一、 保护接地及作用。
把电器设备的金属外壳同接地装置连接起来叫做保护接地,它对人身的保护作用如下:
在三相四线制式中,变压器的中性点直接接地,电器设备外壳不接地十分危险,如图所示:
当设备中有一相漏电碰壳时,人体接触电器设备外壳,事故电流会经过人体和变压器的工作接地形成回路,其大小可由下式计算:
ir=ux/+r0 式中:ir 事故电流。
vx 故障相电压 220v
r0 工作接地电阻4ω
rr 人体电阻1000ω
则:ir=vx/rr+r0=220/(1000+4)=0.22a
使用保护接地后若有一相漏电碰壳,人体接触电器设备外壳时,事故电流的大部分经过保护接地和工作接地构成回路,只有一少部分通过人体。如图二所示:
由于rr比rd大的多,所以事故电流可近似为:id=ux/ro+rd
所以:id=ux/ro+rd=220/(4+4)=220/8=27.5(安)
由此可以近似地求出人体承受的电压(即设备对地电压)
ur=id*rd=27.5*4=110(伏)
我们按人体电阻1000ω取,则此时流过人体的电流为:
ir=ur/rr=110/1000=0.11(安)
由此可见:保护接地可有效地降低漏电设备的对地电压,从而起到对人体的保护作用。
二、保护接零及作用。
把电器设备的金属外壳与三相四线制式电网的零线相连接称为保护接零。它对人身的保护作用如下:
在三相四线制式电网中,如果电器设备不采取任何安全措施,则设备漏电时触及设备的人体将承受近220v的相电压。如图(三):
此时通过人体的事故电流为:ir=ur/rr=220/1000=0.22(安)
采取保护接零后,如果发生设备漏电,可通过设备外壳形成该相线对零线的单相短路,短路电流足以促成线路的保护装置迅速动作,从而把故障部分切断电源,消除触电危险。如图(四):
可见,在三相四线制式中性点接地的电网中,保护接零比保护接地要好。
三、保护接地和保护接零的分析。
鉴于上述说明我们可以看出保护接地和保护接零都是防止漏电造成触电事故的技术措施。但其保护原理和使用范围不同。jbj:6—80《工厂电力设计技术规程》中对此做了规定:
在中性点直接接地的低压电力网中,电力装置宜采用低压接零保护。
在中性点非直接接地的低压电力网中,电力装置应采用低压接地保护。
同时还规定:由同一台发电机,同一台变压器或同一段母线供电的低压电力网,不宜同时采用上述两种保护方式。
然而对此规定本人提出异议。我认为在中性点直接接地的三相四线制式电力网中,保护接地和保护接零是可以同时使用的,并且有较好的效果。下面就自己个人体会做一分析论述。
第一、 同时采用保护接地和保护接零可以降低漏电设备的对地。
电压,更有效地防止人体触电。当用电设备发生漏电时,虽可通过设备外壳形成该相对零线的单相短路,引起线路保护装置的迅速动作,切断电源。但从发生碰壳短路起到保护装置动作完毕止仍有一段时间,这其间设备外壳是带电的,其对地电压也即短路电流在零线部分产生的电压降为:
ud=ul=idlzl=u/(zx+zl)*zl 式中:idl 单相短路电流。
zx 相线阻抗
zl 零线阻抗 u 电网相电压。
一般情况下,零线的导电能力不应低于相线的二分之一。据此,可取 zx=1/2*zl 代入得:ud=uzl/(0.5zl+zl)≈147(伏)
可见,在单纯接零的情况下还是会有触电危险的。如果加装接地保护装置,就可以大大地减少这种危险了。如图五。
图五)短路电流大部分通过零线构成回路,小部分通过接地电阻。其设备的对地电压:ud=id+rd=ulrd/(rd+ro)
式中:id 接地电流 id=ul/rd+ro
rd 接地电阻取4ω
ro 工作接地电阻取4ω
假定零线电压ul仍为147伏(实际上由于rd和ro与零线并联零线上的电压还会低一些)则:
ud=147*4/(4+4)=73.5(伏)
若线路上2处保护接地且每处地阻均在4ω时则:
ud=[147*(4/2)]/4/2+4)=49(伏)
若4处时则:ud=[147*(4/4)]/4/4+4)=29.4(伏)
显然,触电危险又小了一些。
第。二、保护接地和保护接零的共同使用可以减轻零线断线时造成的触电危险。(如图六)
在只有保护接零时,当零线断线又有一相漏电碰壳,人体触及到电器设备上,事故电流会通过人体和工作接地构成回路。因为人体电阻比工作接地电阻大的多,所以当零线断线后,人体几乎承受全部的相电压(分析同图一)。另外,既便设备没有漏电,当零线断线时也会出现三相负荷不平衡,零线也可能出现危险的对地电压。
加装了保护接地后,情况就不同了。如图(七)
此时,较大的事故电流通过rd和ro构成回路,漏电设备的对地电压大大降低。从而,也减少了由此所造成的触电危险。
第三、 保护接地与保护接零的同时使用可以缩短故障时间。因。
为设备保护接地与零线相连通,与工作接地构成零线的并联分支,所以当发生短路故障时(设备漏电亦同),能增加短路电流,这样就加速了断路器的动作,从而起到切断电源的作用。
第。四、在同一变压器供电的系统中,应将所有设备同零线连接起来,构成一个零线网,假如个别设备离开零线网,而且采取保护接地措施,会出现如下情况。
如图八)设备d使用保护接地,而未接零。当d设备漏电碰壳时,电流通过rd和ro构成回路,人体触及此设备就会有如下的电压:
ud=rdu/(ro+rd)=4*220/(4+4)=110(伏)
同时零线也会出现对地电压。
uo=rou/(ro+rd)= 4*220/(4+4)=110(伏)
无疑ud和uo都是危险电压,即该设备及其他所有接零设备都可能带有危险电压。
因此,在同一变压器供电的系统中应同时进行接地保护和接零保护。
由以上分析得出结论:在三相四线制式中性点直接接地的电力网中保护接地和保护接零可以同时使用,并能够很好地防止人身触电**事故的发生。
四、如何共同使用保护接地和保护接零。
(图九)(一)、两种保护的共同使用如图所示。将设备外壳进行保护接地并将此处与保护接零连接在一起。
(二)、应注意的几点:
1、其接零和接地线均应有足够的机械强度、导电能力和热稳定性。原则上不应少于相线截面的二分之一。
2、必须连接可靠。接地装置之间应采用焊接,并有足够的焊接面积;用螺栓连接的应有防松动措施。为了保证其导电的连续性接零或接地线上不应有接头或脱节现象。
3、防止机械损伤。两种保护线应尽量安装在人们不易触及到的地方,以免意外损坏,同时又必须设在明显位置,以便于检查。对于易损伤又无法变更位置的应加以防护。
4、要定期检查并有防腐措施。钢制接地装置可用镀锌元件制成,焊接处涂防腐油;明设接地线可涂防腐漆。在强防腐地带应采用镀铜或镀锌接地体并加大其截面积。
5、接地装置的接地电阻值应符合保护接地的要求。
6、其它安装要求按有关规程。