畢艷玲 張必成
(望奎縣電業(yè)局,黑龍江 望奎152100)
配電網(wǎng)的各種接地系統(tǒng)是保護電氣設(shè)備安全運行的重要內(nèi)容,接地系統(tǒng)在電氣事故發(fā)生時在一定程度上能減小事故對人身和設(shè)備的造成的傷害程度,但是接地系統(tǒng)不能完全避免觸電傷害事故造成的損失,事實上接地系統(tǒng)在電氣事故發(fā)生時仍然存在危險點,也可能對人身和設(shè)備造成傷害,分析如下。
TT系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)中性點的工作接地電阻R0≤4Ω,電氣設(shè)備外殼接地電阻Rd≤4Ω,且電氣設(shè)備外殼與地等電位,不會產(chǎn)生電弧或火花,當外殼出現(xiàn)單相接地故障時(忽略導線電阻不計)單相接地最小電流為:
此時,若電氣設(shè)備容量較大,則可能出現(xiàn)Id小于保護該電氣設(shè)備的熔斷器熔體的額定電流Ier,熔體不熔斷,故障將長期存在,Id持續(xù)作用使電氣設(shè)備發(fā)熱甚至使絕緣燃燒,而且設(shè)備外殼和變壓器中性點對地電壓分別為:
在上面兩式中,要使設(shè)備外殼對地電壓Ud達到安全值,Rd必須保證足夠小才能實現(xiàn),這在實踐中很難做到。未故障相相電壓也將會升高到接近線電壓,這樣會使單相設(shè)備絕緣擊穿,擴大事故范圍。
IT系統(tǒng)電氣設(shè)備不接地時,若電氣設(shè)備某相絕緣損壞,外殼帶電,因為電氣線路對地有絕緣電阻和分布電容,若人體觸及絕緣已損壞的電氣設(shè)備外殼,人體將遭到觸電的傷害。如果電氣設(shè)備已進行了接地措施,流經(jīng)人體和接地裝置電流大小,與電阻成反比關(guān)系。
式中,Ir、Rr是沿著人體流過的電流和人體電阻;I'd、Rd是沿接地體流過的電流和電阻。
當Rd<<Rr時,通過人體的電流大大減小,從而減輕甚至避免人體觸電傷害。在1000V以上的系統(tǒng)由于容抗Xc>>R,絕緣電阻可以忽略,此時主要是電容電流對人體的危害。在1000V以下的系統(tǒng),電源容量較小(100kVA以下),線路不太長,此時主要是流經(jīng)絕緣體的漏電流。電源容量較大、線路較長時,導線對地電容電流和絕緣漏電流不能忽略。
在TN系統(tǒng),電氣設(shè)備在采取保護接零的同時,必須與熔斷器或自動空氣開關(guān)等保護配合應(yīng)用,才能起到保護作用。
當設(shè)備的某相與金屬外殼相碰,該相對中性線的單相短路,短路電流Id=IdL將通過設(shè)備外殼和中性線形成閉合回路。由于外殼、中性線和相線的合成電阻很小,短路電流將很大,往往都大于三倍的熔絲(片)額定電流,從而使保護設(shè)備迅速動作,故障設(shè)備從線路中切除,就是在故障瞬間,人體觸及故障設(shè)備外殼,通過人體的電流也是很小的,從而達到保護人身和設(shè)備安全的作用。
TN—C系統(tǒng)是我國廣泛采用的系統(tǒng),在這個系統(tǒng),由于中性線與保護線是合一的,為了防止觸電事故,必須將電氣設(shè)備外殼與PEN線作良好的電氣連接。如果電氣設(shè)備外殼既不與PEN線連接,又不與大地作良好電氣連接,這樣做是很不安全的。
圖1 電氣設(shè)備外殼未接地
如圖1所示,電氣設(shè)備絕緣損壞設(shè)備外殼帶電時.漏電流很小,達不到熔斷器熔絲熔斷植,設(shè)備外殼將長期存在電壓,當人體觸及事故設(shè)備外殼時,就會有電流通過人體,其值為:
式中,Ux——相電壓,220V;Rr——人體電阻(一般在干燥環(huán)境中,人體電阻大約在2000Ω左右;皮膚出汗時,約為l000Ω左右;皮膚有傷口時,約為800Ω左右。所以人體電阻一般取800~1000Ω);Ro——工作接地電阻(一般為4Ω左右)。
若取Rr=1000Ω,則R。<<Rr,可忽略。那么
一般情況下,8~10mA以下的工頻電流,50mA以下的直流電流可以當作人體允許的安全電流,這些電流長時間通過人體也是有危險的(人體通電時間越長,電阻會越小)。很明顯0.22A,已經(jīng)超過了人體的安全值。
TN—C系統(tǒng)常常接有大量三相和單相負載,當單相負載過多,使三相負載運行中出現(xiàn)不平衡時,PEN線中就會有不平衡電流Io流過,并在PEN線上形成電壓降,其值為:
UN=(RN+jxN)IN
式中,RN和XN分別為PEN線上的電阻和電抗。該電壓實際就是加在電氣設(shè)備外殼上的電壓,有時可達到10~40V。這個電壓在正常運行情況下的存在,不但會使人感到麻電,而且還可能對附近的金屬構(gòu)件放電,形成火花,特別在易燃易爆環(huán)境是很危險的。此系統(tǒng)只接地,不接PEN的情況與TT系統(tǒng)相同。
TN—S系統(tǒng)的中性線與保護線是分開的,正常運行時,保護線(PE)上幾乎沒有工作電流流過,這就使電氣設(shè)備外殼與變壓器中性點對地電壓均為零。中性線流過電流時的電壓降,沒有加到電氣設(shè)備的外殼上。
TN—C—S系統(tǒng)多用在民用建筑中,特點與TN—C、TN—S系統(tǒng)相同。
TN系統(tǒng)將電氣設(shè)備外殼與N(PEN)線相接,可以使漏電設(shè)備從線路中迅速切除,不能避免漏電設(shè)備對地危險電壓的存在,當N(PEN)線斷線時,設(shè)備外殼對地電壓接近相電壓,繼電保護的動作時間延遲。為使TN系統(tǒng)電氣設(shè)備處于最佳的安全狀態(tài),必須對N(PEN)線上一處或多處通過接地裝置與大地再次連接,如圖2所示,這就是重復接地。圖3是一個無重復接地的TN系統(tǒng),當接零電氣設(shè)備發(fā)生單相短路時,從短路起到保護裝置動作完畢,切斷電源的很短時間內(nèi),短路電流在PEN線上產(chǎn)生的電壓降為:
式中,IdL——單相短路電流;ZX——相線阻抗;ZL——PEN線阻抗;UL——PEN線電壓降。
圖2 有重復接地的TN系統(tǒng)
圖3 無重復接地的TN系統(tǒng)
圖4 有重復接地的PEN線斷線
由此看出,PEN線阻抗越大,設(shè)備對地電壓越高,通常這個電壓遠高于安全電壓。一般規(guī)定PEN線導電能力不應(yīng)低于相線導電能力的1/2,依此原則,取ZX=0.5 ZL代入上式則有:
可見,單純接零措施,仍有觸電危險。
在采用圖2有重復接地的TN系統(tǒng)時,短路電流大部分通過PEN線,只有小部分電流通過重復接地電阻RC和工作接地電阻R。,此時接地電流在R。上的電壓降就是設(shè)備對地電壓,即:
Ud只占PEN線電壓降的一部分是顯而易見的。若取RC=10Ω,R。=4Ω,則有:
實際上由于RC、R。與PEN線是并聯(lián)的,Ud比104.8V還要低一些,這個電壓對人的危險仍然存在,與單純的接零相比,重復接地的安全性要好的多,如果降低重復接地電阻RC,安全性會更高。
采用重復接地,還可以減輕由于PEN線斷線帶來的危險性,如圖4所示。接在PEN線斷線處后面的電氣設(shè)備外殼上的對地電壓為:
在斷線前面設(shè)備外殼上的對地電壓為:
當RC=R。時,Ud=Uc=U0=UX/2,即斷線前后電氣設(shè)備外殼上的對地電壓均為UX/2。實際上RC>R。Uc>U0即Ud=Uc>UX/2。與無重復接地相比時,發(fā)生斷線后人體承受的近似相電壓降低了,但仍不是安全電壓。一般RC=10Ω,在1000V以下的TN系統(tǒng)中,只能起到平衡電位的作用,而不能完全排除危險。因此,要提高對PEN線的施工質(zhì)量,加強維護、防止斷線。
重復接地可以從PEN線上直接接地,也可以從設(shè)備外殼上接地。戶外架空線宜在線路終端接地,分支線宜在超過200m的分支處接地,高壓與低壓線路宜在同桿共架段的兩端接地。以金屬外皮作中性線的低壓電纜,也要重復接地。車間內(nèi)宜采用環(huán)形重復接地,中性線與接地裝置至少有兩點相連接。
當今社會離不開電,電給我們的生產(chǎn)和生活帶來了極大便利,若使用不當也會帶來災(zāi)難,安全用電關(guān)系廣大人民群眾的生命和財產(chǎn)安全,熟悉接地原理和危險點分析做好電氣設(shè)備的接地工作,加強設(shè)備巡視檢查,從而將電氣災(zāi)害造成的損失降到最低。