張 強(qiáng), 彭小平

(國網(wǎng)河南省電力公司 電力科學(xué)研究院, 河南 鄭州 450052)

低壓電氣設(shè)備接地技術(shù)措施的探討

張 強(qiáng), 彭小平

(國網(wǎng)河南省電力公司 電力科學(xué)研究院, 河南 鄭州 450052)

介紹了低壓配電系統(tǒng)接地制式的分類,探討了低壓電氣設(shè)備接地技術(shù)正確應(yīng)用的主要措施。指出應(yīng)正確選用低壓電氣設(shè)備接地制式,保證設(shè)備接地裝置系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和操作人員的人身安全。

低壓電氣設(shè)備; 接地裝置; TN系統(tǒng); 接地電阻

0 引 言

接地不但是電力系統(tǒng)普遍采用的安全技術(shù)措施,在電子設(shè)備、通信傳輸?shù)榷喾N領(lǐng)域也多有采用。接地技術(shù)不僅關(guān)系到系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行,而且關(guān)系到財(cái)產(chǎn)以及人身安全。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,微電子技術(shù)的普及和應(yīng)用,對(duì)供電可靠性的要求越來越高。電子和通信設(shè)備各級(jí)電路電流的傳輸、信息的轉(zhuǎn)換以及防止外界干擾信號(hào)的侵入,對(duì)接地技術(shù)提出了更高的要求。

本文主要對(duì)低壓電氣設(shè)備接地技術(shù)的主要措施進(jìn)行探討,以幫助相關(guān)人員了解防范接地故障的有效方法。

1 低壓配電系統(tǒng)接地制式

1.1 低壓配電系統(tǒng)接地制式的分類和表示法

低壓配電系統(tǒng)的接地制式按配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的接地組合來分類。按照國際電工委員會(huì)IEC規(guī)定,低壓配電系統(tǒng)接地制式的表示法一般由兩個(gè)字母組成,必要時(shí)可加后續(xù)字母。

低壓配電系統(tǒng)的接地制式分為TT、IT、TN三種。TN系統(tǒng)按中性線(N線)與保護(hù)線(PE線)的組合方式,又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種形式。第一個(gè)字母表示電源接地點(diǎn)對(duì)地的關(guān)系,其中T表示直接接地;I表示不接地或通過阻抗與大地接地。第二個(gè)字母表示電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分與地的關(guān)系,其中T表示外露導(dǎo)電部分直接接地,與電源的接地?zé)o關(guān);N表示外露導(dǎo)電部分與電源系統(tǒng)接地點(diǎn)或與該點(diǎn)引出的導(dǎo)線相連接。后續(xù)字母表示中性線與保護(hù)線之間的關(guān)系,其中C表示中性線與保護(hù)線合并為PEN線;S表示中性線與保護(hù)線分開;C-S表示在電源側(cè)為PEN線,從某點(diǎn)分開為N線和PE線。

1.2 低壓配電系統(tǒng)接地制式的特點(diǎn)

(1) TT系統(tǒng)必須有一個(gè)直接接地點(diǎn),一般是變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。如果沒有中性點(diǎn),則必須有一根相線接地。電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分(一般是金屬外殼或框架)也必須接地。TT系統(tǒng)接線如圖1所示。

在TT系統(tǒng)內(nèi),電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分用單獨(dú)的接地極接地,與電源在接地上無電氣聯(lián)系,所以適用于對(duì)電位敏感的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和精密電子設(shè)備的供電。PE線也可各自獨(dú)立,避免發(fā)生故障時(shí)對(duì)地故障電壓的蔓延。TT系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí),由于受到電源側(cè)接地電阻和電氣設(shè)備接地電阻的限制,短路電流不大,可減小短路時(shí)的危險(xiǎn)。

該系統(tǒng)特別適用于容量較小的電氣負(fù)荷,如果電氣負(fù)荷容量較大,必須采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(Residual Current Operated Protective Device,RCD)。利用接地故障時(shí)的剩余電流使RCD動(dòng)作,切斷電源。 (2) IT系統(tǒng)的電源不接地或通過阻抗接地,電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分可直接接地或通過保護(hù)線接到電源的接地極上。IT系統(tǒng)接地的三種情況如圖2所示。

圖2 IT系統(tǒng)接地的三種情況

IT系統(tǒng)當(dāng)出現(xiàn)第一次故障時(shí),故障電流受到限制,電氣設(shè)備的金屬外殼上不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)性的接觸電壓,因此可以不切斷電源電氣設(shè)備還能繼續(xù)運(yùn)行。但如果在消除第一次故障前又發(fā)生第二次故障,例如不同相的雙重短路,故障點(diǎn)將遭受線電壓,故障電流很大,則非常危險(xiǎn)。因此,必須具有可靠而且易于檢測(cè)出故障點(diǎn)的報(bào)警設(shè)備。IT系統(tǒng)要求不要配出中性線,因?yàn)榕涑鲋行跃€后當(dāng)發(fā)生第一次故障時(shí),IT系統(tǒng)將根據(jù)電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分的接地情況轉(zhuǎn)變?yōu)門T或TN系統(tǒng),而保護(hù)設(shè)備不能按TT或TN系統(tǒng)的要求動(dòng)作,所以非常不安全。因?yàn)楦鶕?jù)照明的需要,IT系統(tǒng)往往引出中性線,就需要中性線上裝設(shè)過電流檢測(cè)裝置。該裝置受到激勵(lì)時(shí),應(yīng)將包括中性線在內(nèi)的所有帶電導(dǎo)線從電源斷開。

(3) 在TN系統(tǒng)中,所有電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分接到保護(hù)線上,與配電系統(tǒng)的接地點(diǎn)連接,這個(gè)接地點(diǎn)通常是配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)。如果沒有中性點(diǎn)(如配電變壓器的二次側(cè)為三角型接線)或沒有引出中性線,可將變壓器二次側(cè)的一相接地,但該接地線不能作為PEN線。TN系統(tǒng)接地的三種情況如圖3所示。

圖3 TN系統(tǒng)接地的三種情況

圖3(a)中,保護(hù)線與中性線合并為PEN線,具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。但是,在PEN線上通過三相不平衡電流時(shí)有電壓降,使電氣裝置外露導(dǎo)電部分對(duì)地帶電壓。三相不平衡負(fù)荷造成外殼電壓甚低,并不會(huì)在一般場(chǎng)所造成人身傷亡,但可能對(duì)地引起火花。另外,PEN線不允許切斷(切斷后設(shè)備將失去接地線)。該系統(tǒng)不能裝RCD,因?yàn)楫?dāng)發(fā)生接地故障時(shí),相線和PEN線的故障電流互感器中的磁場(chǎng)互相抵消,RCD將檢測(cè)不出故障電流而不動(dòng)作。

圖3(b)中,保護(hù)線和中性線是分開的,具有TN-C系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。正常運(yùn)行時(shí)PE線不通過負(fù)荷電流,與PE線相連的電氣設(shè)備的金屬外殼在正常運(yùn)行時(shí)不帶電位。該系統(tǒng)可裝設(shè)RCD來保護(hù)單相接地。RCD對(duì)接地故障電流有很高的靈敏度,即使接觸220 V時(shí),也能在10 ms內(nèi)切斷以毫秒計(jì)的故障電流,使人免于電擊事故。但該系統(tǒng)只能對(duì)其保護(hù)范圍內(nèi)的接地故障起作用,不能解決相線對(duì)地短路引起電壓升高和對(duì)地故障電壓蔓延的問題。

圖3(c)中,A點(diǎn)前的中性線和保護(hù)線是合在一起的PEN線,自A點(diǎn)后分為中性線和保護(hù)線,分開后N線應(yīng)對(duì)地絕緣。PEN線自分開以后,N線和PE線不能再合并,否則將喪失分開后形成的TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)。應(yīng)給PE線涂以黃綠相間的色標(biāo),或采用黃綠相間的絕緣線;給N線涂以淺藍(lán)色的色標(biāo),或采用淺藍(lán)色的絕緣線。TN-C-S系統(tǒng)是一個(gè)廣泛采用的配電系統(tǒng)。在工礦企業(yè)中,對(duì)電位敏感的電氣設(shè)備往往設(shè)置在線路末端,而線路前端大多數(shù)為固定設(shè)備,因此末端改為TN-S系統(tǒng)十分有利。在民用建筑中,電源線路采用TN-C系統(tǒng),進(jìn)入建筑物內(nèi)改為TN-S系統(tǒng),線路結(jié)構(gòu)既簡(jiǎn)單又安全。雖然在電源測(cè)的PEN線上有一定的電壓降,但對(duì)工礦企業(yè)的固定設(shè)備及作為民用建筑的電源線都沒有影響,PEN線分開后即有專用的保護(hù)線,可以確保TN-S所具有的特點(diǎn)。

選用TN系統(tǒng)時(shí)應(yīng)做等電位聯(lián)結(jié),消除自建筑物外沿PEN線或PE線竄入的危險(xiǎn)故障電壓,有利于消除外界電磁場(chǎng)引起的干擾,改善用電設(shè)備的電磁兼容性能。

2 低壓配電系統(tǒng)接地制式的選用

低壓配電系統(tǒng)接地制式應(yīng)根據(jù)電氣裝置的危險(xiǎn)性質(zhì)、用電設(shè)備的特點(diǎn)、場(chǎng)所的環(huán)境條件、人員狀況等因素因地制宜地選用。

2.1 公共建筑電氣設(shè)備的接地制式

公共建筑低壓系統(tǒng)的接地制式根據(jù)由地區(qū)電網(wǎng)直接供電還是由建筑物本身的變電站供電而有所不同。

供電部門電網(wǎng)直接供電的情況如下:

(1) 供電部門電網(wǎng)為TT系統(tǒng),則建筑物的供電系統(tǒng)仍采用TT系統(tǒng),如果必須轉(zhuǎn)換為TN或IT系統(tǒng),則必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┮詽M足電氣安全的要求。

(2) 供電部門電網(wǎng)為TN-C系統(tǒng),在進(jìn)入建筑物內(nèi)后最好轉(zhuǎn)換為TN-S系統(tǒng),即在進(jìn)線配電箱處將PEN線分為N線和PE線,然后接入各用電設(shè)備或帶有接地插頭的插座。插座必須有與PE線相連接的接地觸頭。如果不采用TN-S系統(tǒng),將電源插頭的接地插頭通過插座接到PEN線上,一旦PEN線斷開且設(shè)備發(fā)生接地故障后,人體接觸設(shè)備的外露導(dǎo)電部分將受到相電壓的電擊。如建筑物內(nèi)采用TT系統(tǒng),應(yīng)另設(shè)PE線,不允許將電源插頭的接地觸頭通過插座接到N線上,因?yàn)楫?dāng)N線斷開且設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí),其危險(xiǎn)程度與上述TN-C系統(tǒng)相同。因此,TT系統(tǒng)也最好在進(jìn)線配電箱處分出一根PE線,與相線及中性線共同送到每個(gè)用戶。

在公共建筑物中的電器設(shè)備,一般需將其外露導(dǎo)電部分接地。但在某些特殊場(chǎng)合,電氣設(shè)備則必須采用專用的PE線接地,如果保護(hù)鋼管符合電氣連續(xù)性的要求,可用作PE線,但不能作為PEN線和N線。

2.2 實(shí)驗(yàn)室電氣設(shè)備的接地制式

科研研究機(jī)構(gòu)及工廠實(shí)驗(yàn)室的電器設(shè)備有固定式的,也有便攜式的,既有供電的電源設(shè)備,又有大量的用電設(shè)備。由于試驗(yàn)的項(xiàng)目、對(duì)象不同,對(duì)接地的要求也不同。科研機(jī)構(gòu)和工廠實(shí)驗(yàn)室電氣設(shè)備的接地有以下兩種情況:

(1) 小型設(shè)備實(shí)驗(yàn)室,其電氣設(shè)備主要是便攜式用電設(shè)備及儀器儀表,有的還有電子設(shè)備。對(duì)于這類實(shí)驗(yàn)室,一般采用絕緣地板。當(dāng)移動(dòng)式電氣設(shè)備的供電電源采用TN-S接地系統(tǒng)時(shí),供電電纜或架空線路都應(yīng)有PE線,并且移動(dòng)式設(shè)備的外殼應(yīng)與PE線相連;當(dāng)供電電源為TT接地系統(tǒng)時(shí),應(yīng)采用RCD保護(hù),這樣不僅能改善單相接地的安全條件,而且可以預(yù)防兩相短路的危險(xiǎn)。

(2) 大型設(shè)備實(shí)驗(yàn)室,應(yīng)考慮敷設(shè)環(huán)行接地網(wǎng),以均衡跨步電壓。

2.3 電子計(jì)算機(jī)的接地制式

為了防止產(chǎn)生噪聲的設(shè)備和功率較大的電氣設(shè)備在起動(dòng)和驟然停止時(shí)對(duì)電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾,應(yīng)采用不同的線路分開供電,電子計(jì)算機(jī)必須有單獨(dú)的保護(hù)線。如果為TN接地制式,必須采用TN-S接地系統(tǒng);如果為TT接地制式,必須有專門的保護(hù)線。

當(dāng)TN-C系統(tǒng)供電時(shí),PEN線接入開關(guān)箱內(nèi)的端子板,分為PE線和N線,并送入計(jì)算機(jī)專用開關(guān)箱,對(duì)于計(jì)算機(jī)房的其他電氣設(shè)備,則仍由TN-C系統(tǒng)供電;當(dāng)由TT系統(tǒng)供電時(shí),電源N線在端子板處與專用接地線PE線相連,也分為PE線和N線,并送入計(jì)算機(jī)專用開關(guān)箱。這兩種系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)都有專用接地線,可以消除外來的電磁干擾。

2.4 電子設(shè)備的接地制式

電子設(shè)備有交流電源回路、直流電源回路、信號(hào)輸入回路和信號(hào)輸出回路。這些回路常處于強(qiáng)電電流、用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電弧和火花、無線電、電暈等雜散電磁場(chǎng)內(nèi),受到這些雜散電磁場(chǎng)的干擾。為了減少干擾和抑制噪聲,以保證電子設(shè)備穩(wěn)定、可靠地工作,接地是最簡(jiǎn)單易行的方法。

電子設(shè)備的接地主要有信號(hào)接地、功率接地、屏蔽接地、保護(hù)接地等。電子設(shè)備對(duì)接地電阻的要求,除有特殊要求的電子設(shè)備外,一般將信號(hào)接地、功率接地、屏蔽接地及保護(hù)接地組合在一起,采用一點(diǎn)接地,其接地電阻不大于4 Ω。屏蔽接地根據(jù)電子設(shè)備的不同要求決定是否設(shè)置,如設(shè)置單獨(dú)屏蔽接地裝置,其接地電阻一般為30 Ω。

2.5 數(shù)據(jù)處理設(shè)備的接地制式

數(shù)據(jù)處理設(shè)備是指具有數(shù)據(jù)接收、積累、處理、儲(chǔ)存等功能的設(shè)備。數(shù)據(jù)處理設(shè)備可由TN、TT、IT三種不同接地制式的配電系統(tǒng)供電;對(duì)于數(shù)據(jù)處理設(shè)備,可將不同接地集中到一點(diǎn)后進(jìn)行接地,接地電阻一般為4 Ω。當(dāng)與交流工頻接地共用一個(gè)接地裝置時(shí),接地電阻按交流工頻接地的要求,不大于4 Ω。當(dāng)與交流工頻、防雷共同接地時(shí),接地電阻為1 Ω。對(duì)于有特殊要求的數(shù)據(jù)處理設(shè)備,則按制造商規(guī)定,但不能大于以上各接地電阻值。

2.6 照明線路及插座的接地制式

當(dāng)照明線路采用TN-C系統(tǒng)時(shí),在二線及三相四線制線路中,因?yàn)镻EN線切斷時(shí)會(huì)發(fā)生故障,所以斷路器及熔斷器僅裝在相線上。對(duì)于線路末端的二線照明線路,考慮到大部分是不熟悉電氣的人與之接觸,而且有時(shí)因?yàn)樾蘩砘蜓娱L線路等原因可能將相線和PEN線接錯(cuò),因此相線和中性線都要裝斷路器。當(dāng)發(fā)生電氣故障時(shí),斷路器的兩極要同時(shí)動(dòng)作,以免發(fā)生事故。在有爆炸及火災(zāi)危險(xiǎn)的建筑物內(nèi),為了防止過負(fù)荷,相線和中性線上都要裝設(shè)斷路器。

當(dāng)照明線路采用IT系統(tǒng)時(shí),在二線制線路中中性線并不作為PE線,為了防止線路過載造成火災(zāi)危險(xiǎn),相線和中性線都用斷路器保護(hù)。IT系統(tǒng)配出中性線時(shí),如線路絕緣破壞而長期沒有被發(fā)現(xiàn),將造成電壓的中性點(diǎn)移動(dòng),使中性線上有了電壓。為了在檢修線路時(shí)不發(fā)生事故,必須采用能將相線與中性線同時(shí)斷開的隔離開關(guān)。插座接線布線時(shí)最好采用不同顏色的絕緣線,如L1(A相)為黃色,L2(B相)為綠色,L3(C相)為紅色,中性線、PEN線及直流接地中性線為淺藍(lán)色,PE線為黃綠相間;直流正極為棕色,負(fù)極為黑色。插座終端接地觸頭只能接PE線,嚴(yán)禁通過工作電流。接地線的截面積不應(yīng)小于2.5 mm2,而且應(yīng)壓接牢固。

2.7 電磁場(chǎng)危害環(huán)境的接地制式

IEC/TC 77中對(duì)電磁兼容的定義:電磁環(huán)境中的元件如能允許其他元件的存在,且彼此不妨礙工作時(shí),則為具有電磁適應(yīng)性。對(duì)于各種干擾源,比較簡(jiǎn)單易行的方法是屏蔽接地。

2.8 防靜電接地制式

消除靜電的方法很多,但最簡(jiǎn)單和最有效的方法是采取接地措施。由于靜電能產(chǎn)生高電位及火花放電,因此在有爆炸及火災(zāi)的場(chǎng)所必須特別重視。防止靜電的接地措施和要求主要有以下幾個(gè)方面:

(1) 導(dǎo)體接地。就是將聚集靜電的設(shè)備金屬外殼或金屬管道等可靠接地。

(2) 鋪設(shè)導(dǎo)電性地板,在絕緣地板上噴刷導(dǎo)電性涂料,穿導(dǎo)電鞋襪。

(3) 導(dǎo)電覆蓋層。絕緣體表面帶電,也會(huì)造成與其他導(dǎo)體之間的火花放電。可以在絕緣體表面上加導(dǎo)電性覆蓋層,以泄靜電電荷,避免危險(xiǎn)的電荷密度。

(4) 屏蔽。屏蔽是用接地導(dǎo)體,即屏蔽導(dǎo)體靠近帶靜電體位置,增大帶靜電體對(duì)地電容,減小帶電體靜電電位,從而減輕靜電放電的危險(xiǎn)。

2）拉丁舞對(duì)男大學(xué)生上肢協(xié)調(diào)性、反應(yīng)靈敏和快速變向移動(dòng)重心能力的提升更為明顯，標(biāo)準(zhǔn)舞則更有助于提升男大學(xué)生移動(dòng)靈敏能力。

(5) 絕緣體接地。為了使絕緣體上的靜電較快地泄露,絕緣體宜通過106Ω或稍大些的電阻接地。

3 結(jié) 語

通過上述對(duì)低壓電氣設(shè)備接地裝置技術(shù)措施的分析,對(duì)正確運(yùn)用低壓設(shè)備接地裝置的技術(shù)措施有了進(jìn)一步的了解,從而達(dá)到保證接地裝置系統(tǒng)的可靠運(yùn)行及操作人員人身安全的目的。

[1] 劉丙江.實(shí)用接地技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2012.

[2] 王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].2版.北京:中國電力出版社,2007.

[3] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國電力出版社,2005.

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Discussion about Grounding Technology Measures of Low Voltage Electrical Equipment

ZHANG Qiang, PENG Xiaoping

(Electric Power Research Institute of Hanan Electric Power Company, State Grid, Zhengzhou 450052, China)

This paper introduced the classification feature of grounding system of low voltage power distribution system,and discussed the main correct measures of grounding technique.It is pointed out that the grounding system of low voltage electrical equipment should be selected correctly,to ensure the reliable operation of low voltage electrical equipment and the safety of operators.

low volge electrical equipment; grounding device; TN system; grounding resistance

張 強(qiáng)(1961—),男,高級(jí)工程師,從事計(jì)量方面的研究。

TM 52

B

1674-8417(2015)02-0026-05

2014-10-27

彭小平(1976—),女,從事計(jì)量方面的研究。