接地和接零汇总.docx

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接地和接零汇总

一、说教材

1、本章内容：

第一节概述；第二节采区供电设计举例。

2、本章在教材中的地位和作用

本章为课程教学的重点章节。

3、主要知识点

1采区供电的特点。

2采区供电设计的步骤及具体方法。

4、教学目的与任务

1了解采区供电的特征。

2理解采区供电的重要意义。

3掌握采区供电设计的方法和步骤。

4具有解决在采区供电设计中遇到的技术问题的能力。

5、教学重点及难点

采区供电设计为教学重点。

二、说教法

1、运用设计举例、设计规范和设计资料，师生共同研究和探讨采区设计的方法步骤，掌握设计的技能。

2、教学程序

1组织教学：

稳定教学秩序。

2围绕教学内容讲述采区供电设计的重要性。

3强调本课的培养目标。

4利用课件、图片等教学手段，逐步分析讲解采区供电设计计算的主要方法和步骤。

5总结教学目标。

6布置课后练习。

三、教学重、难点突破方法

1、结合已学知识引入设计案例。

2、由浅入深，逐步分析。

3、使用课件、图片。

4、作好课后练习。

四、说教法

1、学生分析：

基础知识好，但接触采区供电很少。

2、学习方法：

预习、通过现场的观察，理论联系实际。

3、说明：

本章教学内容实际上就是本教材前面有关章节所学内容的综合应用。

接地和接零

人体发生触电的三种形式

（1）单相触电

人体接触三相导线中的任意一根相线，电流就从一根相线通过人体流入大地。

（2）两相触电如果人体有两点同时接触到三相电网中的任何两根相线，电流就会从一根相线通过人体流到另一根相线。

（3）跨步电压触电三相高压配电线的任一相导线断落接地时，则有电流流入地向四周流散。

以电流入地点为圆心，在20米范围内的不同同心圆的周围上的电位是不同的，当人的两脚站在这不同电位的圆周上时，就有电流通过人体。

二、接地接零的概念

1、《起重机安全规程》中规定“起重机的金属结构及所有电气设备的金属外壳均应有可靠接地”。

这里

的“接地”指的是什么？

这里的“接地”是统一的术语，它有两个方面的含义，即接地保护或接零保护。

由于“接零”是“接

地”的方式之一，所谓“接零”就是通过零线与接地体相连接的接地方式。

因此，“接地”不能理解为

只接地保护，不允许采取接零保护。

同时，也不能理解为采取接地保护也行，采取接零也可。

是采取接地保护，还是采取接零保护，要根据电网条件决定。

不同的电网采取不同的保护方式。

2、“电气地”和对地电压

在距单根接地体或相线碰地处20米以外的地方的电位近于零，这电位等于零的地方称为“电气地”。

电气设备的接地部分与大地零电位点之间的电位差，称为接地时的对地电压。

3、接触电压

在接地电流回路上，一个人同时触及两点间所呈现的电位差。

4、流散电阻接地体的对地电压和经接地体流入地中的接地电流之比。

5、接地电阻

电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比称为接地装置的接地电阻；接地电阻等于接地线的电阻和流散电阻之和，由于接地线的电阻很小，所以可认为接地电阻等于流散电阻。

6、接地短路

电气设备的带电部分，偶尔与金属构架或直接与大地发生电气连接时。

7、接地短路电流

当发生接地短路时，经接地短路点流入地中的电流，称为接地短路电流（接地电流）；在此1000伏以上高压系统中，单相接地电流或同点两相接地短路大于500安时，称为大接地短路电流系统；若接地短

路电流小于500安的，称小接地短路电流系统。

8、中性点、零点和中性线、零线

发电机、变压器、电动机和电器绕组中以及串联电源回路中有一点与外部各接线端间的电压绝对值相等，这一点就为中性点或中点。

当中性点接地时，该点称为零点。

由中性点引出的导线，称为中性线；由零点引出的导线，称为零线。

三、接地和接零的分类及作用

1、分类

（1）工作接地在正常或发生事故情况下，为了保证电气设备可靠地运行，必须在电力系统中某一点进行接地。

这种接地可采取直接接地或经特殊装置（如消弧线圈、电抗、电阻、击穿保险丝）接地两种方法。

（2）保护接地

为了防止因绝缘损坏而引起触电事故，将与电气设备带电部分相绝缘的金属外壳或构架同接地体之间作良好的连接。

如TT、IT系统。

（3）重复接地

将零线上的一点或多点与地再次作金属连接

（4）保护接零

将与带电部分相绝缘的电气设备外壳或构架跟中性点直接接地系统中的零线相连接；如TN（TN—C、

TN—S）

2、作用

（1）工作接地作用

降低人体触电时的接触电压；使保护装置迅速动作，切断故障设备，降低对电气设备和输电线路的绝缘水平的要求，减轻高压窜入低压的危险。

（2）保护接地

防止人体触及带电外壳而触电。

因为当电气设备绝缘损坏而使外壳带电时，如外壳未接地，则外壳带有相电压，如外壳接地，漏电电流将通过接地装置流入大地，降低了外壳对地电压，甚至可降低到安全电压。

设备外壳的对地电压，与电网条件、中性点接地电阻及设备外壳接地电阻值的大小有关。

（3）重复接地

零线断线又发生一相碰壳故障时，重复接地可降低设备外壳的对地电压，减少人体触电的危险。

如零线没有断线，但发生一相碰壳而熔断时，零线重复接地能明显降低故障设备后面所有接零设备外壳的对地电压。

零线重复接地可使短路电流增大，加速熔断熔断。

（4）保护接零当电气设备外壳发生碰壳时，相电压通过机壳、零线构成回路。

在一般情况下，这一回路电流远远超过熔丝的熔断电流；故它能迅速熔断熔丝，或使保护装置可靠迅速地动作，而断开故障设备。

（5）接地保护和接零保护的区别在接零保护中，设备金属外壳仅仅与零线相连接是不够的，线路上还必须有保护装置，同时相零回路阻抗应足够小，保证有足够大的单相短路电流使保护装置动作。

在1000伏以下的中性点直接接地的低压供电系统中，电气设备外壳应采取接零保护；而中性点不接地

的电源系统中，应采取接地保护。

咼压

低压

接t也

工作接地r重复接地和保护接藝

高圧

TN・C系统

評接地

TN-S系统

四、接地和接零的相关要求

1、在接零系统中，接零保护合格的条件是什么？

保护接零实质上就是发生碰壳事故时，借零线形成单相短路，迫使线路上的保护装置迅速动作而切除故障。

而单相短路电流是由相零回路阻抗决定：

相零回路阻抗校验

l=220/Z>41额（熔断器）

>1.5I整（脱扣器）

其中Z=Zxl+ZbZxl――相零回路阻抗Zb――变压器阻抗

2、如何计算相零回路阻抗？

计算相零回路的阻抗，主要是验证线路上保护装置动作的可靠性。

对于不同导线的电阻和电抗可以

近似：

导线电阻R=PL/S

导线电抗架空线：

0.38〜0.35Q/KM

电缆：

0.08〜0.10Q/KM

不同变压器电阻和电抗可以按表查出

然后再求出总阻抗Z=V（刀R）+（刀X）

3、列表对照日常检验时判定相零回路阻抗是否合格?

一般按电压损失、机械强度等条件进行设计的配电线路都有较大的截面。

在线路截面已确定的条件下，

线路越长，阻抗越大，短路电流也就越小。

因此，可根据短路电流的要求，对相零回路的允许长度进行验算。

为了方便，推荐下面四个表格，供检验时参考使用。

表中的允许长度为从变压器开始到检验点的导线长度。

应用这四个不合格，只要量一下检验点到变压器的导线长度，而不考虑线路的敷设方式，也

不用进行繁琐的计算，凡线路长度不超过表中数值，都能产生足够的单相短路电流。

不合格时，再进行

详细计算或测试。

表1用熔断器保护时接零线路允许长度参考表

（一）

熔断器额疋电流（A）

5及以下

100

160

200

260

允许长度（m）

300

250

200

160

140

120

110

线路截面大一级时的允

许长度（m）

500

400

350

300

280

260

240

表2用熔断器保护时接零线路允许长度参考表

（二）

熔断器额疋电流（A）

350

430

600

320KVA

一

对」不同变压器

的允许长度（m）

560KVA

750及1000KVA

220

180

133

表3用自动开关保护时接零线路允许长度参考表

（一）

自动额定电流（A）

22及以下

150

240

300

390

允许长度（m）

450

380

320

280

240

220

190

线路截面大一级时的允

许长度（m）

700

600

480

460

445

420

400

表4用自动开关保护时接零线路允许长度参考表

（二）

自动开关额疋电流（A）

525

645

900

1200

1500

1800

2100

2500

3000

3500

4000

4500

对于不同变

320KVA

140

压器的允许

560KVA

160

100

长度（m）

750及1000KVA

320

210

180

140

110

4、相零回路阻抗合格有困难时，应采取什么措施？

相零回路阻抗不合格的原因，一般是由于起重机离娈压器过远，线路过长，截面过小，导致阻抗过大，此时应实际检测线路的电压降，如电压降过大，起重机不能维持正常工作时，起重机必须加大供电线路截面或设置专用变压器供电，使电压降和相零回路阻抗都满足规定要求。

如果电压降能够使起重机维持正常工作，起重机应采取接地保护，同时设置漏电保护装置，其动作电流与接地电阻乘积不得大于50V。

接零系统中，起重机金属结构不接零，或接零时相零回路阻抗不合格，又不设置漏电保护装置，只采取接地保护是不允许。

五、防止触电的技术措施

防止触电，确保安全用电的技术措施有两个方面。

一是防止直接接触带电体的直接触电；二是防止由

于设备绝缘破坏后使金属外壳意外带电，而有人偶尔接触外壳所引起的间接触电。

对于直接触电，可采取绝缘和罩盖封闭来防止触及带电体；设置围栏等防止意外触及带电体，以及采取联锁装置以保证只有在断电时才能接触带电体。

对于间接触电，可采取以下防护措施：

1、加强绝缘。

采取有双重绝缘和加强绝缘的电气设备。

2、电气隔离。

这种措施是采取1：

1或其他隔离变压器，或采取有同等隔离能力的发电机供电，把

中性点直接接地的供电系统变为不接地系统，以减少触电的危险。

其带电部分不能同其他回路或大地相连，以保持隔离要求。

3、保护接地或保护接零和漏电保护。

对于不同的低压电网，采取适当的连接方法，使发生故障时能地规定的时间内自动断开电源，以防止触电。

4、采取安全电压。

额定电压不超过50V时，通常不必另行采取防止触电措施。

注：

针对上述第3、4点引出什么情况下低压电网中性点可直接接地或不接地？

当条件要求较高，而且装有能迅速、可靠地自动切除接地故障的装置时，电力网可采用中性点不接地

系统。

在矿山地区，向矿井中供电的配电变压器的低压侧中性线不接地的，主要为了防止在绝缘损坏时

产生火花引起爆炸的危险，同时矿井中空间小，环境潮湿，为了保证人员安全，所以采取低压电网中性点不接地系统。

大部分工业用电、城市公用电网。

电网分支线较多，一般采取中性点直接接地的电网，即配电变压器低压侧的中性线是直接接地的。

六、在中性直接接地的低压系统电源系统中，起重机金属结构只采取保护接地，有什么危险？

为什么？

如下图得：

D表示起重机电气设备，采用接地保护，其接地电阻rD<4Q,电源中性点0接地电阻

ro<4Qo当电气设备绝缘破坏相线碰壳时，事故电流Ir经rD和r。

形成回路，且有Ir=220/（rD+ro）=27.5A,

此时g和r。

按来4Q考虑，g上电压为110V，对人体是危险电压。

此时事故电流Ir不能引起相线上熔

断器Rd熔断，因为27.5A的电流，只能使用6.9A的熔断器，这样设备上110V危险电压长期存在，这是不安全的。

因此，中性点直接接地的低压电源系统中，起重机上的电气设备不得只采取保护接地。

能否用降低接地电阻rD和ro的方法来增加事故电流，以保证装置动作？

从理论上可以。

例如，对于

150A的熔断器，事故电流必须大于600A，接地电阻rD和r。

应为：

g+roW220/600=0.37Q要求这样小

的接地电阻，在土壤电阻率较优高的场合，很难办到，同时也不经济，这个办法行不通。

能否用降低保护接地电阻的方法降低事故设备对地电压呢？

理论上也可以，我们把事故设备对地电

压限制在安全电压以内，取Ud=50V，则有「d=Ud/Uo*ro=50/（220—50）*ro=0.29ro,根据串联电路

电压分配关系，要想满足Ud=50V,就必须满足：

rD<0.29roro<4Q,时刻维持这个关系是不易办到

的。

得到这样小的电阻，耗资很大，有些场合也不可能办到。

七、在接零系统中，起重机金属结构能否又接地又接零？

能否只接地不接零？

能否只接零

不接地？

起重机金属结构可以又接地又接零。

因为金属结构与零线直接连接，金属结构的接地，等于零线的

重复接地。

起重机金属结构不能只接地不接零。

除非还加设合格有效的漏除非还加设合格有效的漏电保护装置。

由于起重机金属结构接零后再接地，属零线的重复接地。

当供电变压器距离起重机50米以内时，起

重机金属结构可只接零，不再重复接地，超过50米时，必须重复接地。

引出：

某电力变压器中性点接地电阻ro=4Q，为起重机Q和机床J同时供电。

机床采取接零保护，零线重复接地电阻rc=10Q;起重机采取接地保护，接地电阻rD=4Q;起重机总电源开关熔断器其熔体额定电流为100A。

试论证是否安全？

AY\A

同一台变压器供电系统中，不允许一部分电气设备采取接零保护，一部分电气设备只采取接地保护。

如果起重机上电气设备绝缘破坏发生碰壳时，电流Ik可通过保护接地电阻8流向大地，通过变压器

中性点接地电阻8和重复接地电阻rc,使零线电位升高，造成机床外壳带电，危及人身安全。

图中8

与rc是并联的，并联电阻r并=1心/「d+1/c）=2.857Q。

接地电流Ik=U/（「并+「d）=32A。

这个电流表不能使起重机上100A的熔断器熔体熔断。

此时零线电位Uo将上升Uo=r并XIk=92V，接零保护的机床外壳将带

的92V对地电压，若机床处零线没有重复接地，或者起重机保护接地电阻还小，则电压U。

还会增高。

纠正的办法是，起重机也采取接零保护，或者加设有效的漏电保护装置。

引出：

在中性点不接地的低压电源系统中，起重机电气设备采取接地保护是否安全？

对接地电阻有何要求？

这决定于接地电阻的大小。

中性点不接地的低压系统，对地是绝缘的，带电部分意外碰壳发生单相接

地短路时，故障电流通过接地电阻、线路与大地间电容构成回路。

一般情况下，线路对地电容决定的容

抗都比较大，因此单相接地电流一般都很小。

对于380V的对地绝缘的电网中，单相接地电流一般不超

过1A，这样在保护接地电阻上的电压降不可能很大，有可能降到安全电压以下，它的大小决定于保护接地电阻的大小。

如果保护接地电阻上电压降按50V，接地电流按12.5A考虑，则接地电阻为rD=4Q，所以在380V不

接地电源系统中，规定保护接地电阻不得大于4Q。

如果系统很小，容量不超过100KVA，单相接地电

流更小，可以放宽要求，规定保护接地电阻不得大于10Q。

只要满足接地电阻的要求，故障设备上的对地电压不会超过安全电压，是安全的。

七、如上图IT接地系统，设电网各相对地电压均为220V,各相对地绝缘电阻均可视为无限大，各相对

地电容均为0.55卩F，人体电阻为2000Q,

1）如不采用接地保护，其单相电击的危险?

V-1583V

Re与人体电阻

',彳兰血曲姑20叫_沁^整1。

“）*220_"

-x50）2x2xw-6）2+1,

2）如图中虚线所示的那样，设备上有接地，情况将发生极大的变化。

这时，接地电阻

Rp并联，一般情况下ReVVRp，漏电设备故障对地电压（即人体可能承受低压的极限）可表示为:

因为Re<<【Z】的，所以漏电设备对地电压大大降低，只要适当控制Re的大小，即可限制该故障电

压在安全范围之内。

如有Re=4Q,则有人体电压降低为4.6V，人体电流减少为2.3mA。

上面这种做法，只有在不接地配电网中，由于其对地绝缘阻抗较高，单相接地电流较小，才有可能通过

保护接地把漏电设备故障对地电压限制在安全范围内。

3）IT系统应用范围：

适用于各种不接地配电网，包括交流不接地配电网和直流不接地配电网。

4）接地电阻的确定：

从保护接地的原理可以知道•保护接地的基本原理是限制瞩电设备外壳对地电压在安全限值口1”以内，即漏电设备对地电压ue=/ei?

fA1:

^各冲探护接地的播地电隕就足擁据这牛原则来礎定的•，

1.f氐压设參技他电阻

框380V不接地低压坯统中，单相接龜电流很小.为限制设备潇电时外壷对地电殛爪翔过安全范围L般要求保护接地电阻心总4幺

当配电变压器或发电机的容誥不超过100kVA时、由『配电网分布范围很小’单相故蹴接地电流更小*可以放宽浴接地电阻的婆求•取Rf.^10nt

5）绝缘监视

在不接地配电网中.发生一相故障接地时.其他两相对地电压升高，可艇接近相电压*这会增加绝缘的负担、增加触电的危险。

这时•如茱设备月一相漏电.即便该设备上我合恪的

保护接地，也不可能将其故障电压隈制在安全范围以内。

而且，不接地配电网中一相接地的接地电流很小，线路和设备还能继续丄作•故障可能长时间存在’这对安全是非常不利的。

因此.在不接地配电网中，需要对配电网进行绝缘监视（接地故障监视）■并设置声光双重报警信号g

低压配电网的绝缘监视.是用三只规格相同的电压表来宾现的’接线轴图3-3所示徉配剋网对龜电岳£常时•三柑平術；三

国3-3低压配电网址嫌號枇

只电压表读数均为相电压；沟…相接地时，该相电压表读敎急剧降低，另两相则显著升髙°即使系统没有接地，而尼…相或两相对地绝缘显著恶化时…兀只电压表也会给出不同的屢数，引起工作人员的注意.为r不影响系统中保护接地的可ir性，应当采用髙内阻的电压表0

6）过电压防护

捋3-7不接地电网捣压滞低压

对于不接地配电网，由于配电网与大地之间没衍奁接的电气连接■在意外情况下可能产生很高的对地电托一例如’当高压一相与低压中性点矩接时（见图3-7e）.低压侧对地电压将大幅度升离。

如该变压器为10/0.4kV的变压器，采用Y>y^（Y/Y0-J2）接法」则低斥中性点对地电压If升高到将近5800V。

由电压祁址图（见图3-7b）可灿其他各相苛地电压%UiEjr3E也榜升髙到略低干或略高J5800\1?

这籽给低压系统的安全运行谴成极大的戚肪。

为了减轻过电IE的危险■在不接地低压配电网中,应当如图3-8所示的那样*把低压配电网的中性点或再湘经击穿保险器搖地。

击穿保险器11要由两片黄铜电极夹以帶小孔的云母片组成,其击穿电压大务不超过额定电压的2倍，1E常情况下，击穿保险器处在绝缘状态・S!

电条统不接地*当过电压产生时.云母片带孔部分的空气隙鞭击穿，故嚴电直经接地装置流入大地。

这个电滦即高压系统的接地短路电AL它可能引起爲压系统过电流保护菠武动作，切除故1*，断开电源卫划果这个电流不大,不足议引起保护装匱动作，则可以通过述定适当的接地电祖值揑制低压糸缓电缶

升高不趙过120乂，为此,接地电阻应为

尺声浮°（3,26）

IHE

式中：

Re—接地电阻・山

Ihe—离压系统单相接地短路电流,

A。

通常情况F,Rv<4Q晁能满足上述璽

求的吐

iE常情况下.击穿保险器必須保持絕煤

良好。

否则、不接地配电网变成接地配电网*用电设备上的保护接地将不足以保证安全口因此，对击穿幄险器的状总应经常检査，威者如

M3-8所示*接人两只相同的高内阻电压表进f亍监视匚止常时■两只电压表的读数各为相电压的一半。

如果击穿保险器内部窥路、-貝电压表的读数降低至◎学而另一只电压表的读数上升至相电压〜必偿时，防护装隴应当设置监视出穿保险器绝缘的肃、光双重报警信号.

为厂不降低系统尿护搖地的町黑性、监视装置圧罠有很鬲的内阻“

为「抑制可能的过电压摭荡"J在不接地配电网的电源中性点或人为中性点与大地之同接"阻抗值倍榊电压电压值的限抗.

八、吊钩有电麻人，一般情况下是什么原因引起的？

1、起重机上电气设备绝缘破坏碰壳，发生单相接地短路时，线路上保护装置不动作，金属结构和吊

钩长期带电。

保护装置不动作的原因可能有：

（1）在接零系统中，起重机金属结构不接零，而采取接地

保护；

（2）无保护装置；（3）相零回路阻抗过大，可能是接线接触不良或断路。

2、零线电位升高。

起重机采取接零保护，但与起重机同一低压电源系统的其他电气设备，有的只接

地没有接零或零线断路，并发生碰壳，使零线电位升高到70—110V，与零线同电位的吊钩带电。

3、三根滑线供电的起重机上的220V交流电源，采取金属结构做电流回路。

当车轮与轨道或其他部

大地构成回路，发生吊钩麻人甚

位接触不良造成接地回路断路时，电流将通过金属结构和吊钩、人体、至触电事故。

4、接地回路断路，漏电电流使吊钩带电。

我们先分析一下以下带电现象。

把绝缘良好的电动机放在绝缘桌上，通电后用测电笔测其外壳会发光，用手接触外壳会有麻电的感觉，用万用表对地测量会有

50—200V有电压，我们来分析一下这种带电产生的原因。

如图，R1为电机相线对外壳绝缘电阻；R2

为外壳对地绝缘电阻；U为相电压。

R1和R2是串联的。

外壳对地电压U2=R2/（R1+R2）U。

当U2>

50—80V时，就会使验电笔发光，通过人体电流达1—3mA时，对人体产生刺激，有麻人的感觉。

如

R2=0,即电机外壳接地，则U2=0,就不会有麻人现象。

根据以上分析，我们来解释吊钩带电的原因。

R1可为车上相线对小车金属结构间的绝缘电阻；R2为

小车金属结构与小车导轨之间的电阻。

U2为小车车身即吊钩的电位。

正常情况下R2=0，车轮与轨道接

触良好，U2=0。

吊钩不带电。

由于不导电灰尘沉积碾压，R2不再为零，R2可达MQ级，这就相当于

把起重机上的电气设备放在绝缘桌上。

R2越大，与R1的分压值U2越大，从而发生吊钩麻人现象。

大

车车轮与钢轨间接触不良也会发生上述现象。

当人握住吊钩之后，麻人感觉消失。

因为此时，人体电阻R并联在R2上，况且人体电阻RvvR1R

与R1的分压值U2明显减少，不再能够产生麻人感觉了。

5、静电。

由于车轮转动及其他运动摩擦都可能产生静电荷，这些电荷不能顺利入地，就会越积越多，人一触及就会造成

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