《安全與接地》PPT課件.ppt

第四章 安全與接地,本章主要內容: 4.1 4.2 4.3 4.4,概述 供配電系統(tǒng)的接地形式 等電位連接 供配電系統(tǒng)的剩余電流動作保護,本章主要從技術的角度分析供配電系統(tǒng)接地與電氣安全的內容。,要求： 1、理解接地、對地電壓、接觸電壓和跨步電壓的概念； 2、掌握保護接地形式及其運行特點； 3、了解等電位連接的基本構成及應用； 4、了解剩余電流動作保護的工作原理和接線方式。,4.1 概述,一、電氣安全防范、防護基本措施 1. 主動防護 以預防為主，主要是法規(guī)和條文，規(guī)章和制度。如：保 證安全距離、提高電氣絕緣性能、使用電氣安全工具。 2. 被動防護 是在事故方式后才投入使用的，技術性較強。,二、接地概念 接地：指金屬物體與“地”的直接接觸。有工作接地、安全接地、故障接地。 接地裝置的主要作用是向大地均勻地泄放電流，使電氣設備外殼對地電壓不至于過高。 接地裝置包括接地體和接地線兩部分，它也是防雷裝置的重要組成部分。 1. 接地體 接地體是埋入地下與土壤直接接觸的金屬導體。 接地體一般分為自然接地體和人工接地體。 自然接地體，指兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物內的鋼筋、金屬管道和設備。 人工接地體，是指人為埋入地中的金屬構件，按打入的方式不同可分為垂直接地體和水平接地體。,2. 接地線 接地線是連接接地體和電氣裝置、設備的金屬導體。它也分為自然接地線和人工接地線兩種類型。 人工接地線材料一般采用扁鋼和圓鋼，采用扁鋼作為地下接地線時，其截面積不應小于25mmX4mm，采用圓鋼作接地線時，其直徑不應小于10mm。 自然接地線可利用建筑物的金屬結構，必須保證全程接地線路有可靠的電氣通路，用螺栓或鉚釘連接的部位必須焊接跨接線 。,流散電阻和接地電阻,接地電流流入地下以后，就通過接地體向大地作半球形散開，這一接地電流就叫做流散電流。流散電流在土壤中遇到的全部電阻叫做流散電阻。,接地電阻是接地的流散電 阻與接地線、接地體的電阻之和。接地線、接地體電阻一般很小，可以忽略不計。因此，可以認為流散電阻就是接地電阻。,流散電流,三、電氣接地的基本概念,接地電流與對地電壓,電氣設備在發(fā)生接地故障時，電流將通過接地體以半球形向大地中散開，稱為接地電流，如圖所示。,在距離接地體越遠的地方，半球的球面積越大，其散流電阻越小，相對于接地點處的電位就越低。,電氣設備的接地部分，與零電位的“大地”之間的電位差，稱為接地部分的對地電壓 。,接觸電壓Utou和跨步電壓 Ustep,接觸電壓 ，即人站在距設備0.8m處，手觸外殼等帶電部分，手腳之間所受的電壓值。 式中 觸電者站腳處的電位。 跨步電壓 ，即人在接地 故障區(qū)域內行走，跨出0.8m 步距的兩腳所受到的電位差值。 即： 式中 兩腳落地點的地面電位。,中性點、零點和中性線、零線,發(fā)電機、變壓器、電動機等電器的繞組中以及串聯(lián)電 源回路中有一點，它與外部各接線端間的電壓絕對值相 等，這一點就成為中性點或中點。 當中性點接地時，該點則稱為零點。由中性點引出的 導線，稱為中性線；由零點引出的導線，則稱為零線。,一般有中性線（代號N） 中性線（N線）的功能，一是用來接用額定電壓為相電壓 的單相用電設備，二是用來傳導三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單 相電流，三是用來減小負荷中性點的電位偏移。 保護線（代號PE）或保護中性線（代號PEN） 保護線（PE線）的功能，是為保障人身安全、防止發(fā)生觸 電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有設備的外露可導電部分通過保 護線（PE線）接地，可在設備發(fā)生接地故障時減小觸電危險。 保護中性線（PEN線）兼有中性線（N線）和保護線（PE 線）功能。這種保護中性線在我國通稱為“零線”，俗 稱“地線”。,四、觸電方式,1. 接觸正常帶電體,(1) 電源中性點接地的單相觸電,通過人體電流:,式中: UP: 電源相電壓 (220V) Ro: 接地電阻 4 Rb: 人體電阻 1000,這時人體處于相電壓下，危險較大。,(2) 電源中性點不接地系統(tǒng)的單相觸電,對地絕緣電阻,人體接觸某一相時，通過人體的電流取決于人體電阻Rb與輸電線對地絕緣電阻R 的大小。 若輸電線絕緣良好，絕緣電阻R 較大，對人體的危害性就減小。,但導線與地面間的絕緣可能不良（ R 較?。踔劣幸幌嘟拥?，這時人體中就有電流通過。,(3) 雙相觸電,觸電后果更為嚴重,通過人體的電流：,2. 接觸電壓觸電(接觸正常不帶電的金屬體),當電氣設備內部絕緣損壞而與外殼接觸，將使其外殼帶電。當人觸及帶電設備的外殼時，相當于單相觸電。大多數觸電事故屬于這一種。,這時人體處于線電壓下，,Ib,3. 跨步電壓觸電,電位分布,接地點,跨步電壓,在高壓輸電線斷線落地時，有強大的電流流入大地，在接地點周圍產生電壓降。如圖所示。,當人體接近接地點時，兩腳之間承受跨步電壓而觸電?？绮诫妷旱拇笮∨c人和接地點距離，兩腳之間的跨距，接地電流大小等因素有關。,雙腳跨步,一般在20m之外，跨步電壓就降為零。如果誤入接地點附近，應雙腳并攏或單腳跳出危險區(qū)。,五、電流對人體的作用,人體觸電時，電流對人體會造成兩種傷害：電擊和電傷。,電擊是指電流通過人體，影響呼吸系統(tǒng)、心臟和神經系統(tǒng)，造成人體內部組織的破壞乃至死亡。,電傷是指在電弧作用下或熔斷絲熔斷時，對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。,調查表明，絕大部分的觸電事故都是由電擊造成的。電擊傷害的程度取決于通過人體電流的大小、持續(xù)時間、電流的頻率以及電流通過人體的途徑等。,1. 人體電阻,人體電阻因人而異，通常為 104 105 ，當角質外層破壞時，則降到8001000。,電流頻率在40Hz 60Hz對人體的傷害最大。 高頻電流不僅沒有危害,還可以用于醫(yī)療保健等。,3. 電流頻率對人體的傷害,4. 電流持續(xù)時間與路徑對人體的傷害,電流通過人體的時間愈長，則傷害愈大。,2. 電流強度對人的傷害,人體能擺脫的電流閾值: 10mA ，工頻危險電流: 50mA,5. 安全電壓,從保護人身安全的角度來說，安全電壓為人體持續(xù)接觸而不會使人直接致死、致殘的電壓。,接地 類型,按裝置屬性分,按電壓分,自然接地,人工接地,高壓系統(tǒng)接地,低壓系統(tǒng)接地,直接接地、不直接接地,TN、TT、IT,按作用分,保護性接地,功能性接地,工作接地，屏蔽接地，邏輯接地、信號接地等,防雷接地、保護接地、防靜電接地、防電蝕接地等；,4.2 接地形式,接地形式,保護接地 ：通過獨立的接地體接地。,保護接零 ：通過系統(tǒng)公共的接地線接地。,保護接地,當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時：由于外殼帶電 , 當人觸及外殼,接地電流 Ie 將經過人體入地后, 再經其它兩相對地絕緣電阻R 及分布電容C 回到電源。當R 值較低、C 較大時，Ib 將達到或超過危險值。,對地絕緣電阻,分布電容,電氣設備外殼未裝保護接地時:,電氣設備外殼有保護接地時,通過人體的電流：,Rb與Ro并聯(lián)，且 Rb Ro 通過人體的電流可減小到安全值以內。,利用接地裝置的分流作用來減少通過人體的電流。,保護接地：將電氣設備的金屬外殼(正常情況下是 不帶電的)接地。,保護接地：,接地 方式,TN,TN-S,TN-C,IT,TN-C-S,TT,第一個字母（T或I）表示電源中性點的對地關系； T：接地，I：不接地或高阻抗接地。,第二個字母（N或T）表示裝置外露導電部分的對地關系；N：電氣設備正常運行時不帶電的金屬外露部分與電力網的中性點直接連接，T：與地直接連接。,是為保障人身安全、防止間接觸電而將設備的 外露可導電部分接地。,TN系統(tǒng),TN系統(tǒng)的電源中性點直接接地，并引出有中性線（N線）、保護線（PE線）或保護中性線（PEN線），屬于三相四線制或五線制系統(tǒng)。,1. TN-C系統(tǒng) N線和PE線全部合為PEN線,它是將PE線和N線的功能綜合起來，由一根保護中性線PEN，同時承擔保護和中性線兩者的功能 。,TN-C系統(tǒng)特點,當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，短路電流經外殼和PEN線構成回路，回路中相線、PEN線和設備外殼阻抗很小，短路電流很大，令線路上的過流保護裝置動作，切除故障。,供配電系統(tǒng)的過流保護可兼作單相接地故障保護 如PEN線斷線，短路保護裝置不動作，使接PEN的設備外露可導電部分帶電，造成人身觸電危險。 PEN線可能有電流流過，設備外殼對地存在電位差，與不帶電金屬體碰撞時易產生火花，引發(fā)火災。此外，會對連接在PEN線上的其他設備產生電磁干擾。 目前在民用建筑中，已不允許采用這種方式。,2. TN-S系統(tǒng) N線和PE線全部分開,在電源中性點工作接地，而用電設備外殼等可導電部分通過專門設置的保護線PE連接到電源中性點上。,供配電系統(tǒng)的過流保護也可兼作單相接地故障保護 PE線與N線分開,PE線中無電流流過，因此對接PE線的設備無電磁干擾。 PE線斷線時，正常情況不會使PE的設備外露可導電部分帶電，但在有設備發(fā)生一相接殼故障時，將會帶電，危及人身安全。 PE線與N線分開,投資較TNC高。 適于對安全或抗電磁干擾要求高的場所。是我國目前推廣的供電系統(tǒng)。,3. TN-C-S 從電源出來的一段采用TNC 系統(tǒng)，只起電能的傳輸作用，到用 電負荷附近某一點處，將PEN線分 開成單獨的N線和PE線 。,綜合了TNC與TNS系統(tǒng)的特點。 PE與N線一旦分開，兩者不能在相連。此系統(tǒng)比較靈活，對安全或抗電磁干擾要求高的場所采用TNS系統(tǒng)，而其它情況則采用TNC系統(tǒng)。 廣泛地應用于分散的民用建筑中，特別適合一臺變壓器供好幾幢建筑物用電的系統(tǒng) 。,4.TN方式供電系統(tǒng)的注意事項 PE線或PEN線在任何時候均不得斷開； 對保護裝置的動作時間和動作特性都有要求，若不能 滿足，應采用剩余保護電流作單相接地故障保護。,TT系統(tǒng) 沒有公共的PE線，設備外露可導電部分經各自的PE線直接接地，屬三相四線制系統(tǒng)。工作接地和保護接地必須是相互獨立的 。,由于各設備的PE線之間無電磁聯(lián)系，因此互相之間無電磁干擾。 當發(fā)生一相接地故障時則形成單相短路，但短路電流不大，影響保護裝置動作，不能使用過流保護作單相接地故障保護。需要設置專業(yè)的剩余電流動作保護裝置。 TT系統(tǒng)的安全性能和電磁兼容性比TN系統(tǒng)好。適用于 抗電磁干擾要求高的場所及分散的用電系統(tǒng)。,IT系統(tǒng) IT系統(tǒng)的電源中性點不接地或經1k阻抗接地，通常不引出N線，屬于三相三線制系統(tǒng)。,IT系統(tǒng)及一相接地時的故障電流,IT系統(tǒng),不能使用過流保護作單相接地故障保護（單相接地故障電流很小）。 沒有N線，不適于接相電壓的單相設備。 設備外露可導電部分經各自的PE線直接接地，互相之間無電磁干擾。 發(fā)生一相接地故障時三相用電設備仍能繼續(xù)工作。 應裝設單相接地保護裝置，以便發(fā)生一相接地故障時，給予報警信號。 在礦山、冶金等只有三相用電設備的行業(yè)應用較多，在建筑供配電中應用極少。,重復接地,在TN系統(tǒng)中，為確保公共PE線或PEN線安全可靠，除 在中性點進行工作接地外，還應在PE線或PEN線的下列地 方進行重復接地：1）在架空線路終端及沿線每1km處； 2）電纜和架空線引入車間或大型建筑物處。 如不重復接地，則在PE線或PEN線斷線且有設備發(fā)生單 相接地故障時，接在斷線后面的所有設備外露可導電部分都 將呈現(xiàn)接近于相電壓的對地電壓，即，如圖a所示，這是很危 險的。如進行了重復接地，如圖b所示，則在發(fā)生同樣故障 時，斷線后面的設備外露可導電部分的對地電壓很小，危險 程度大大降低。,重復接地,工作接地,即將中性點接地,各種工作接地有各自的功能。例如電源中性點直接接地，能在運行中維持三相系統(tǒng)中相線對地電壓不變；而電源中性點經消弧線圈接地，能在單相接地時消除接地點的斷續(xù)電弧，防止系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓。,等電位聯(lián)結是使建筑物電氣裝置的各外露可導電部分與電氣裝置外的其它金屬可導電部分進行電位基本相等的電氣連接。,作用于全建筑物，在每一電源進線處，利用聯(lián)結干線將保護線、接地線的總接線端子與建筑物內電氣裝置外的可導電部分（如：進出建筑物的金屬管道、建筑物的金屬結構構件等）連接成一體。,指在局部范圍內設置的等電位聯(lián)結，一般在TN系統(tǒng)中，當配電線路阻抗過大、保護動作時間超過規(guī)定允許值時或為滿足防電擊的特殊要求時，需作局部等電位聯(lián)結。,指在伸臂范圍內的某些外露可導電部分與裝置外可導電部分之間所作的等電位聯(lián)結。,4.3 低壓配電系統(tǒng)的等電位聯(lián)接,總等電位聯(lián)結示意圖,總等電位連接 局部等電位連接,樓層局部等單位連接示意圖,等電位聯(lián)結的作用,1. 顯著降低人體接觸電壓,電氣裝置絕緣損壞所引起的接地故障能使其外露導電部分帶危險電壓，等電位聯(lián)接可以顯著降低人體接觸電壓從而避免人體觸電事故的發(fā)生。,2有效消除來自外部的危險電壓,等電位連接導線的選擇 總等電位連接主母線的截面規(guī)定不應小于裝置中最大PE線截面的一半，但不小于6mm2。采用銅導線，其截面可不超過25mm2。 連接兩個外露可導電部分的局部等電位線，其截面不應小于接至該兩個外露可導電部分的較小PE線的截面。,4.4 供配電系統(tǒng)中的剩余電流保護,剩余電流保護裝置又稱為漏電保護裝置，是對電氣線路或電氣設備發(fā)生單相接地短路故障時產生剩余電流進行檢測而發(fā)出信號的裝置，當回路中有電流泄漏且達到一定值時，剩余電流保護裝置可向斷路器發(fā)出跳閘信號，切斷電路，以避免觸電事故的發(fā)生或因泄漏電流造成火災事故的發(fā)生。英文縮寫RCD。 由于漏電保護器動作靈敏，切斷電源時間短，因此只要能合理選用和正確安裝、使用漏電保護器，對于保護人身安全、防止設備損壞和預防火災產生會有明顯的作用。,漏電保護的意義： 當電氣設備（或線路）發(fā)生漏電或接地故障時，能在人尚未觸及之前就把電源切斷； 當人觸及帶電體時，能在0.1秒內切斷電源，從而減輕電流對人體的傷害程度； 防止漏電引起火災事故。 漏電保護作為低壓觸電傷亡事故的后備保護，已經廣泛地應用在低壓配電系統(tǒng)中。,1.剩余電流保護裝置的工作原理,基本工作原理是檢測配電線路的零序電流分量。,在線路正常工作時，對于三相電路和單相電路，穿過零序電流互感器磁環(huán)的電流相量和為零，即零序電流互感器磁環(huán)內的磁通為零，無感應電流，剩余電流動作保護裝置不動作。,在發(fā)生接地觸電或電氣設備絕緣損壞造成接地故障時，相線通過人體或設備金屬外殼與“地”構成回路，產生電流，使穿過零序電流互感器的電流不再平衡，零序電流互感器磁環(huán)內的磁通不再為零，因而在零序電流互感器中產生感應電流。,剩余電流保護裝置的工作原理,電流動作型 剩余電流保護專職工作原理圖 TAN零序互感器；A放大器； YR脫扣器；QF低壓斷路器,2.剩余電流保護裝置的接線方式,按相數或極數分有單相一線、單相兩線、三相三線、三相四線。,TN-S系統(tǒng)中的接線方式 保護PE線在任何時候都不能接入剩余電流保護裝置。,發(fā)生接地故障時，故障電流通過與電氣設備的金屬外殼相連接的保護PE線流出，使穿過剩余電流保護裝置中的零序電流互感器的電流不再平衡，在零序電流互感器中產生感應電流，使剩余電流動作保護裝置的動作機構動作，切斷電源，實現(xiàn)對接地故障的保護。,TN-C系統(tǒng)中的接線方