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1.3 接地及常见接地系统

1.3.1 接地

将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为接地。连接到接地极的导线称为接地线。接地极与接地线合称为接地装置。若干接地体在大地中互相连接则组成接地网,接地线又可分为接地干线和接地支线。按规定,接地干线应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。电力系统中接地的点一般是中性点。电气装置的接地部分为外露导电部分,它是电气装置中能被触及的导电部分,它正常时不带电,故障情况下可能带电。装置外导电部分也称为外部导电部分,不属于电气装置,一般是水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。

接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。接地是为保证电工设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施,通过金属导线与接地装置连接来实现,常用的有保护接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地和防静电接地等。接地装置将电工设备和其他生产设备上可能产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下,从而避免人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。

1.3.2 接地的种类

接地可以分为工作接地、防雷接地和保护接地。

工作接地就是由电力系统运行需要而设置的(如中性点接地),因此在正常情况下就会有电流长期流过接地电极,但是只是几安培到几十安培的不平衡电流。在系统发生接地故障时,会有上千安培的工作电流流过接地电极,然而该电流会被继电保护装置在0.05~0.1s内切除,即使是后备保护,动作时间一般也在1s以内。

防雷接地是为了消除过电压危险影响而设的接地,如避雷针、避雷线和避雷器的接地。防雷接地只是在雷电冲击的作用下才会有电流流过,流过防雷接地电极的雷电流幅值可达数十至上百千安培,但是持续时间很短。

保护接地是为了防止设备因绝缘损坏带电而危及人身安全所设的接地,如电力设备的金属外壳、钢筋混凝土杆和金属杆塔。保护接地只是在设备绝缘损坏的情况下才会有电流流过,其值可以在较大范围内变动。

电流流经以上三种接地电极时都会引起接地电极电位的升高,影响人身和设备的安全。为此必须对接地电极的电位升高加以限制,或者采取相应的安全措施来保证设备和人身安全。

1.3.3 接地装置

接地装置由接地体和接地线组成。直接与土壤接触的金属导体称为接地体。电气设备需接地点与接地体连接的金属导体称为接地线。接地体可分为自然接地体和人工接地体两类。自然接地体有:①埋在地下的自来水管及其他金属管道(液体燃料和易燃、易爆气体的管道除外);②金属井管;③建筑物和构筑物与大地接触的或水下的金属结构;④建筑物的钢筋混凝土基础等。人工接地体可用垂直埋置的角钢、圆钢或钢管,以及水平埋置的圆钢、扁钢等。当土壤有强烈腐蚀性时,应将接地体表面镀锡或热镀锌,并适当加大截面。水平接地体一般可用直径为8~10mm的圆钢。垂直接地体的钢管长度一般为2~3m,钢管外径为35~50mm,角钢尺寸一般为40mm×40mm×4mm或50mm×50mm×4mm。人工接地体的顶端应埋入地表面下0.5~1.5m处。在这个深度以下,土壤电导率受季节影响变动较小,接地电阻稳定,且不易遭受外力破坏。

1.3.4 系统接地的几种形式

接地系统分为TT系统、TN(TN-C、TN-S、TN-C-S)系统、IT系统。其中,第一个字母表示电力(电源)系统对地关系。T表示中性点直接接地,I表示所有带电部分绝缘(不接地)。第二个字母表示用电装置外露的金属部分对地的关系,如T表示设备外壳接地,它与系统中的其他任何接地点无直接关系,N表示负载采用接零保护。第三个字母表示工作零线与保护线的组合关系,如C表示工作零线与保护线是合一的,如TN-C,S表示工作零线与保护线是严格分开的,如TN-S。

1.TT系统

TT方式是指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,也称为TT系统。如图1-17所示。

图1-17 TT系统

2.TN系统

TN系统指电源系统有一点(建筑行业中通常是指建筑物供电的变压器中的中性点)直接接地,负载设备的外露可导电部分(如金属外壳)通过保护线连接到此点的低压配电系统,称为TN系统。

TN方式供电系统中,根据其保护线PE是否与工作零线N分开,又划分为TN-C、TN-S和TN-C-S系统。

(1)TN-C系统

TN-C是保护线PE和工作零线N合为一根PEN线,所有负载设备的外露可导电部分均与PEN线相连的一种形式(只使用于三相负载基本平衡情况)。如图1-18所示。

图1-18 TN-C系统

(2)TN-S系统

TN-S是一种把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统。TN-S安全可靠,适用于工业与民用建筑等低压供电系统。如图1-19所示。

图1-19 TN-S系统

(3)TN-C-S系统

TN-C-S系统前端为TN-C系统,后端为TN-S系统。TN-C-S系统在带独立变压器的生活小区中较普遍采用。如图1-20所示。

3.IT系统

IT系统电源侧没有工作接地,或经过高阻抗接地,负载侧电气设备进行接地保护。IT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,或者要求严格连续供电的场所,例如,电力、炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。如图1-21所示。

图1-20 tN-C-S系统

图1-21 IT系统

1.3.5 接地安全

接地系统应注意以下几点。

1)TN系统中的保护零线除必须在配电室或总配电箱处做重复接地外,还必须在配电系统的中间处和末端处做重复接地。在TN系统中,保护零线每一处重复接地装置的接地电阻值不应大于10Ω。在工作接地电阻值允许达到10Ω的电力系统中,所有重复接地的等效电阻值不应大于10Ω。

2)在TN系统中,严禁将单独敷设的工作零线再做重复接地。

3)每一接地装置的接地线应采用2根及以上导体,在不同点与接地体做电气连接。不得采用铝导体做接地体或地下接地线。垂直接地体宜采用角钢、钢管或光面圆钢,不得采用螺纹钢。接地可利用自然接地体,但应保证其电气连接和热稳定。

4)移动式发电机供电的用电设备,其金属外壳或底座应与发电机电源的接地装置有可靠的电气连接。

5)移动式发电机系统接地应符合电力变压器系统接地的要求。下列情况可不另做保护接零:

① 移动式发电机和用电设备固定在同一金属支架上,且不供给其他设备用电时。

② 不超过2台的用电设备由专用的移动式发电机供电,供、用电设备间距不超过50m,且供、用电设备的金属外壳之间有可靠的电气连接时。 /YaH9see/ImcHbKQYZq5RDqjAXLGZV1vBCJvBSDQ7vAkSgPfX3yYa0IlT21Wcta0

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