障接地不接地电网的一相故障接地 中性点对地电压:一般,接地电阻为几十至几百欧姆,即Rd,这样,当不接地电网发生一相接地故障时,接地相的对地电压很小;而中性点的对地电压将接近电源的相电压,同时,未接地相的对地电压由于0很小,故未接地的两相的对地电压将上升
22、至线电压。因此,当不接地电网发生一相故障接地时,人体如果在接地相触电(人体电阻为Rr),则通过人体的电流为:21:50设电源电压220V,接地电阻200,人体电阻1500,电网各相对地绝缘阻抗0.5,可求得通过人体的电流近似为:而当人体在未接地的另两相触电时,通过人体的电流近似为:21:50因此,当不接地电网发生一相故障接地时,人体触电的危险性是比较大的。另外,不接地电网一相接地时,接地电流很小,加之线电压保持不变,电网中的设备还能继续工作,于是,这种接地故障不容易被发现而长时间潜伏下来,而且这样的故障点有时很难寻找。四、不接地电网的应用对于中性点不接地系统,就单相触电而言,绝缘良好时,人体接
23、触单根相线时比较安全,也就是不接地电网在正常运行时的危险性是比较小的;当系统绝缘差时,特别是发生一相接地时,其他两相的对地电压可达380V。从这个角度考虑,对于那些触电危险性较大、过电压问题不突出以及线路简明的场合,如果电网对地分布电容不大且能保证高水平的对地绝缘,则宜采用不接地电网。当然,电网运行方式的选择还决定于一些其他因素。低压不接地电网一般用于采矿、石油化工等部门。21:50在不接地电网中,为了减轻一相故障接地的危险性,应对电网对地绝缘状态进行监视;并尽早找出故障点,排除故障。此外,在不接地电网中,还要考虑高压窜入低压的防护。低压电网的绝缘监视,是用3只规格相同的电压表来实现的,其接线
24、如图4-17所示。电网对地绝缘正常时,三相平衡,3只电压表读数均为相电压;当发生一相接地时,该相电压表读数急剧降低,另两相则显著升高。即使系统没有接地,而是某相对地绝缘显著恶化时,3只电压表也会给出不同的读数,引起工作人员的注意。21:50高压电网也可以用类似的方法进行绝缘监视,其接线如图4-18所示。监视仪表通过电压互感器同相线连接。互感器有两组低压线圈,一相接成星形,供绝缘监视的电压表用;一相接成开口三角形,开口处接信号继电器。正常时,三相平衡,3只电压表读数相同,三角形开口处电压为零,信号继电器不动作;当一根接地或一二根绝缘明显恶化时,3只电压表出现不同读数,同时开三角形开口处出现电压,
25、信号继电器动作,发出信号。21:50图图4-18高压电网的绝缘监视高压电网的绝缘监视当高压电因导线折断或绝缘损坏而窜入低压系统时,整个低压系统的对地电压升高到高压系统的对地电压,而且这种故障可能在较长时间内存在。为了减轻高压窜入低压的危险,在不接地低压电网中,应当把低压电网的中性点经击穿保险器接地,并接上两只电压表对击穿保险器进行监视,如图4-19所示。正常情况下,击穿保险器处在绝缘状态,系统不接地时,两个电压表读数各为相电压的一半。当高压窜入低压时,击穿保险器中的空气隙被击穿,故障电流经接地装置流入大地,这个电流即高压系统的接地短路电流,它可能引起高压系统过电流保护装置动作,切断故障。也可以
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