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电气设备安装施工什么时候保护接地和保护接零?保护接地、工作接地、保护接零的区别
保护接零和保护接地的区别还是很大的。通过有效的接地系统,可以提高电网供电可靠性,减少用电设备的损坏、甚至发生严重人身伤害的后果,从而提高低压电网的可靠性,保证设备与人身安全。
其实,这也是一个老话题了。任何一个电气网站,任何一本有关低压配电的书中都有N多相关的讨论话题和解释,也是电工们和建筑设计院的工程师们最热衷的讨论话题。
第一,什么叫做接地
接地有两种,一种是工作接地,一种是保护接地。工作接地的目的是为了取得大地的零电位,保护接地的目的是为了人身安全。
工作接地就是将变压器的中性点接地。其主要作用是系统电位的稳定性,即减轻低压系统由于一相接地,高低压短接等原因所产生过电压的危险性,并能防止绝缘击穿。电力系统由于运行和安全的需要,常将中性点接地(见图,这种接地方式称为工作接地。
工作接地有下列目的:
降低触电电压在中性点不接地的系统中;当一相接地而人体触及另外两相之一时,触电电压为相电压的1.732倍。而在中性点接地的系统中,触电电压就降低到等于或接近相电压。
迅速切断故障设备
在中性点不接地的系统中,当一相接地时,接地电流很小(因为导线和地面间存在电容和绝缘电阻,也可构成电流的通路不足以使保护装置动作而切断电源,接地故障不易被发现,将长时间持续下去,对人身不安全。而中性点接地的系统中,一相接地后的接地电流较大(接近单相短路保护装置迅速动作,断开故障点。
降低电气设备对地的绝缘水平
在中性点不接地的系统中,一相接地时将使另外两相的对地电压升高到线电压。而在中性点接地的系统中,则接近于相电压,故可降低电气设备和输电线的绝缘水平,节省投资。同时,中性点不接地也有好处。第一,一相接地往往是瞬间的,能自动消除,在中性点不接地的系统中,就不会跳闸而发生停电事故;第二,一相接地故障可以允许短时存在,这样,以便寻找故障和修复。
第二,有关接地的国际标准和国家标准
国际标准是IEC 60364,国家标准是GB16895。这两部标准都是强制性标准,也即任何配电系统,都必须无条件地百分百执行的标准。
第三,什么叫做零线
零线,指的就是PEN线,它的正确名称又叫做保护中性线。
我们来看我们早已熟知的IEC60364中有关TN-C接地系统的图,如下:
相信,这张图大家不陌生,至少我在知乎中也引用了N遍。现在,我们来仔细看看这张图。
这张图的接地系统是TN-C。这里的T指的是变压器中性点直接接地。注意看图的左侧,我们看到变压器中性点直接接地,其用途是获得地电位,也即零电位。所以,变压器中性点直接接地又被称为工作接地。
从变压器中性点接地开始,这条线被称为PEN线,也即零线。
零线这个名词颇有争议。不过,零线的知名度相当高,连老奶奶级别的人都知道,可见这个词汇还会长久存在下去。
第四,什么叫做保护接零
注意看,上图的中下部有两只负载,左边一只需要引入三条相线和中性线,右边一只仅需要引入三条相线即可。我们来看PEN线是如何接到负载中去的。
我们看到,PEN线首先接到负载的外壳,然后再接到中性线输入端子。这就是保护接零。什么叫做保护接零?这样接零的目的是什么?
保护接零:是指电气设备正常情况下不带电的金属部分用金属导体与系统中的零线连接起来,当设备绝缘损坏碰壳时,就形成单相金属性短路,短路电流流经相线——零线回路,而不经过电源中性点接地装置,从而产生足够大的短路电流,使过流保护装置迅速动作,切断漏电设备的电源,以保障人身安全。
备注:保护接零适用于电压低于1KV且电源中性点接地的三相四线制供电电路。而采用保护接零时要特别注意,在同一台变压器供电的低压电网中;不允许将有的设备接地、有的设备接零。由于一般的低压系统的电源中性点一般都接地,所以用电设备的金属外壳大多采用保护接零,以确保安全。
大家已经知道,零线的正确名称是保护中性线,并且保护是第一位的,中性线是第二位的。由此可知,在国际标准IEC60364中,TN-C接地系统的PEN线被首先引至设备外壳的意义就是保护人身安全。
注意:负载的外壳也即外露导电部分不直接接地,而是接到保护中性线PEN线上或者保护线PE上,这种做法在IEC60364中用符号N来表示。所以上图的接地系统属于TN接地系统,而将PEN线也即零线直接连接到用户端,这种接地系统被称为TN-C系统。
实际接线中,PEN线首先引入零线端子,再引入到外露导电部分的专用端子,和IEC60364的TN-C原图恰好相反。
第五,TN-C系统存在的问题
在上图中,如果PEN线在两只负载的中间断裂,前面一只负载的外壳不会发生什么问题,但后面一只负载的外壳就会有问题。
我们来看下图:
我们看到,PEN线在中间断裂。如果恰好断点前后的负载都发生了单相接零故障,断裂点前部的PEN接地良好,由IEC60364的TN-C原图可知,PEN线和用电设备的外壳电压不会上升;然而PEN线断裂点后部,因为PEN线与用电设备的外壳直接连接,而用电设备的外壳已经出现了单相接零,因此断裂点后部的PEN线上的电压会上升,最高会升到相电压220V。
这是TN-C接地系统最薄弱之处。也因此,TN-C系统严禁使用在会发生爆炸的场合,例如油库、煤矿等等。
为了防止出现上述情况,TN-C系统必须重复接地:
注意看,上图在最右下侧重复接地,这样就可以避免出现PEN线断裂点后部在单相接地故障状态下电压上升的情况。
备注:重复接地就是在中性点直接接地的系统中,在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。在低压三相四线制中性点直接接地线路中,施工单位在安装时,应将配电线路的零干线和分支线的终端接地,零干线上每隔1千米做一次接地。对于距接地点超过50米的配电线路,接入用户处的零线仍应重复接地,重复接地电阻应不大于10欧。
在TN-S(三相五线制系统中,零线是不允许重复接地的。零线是久称,此处已经不准确,三相五线的各线为3根相线、一根中性线、一根接地保护线及pe线。不允许重复接地是因为如果中性线重复接地,三相五线制漏电保护检测就不准确,无法起到准确的保护作用。故,零线不允许重复接地实际上是漏电检测点后不能重复接地。
为了人身安全和电力系统工作的需要,要求电气设备采取接地措施。平常按接地目的的不同,一般分为工作接地、保护接地和保护接零三种,如图所示。图中的接地体是埋入地中并且直接与大地接触的导体。
第六,什么叫做保护接地?
那么什么叫做保护接地呢?保护接地:是指将电气装置正常情况下不带电的金属部分与接地装置连接起来,以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害。
保护接地就是将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的接地,宜用于中性点不接地的低压系统中。我们可以分析一下电动机的保护接地。当电动机某一相绕组的绝缘损坏使外壳带电未接地的情况下,人体触及外壳,相当于单相触电。这时接地电流(经过故障点流入大地的电流的大小决定于人体电阻和绝缘电阻。当系统的绝缘性下降时,就有触电危险。当电动机某一相绕组的绝缘损坏使外壳带电而外壳接地的情况下,人体触及外壳时,由于人体的电阻与接地电阻并联,而通常人体电阻远大于接地电阻,所以通过人体的电流很小,不会有危险。这就是保护接地保证人身安全的作用。保护接零保护接零就是将电气设备的金属外壳接到零线上,宜用于中性点接地的低压系统中。再以电动机为例,当电动机某一相绕组的绝缘损坏而与外壳相接时,就形成单相短路,迅速将这一相中的熔丝熔断,因而外壳便不再带电。即使在熔丝熔断前人体触及外壳时,也由于人体电阻远大于线路电压,通过人体的电流也是极为微小的。同时注意,中性点接地的系统中不采用保护接地。我们来看下图:
这个接地系统叫做TN-S。根据前面的解释,我们知道T表示变压器中性点直接工作接地,而负载的外壳则与来自电源的保护线相接。
从图中我们看到,变压器的中性点在接地后,分开为N线和PE线,而负载的外壳直接与PE线相接。这种做法就叫做保护接地。
显然,这是最好的接地方法。
另外,PE线允许多点重复接地。
我们再看看TN-C-S接地系统:
我们看到,PEN线在两个负载中间分开为N线和PE线。左边的负载接在TN-C的系统中,而第二个负载接在TN-C-S的系统中。
TN-C-S接地系统大量应用在居家配电系统中。
值得注意的是:在PE与N的分开点PEN线需要再次接地,之后才分开,而且分开后不得再次合并。
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对于居家配电的TN-C-S系统,有一个值得注意的情况。我们来看下图:
我们看到,家家户户的居家配电箱都从MEB点获取N线。我们根本就不可能规定某家人家只能拥有多少用电设备,以及何时用电。这样一来,在MEB后部的N线电流In会很大,也即三相严重不平衡。
三相不平衡的结果造成N线产生一定的电压,这对于居家配电不是很有利,会降低供电的可靠性。
因此,对于居家配电来说,一定要做好PE线的连接工作。同时,在户内一定要杜绝N线和PE线混用。如果有条件,做好PE线的二次重复接地。特别在浴房,最好能有接地体的等电位联结。
第七,TT系统和IT系统
下图是TT系统:
我们看到,TT系统中负载的外壳直接接地,也即保护接地。这里第二个T表示直接接地的意思。
TT系统中发生单相接地故障时,故障电流较小,因此需要安装RCD来保护。
下图是IT系统:
我们看到,IT系统的变压器中性点不接地,这就是I的含义。同时,T的含义是负载外壳直接接地。这一点我们从上图中可以明确看到。
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总结一下:
1)保护接零专指TN-C系统中负载的外壳接到PEN线也即零线上。这种接法有很多弊端,并且需要多点接地。
保护零线-其实也就是地线,就是其中某根电线接触物体时,让漏保开关能及时跳闸,不击伤人,所称保护零线。
2)保护接地在TN-C-S、TN-S、TT、IT接地系统中都采用,也即负载的外壳接到PE线上(TN-S、TN-C-S)或者直接接地(TT、IT)。
保护接地,为防止电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等带电危及人身和设备安全而进行的接地;
保护接零已经很少见了,常见的都是TN-C-S或者TN-S里的保护接地方式。
保护接地与保护接零的主要区别是:
(1)保护原理不同
保护接地是限制设备漏电后的对地电压,使之不超过安全范围。在高压系统中,保护接地除限制对地电压外,在某些情况下,还有促使电网保护装置动作的作用;保护接零是借助接零线路使设备漏电形成单相短路,促使线路上的保护装置动作,以及切断故障设备的电源。此外,在保护接零电网中,保护零线和重复接地还可限制设备漏电时的对地电压。
(2)适用范围不同
保护接地即适用于一般不接地的高低压电网,也适用于采取了其他安全措施(如装设漏电保护器)的低压电网;保护接零只适用于中性点直接接地的低压电网。
(3)线路结构不同
如果采取保护接地措施,电网中可以无工作零线,只设保护接地线;如果采取了保护接零措施,则必须设工作零线,利用工作零线作接零保护。保护接零线不应接开关、熔断器,当在工作零线上装设熔断器等开断电器时,还必须另装保护接地线或接零线。
3)TN系统的特点是,它的单相接地(接零)故障电流较大,近乎于短路电流,因此TN系统又叫做大电流接地系统。
TN系统的单相接地故障保护可以依靠断路器或者熔断器;TT和IT系统的特点是,它的单相接地故障电流较小,尤其是IT,单相接地后只有分布电容造成的极小电流。因此,TT和IT又叫做小电流接地系统。
TT的单相接地故障必须配套剩余电流保护装置来执行线路保护。
IT需要配套绝缘监测装置来监测单相接地故障并告警。IT系统发生异相的第二次接地故障后,故障相通过用电设备的接地回路构成相间短路事故,会起动断路器或者熔断器来保护。
提个问题:
某低压配电采用TN-S接地系统。系统中一级配电设备的某馈电回路采用四芯电缆,仅接入三相和N线,PE线未接入。又知此电缆很长,电缆终端建筑物的地下钢筋网不与主建筑钢筋网连接。
问题是:电缆终端的配电系统属于何种接地系统?若需要配套完善的人身安全防护,需要采用何种措施?
附带说明:
本文作者为电气工程师Patrick Zhang等知乎答主解答信息,此帖中引用的图大多为IEC60364的原图,目的在于确保引用标准的准确性,不至于引起歧义。
以上就是100唯尔(100vr.com)小编为您介绍的关于电气设备的知识技巧了,学习以上的电气设备安装施工什么时候保护接地和保护接零?保护接地、工作接地、保护接零的区别知识,对于电气设备的帮助都是非常大的,这也是新手学习电气信息所需要注意的地方。如果使用100唯尔还有什么问题可以点击右侧人工服务,我们会有专业的人士来为您解答。
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