第五章供電系統的保護接地與防雷內容提要：本章講述供電系統的保護接地與防雷技術。1.供電系統的保護接地

一、電流對人體的危害

1．觸電及原因觸電——人體直接接觸電氣設備的帶電部分或人體不同部位同時接觸不同電位，一定量的電流通過人體致使組織損傷和功能障礙甚至死亡的現象。直接觸電：人體不慎接觸正常狀態的帶電體或過分靠近高壓設備；間接觸電：人體觸及正常狀態不帶電而因絕緣損壞而意外帶電的設備外殼或與之相連接的金屬構架。觸電原因：違反安全工作規程；運行維護工作不及時；設備安裝不符合要求等。1.供電系統的保護接地

一、電流對人體的危害

2．觸電電流對人體的危害電流對人體的傷害程度與通過人體電流的強度、持續時間、電壓高低、頻率、電流通過人體的路徑以及人體的健康狀況等因素有關。電流強度：電流越大，人體機能的反應越明顯，致命的危害性也越大。電流數值（交流/直流）感知電流能引起人感覺的最小電流。1mA/5mA擺脫電流人觸電后能自己擺脫的最大電流。10mA/50mA安全電流在有防觸電保護裝置的情況下能擺脫的最大電流，觸電時間按不超過1s計。30mA致命電流在較短時間內危及生命的電流。50mA觸電時間：以毫秒計量，人體通電時間越長，危險越大，傷害越大。電流路徑：沒有不危險的路徑，經心臟且路徑短者越危險。電流性質：直流電流對人體的影響較小50-60Hz的工頻電流對人體的危害最為嚴重，當電流的頻率超過20kHz時，對人體的危害作用明顯減小。個體差異：與人的健康狀況、性別、年齡有關系。兒童、女性、有心臟病者、醉酒者一旦觸電，危險較正常人嚴重。1.供電系統的保護接地

一、電流對人體的危害

3．安全電壓與人體電阻安全電壓50Hz，有效值適用場合42V在有觸電危險場所使用的手持式電動工具36V礦井、多導電粉塵場合使用的照明24V/12V/6V可供某些具有人體可能偶然觸及的帶電體設備選用安全電壓：為了防止觸電事故而由特定電源供電所采用的電壓系列。應根據作業場所、操作員條件、使用方法、線路狀況等因素選用。IEC規定，在任何正常和故障情況下，安全電壓系列的的上限值為有效值50V（交流）。人體電阻：一般在干燥環境中，人體電阻大約在2千歐-20兆歐范圍內；皮膚出汗時，約為lkΩ左右；皮膚有傷口時，約為800Ω左右。人體觸電時，皮膚與帶電體的接觸面積越大，人體電阻越小。1.供電系統的保護接地

二、接地和接地裝置

1．接地的基本概念

為避免觸電事故的發生，保障人身安全而將電氣設備的外漏可導電部分進行接地，稱為保護接地。如設備外殼的直接接地，電流、電壓互感器二次線圈的接地以及配電屏、控制柜框架的接地等。接地——為了保證電氣設備的正常工作，保障人身安全、防止間接觸電而將供電系統中電氣設備的外露可導電部分與大地土壤間做良好的電氣連接。

電力系統由于運行和安全的需要，常將發電機和變壓器的中性點以及避雷器、避雷針的接地端與大地連接，稱為工作接地。1.供電系統的保護接地

二、接地和接地裝置

2．接地的基本原理在中性點不接地系統中，設備外殼不接地且意外帶電，外殼與大地間存在電壓，人體觸及外殼，人體將有電容電流流過，如圖(a)所示。RrIdZIdRrIdZIdRbIr(a)(b)如果將外殼接地，人體與接地體相當于電阻并聯，流過每一通路的電流值將與其電阻的大小成反比。人體電阻通常為600~1000Ω，而接地電阻通常小于4Ω，因此流過人體的電流很小，這樣就完全能保證人體的安全，如圖(b)所示。

自然接地體是指兼作接地用的直接與大地接觸的各種金屬管道（輸送易燃、易爆氣體或液體的管道除外）、金屬構件、金屬井管、建筑物基礎和電纜外皮等。有條件時應首先利用自然接地體。接地極接地線二、接地和接地裝置

2．接地裝置

1.

接地極:人為埋入地下并與土壤直接接觸的金屬導體，也稱接地體。

2.

接地線:電氣裝置、設施的接地端子與接地極連接用的金屬導電部分。接地裝置的構成無論是工作接地還是保護接地，都是經過接地裝置與大地連接的。接地裝置包括接地極和接地線兩部分。接地裝置的主要作用是向大地均勻地泄放電流。

人工接地體是指專門為接地而人為裝設的接地體。可以用垂直埋入的直徑50mm，長2~2.5m的鋼管或角鋼以及水平放置的扁鋼、圓鋼等，一般情況下采用管形接地體較好。由若干接地極在大地中相互連接而組成的總體，稱為接地網。

應盡量選擇自然導體作接地線。通常采用25×4mm或40×4mm的扁鋼或直徑16mm的圓鋼。接地線在設備和裝置正常運行情況下是不載流的，但在故障情況下要通過接地故障電流。暗敷引下線，明測試卡明敷引下線和斷接卡電氣設備金屬外殼的接地

2．接地裝置散流電阻和接地電阻當電氣設備發生接地故障時，由帶電體流入地下的接地電流IE經接地極向大地作半球形散開，稱為散流效應。接地電流IE在土壤中所遇到的全部電阻稱為散流電阻。自然/人工接地極的對地散流電阻和接地線電阻的總和稱為接地電阻。接地線的電阻一般很小，故接地電阻主要指接地極的散流電阻。二、接地和接地裝置

2．接地裝置對地電壓電流通過接地極向大地作半球形散開，在距接地極越遠的地方球面越大，散流電阻越小。在距接地體20m左右處，散流電阻趨近于零，該處電位也接近于零，稱為電氣上的“地”。也就是說，可以認為距離接地體20m以上，電流就不再產生電壓降了。電氣設備從接地外殼、接地極到20m外的零電位的“地”（大地）之間的電位差，就稱為接地時的對地電壓，如圖中的UE。二、接地和接地裝置

2．接地裝置接觸電壓和跨步電壓此時，若人站在發生接地故障的設備旁，手接觸到設備的金屬外殼，則人體（人手與腳）之間呈現的電位差稱為接觸電壓（touchvoltage）。接觸電壓通常按人體離開設備0.8m考慮。由于接地裝置散流效應，當電氣設備發生單相碰殼或接地故障時，在接地點周圍的地面上就形成了不同的電位分布。當人在接地電流流散的區域內行走，由于地面各點電位不同，在兩腳間（一般按0.8m考慮）所呈現的電壓稱為跨步電壓（stepvoltage）。二、接地和接地裝置

3．接地電阻工頻接地電阻：根據通過接地極流入大地中的工頻交流電流求得的接地電阻。沖擊接地電阻：根據通過接地極流入大地中的沖擊電流求得的接地電阻。二、接地和接地裝置

接地線的電阻一般很小，故接地電阻主要指接地極的散流電阻。數值上等于接地裝置的對地電壓與通過接地極流入地中的接地電流之比。自然/人工接地極的對地散流電阻和接地線電阻的總和。電力裝置所在電力系統接地電阻允許值/Ω1kV以上的中性點接地系統≤0.51kV以下中性點不接地系統≤41kV以下中性點直接接地系統≤4接地電阻的允許值（部分）正常工作時，由相線（某一個單位時間內）提供電流，經過用電設備（負載）后由中性線回到電源端。中性線是供電系統不可缺少的組成部分，有不平衡電流流過；保護線則專用于保護，正常情況下是沒有任何電流通過的。

相線（黃、綠、紅）：從線路的性質上來說，相線是提供能源的線路，俗稱“火線”。

中性線（淡藍色或黑色）：在單相電路中，給提供能源的線路一條電流回路（和相線形成電流通道）的線路稱為中性線（N線）或零線。（叫零線的原因是三相平衡時中性線上沒有電流通過，同時它直接或間接與大地相連，電壓接近于零。）

保護線（黃綠雙色）：是作為保護電器設備、防止漏電而發生事故的一條“非正常”電流通道，記作PE線。也稱為“地線”。辨異：1.供電系統的保護接地

三、保護接地

根據現行的國家標準《電壓配電設計規范》低壓配電系統有三種接地形式，即IT系統、TT系統和TN系統。

第一個字母表示電源端與地的關系。

第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系。為保證人體觸及意外帶電的電氣設備時的人身安全，而將電氣設備的金屬外殼進行接地，稱為保護接地。T——電源端直接接地；I——電源端所有帶電部分不接地或經消弧線圈（或電阻）接地。T——外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點；N——外露可導電部分與電源端接地點（中性點）有直接電氣連接。

在中性點不接地的三相三線制低壓系統中，將電氣設備正常情況下不帶電的外露可導電部分（金屬外殼和構架等）與接地極之間作良好的金屬連接，稱為IT系統。三、保護接地系統沒有中性線（N線），因此不適用于接額定電壓為系統相電壓的單相用電設備，只能接額定電壓為系統線電壓的單相/三相設備。三相設備單相設備ABC

1.

IT系統

1.

IT系統若設備外殼未接地，在設備因絕緣損壞而使外殼帶電時，若此時人觸及外殼，由于輸電線與地之間有分布電容存在，將有電流通過人體及分布電容回到電源，使人觸電。在一般情況下，這個電流是不大的，但是，如果電網分布很廣，或者電網絕緣強度顯著下降，這個電流可能達到危險程度，這就必須采取安全措施。RrIdZIdRrIdZIdRbIr采用保護接地之后，在發生單相碰殼時，人體相當于接地裝置的一條并聯支路(分流作用)，只要使保護接地電阻遠遠小于人體電阻，大部分的接地電流被接地裝置分流，流經人體的電流很小，從而對人身安全起到了保護作用。工作原理通過接地電阻與人體電阻的并聯，限制漏電設備對地的泄漏電流，使其不超過某一安全范圍。

關鍵：實質：接地電阻越小越好（一般不超過4?。）三、保護接地

2.

TT系統

在中性點直接接地的低壓系統中，將電氣設備正常情況下不帶電的外露可導電部分（金屬外殼和構架等）通過與系統中性點接地無關的接地極直接接地，稱為TT系統。電源給出3根相線，1根中性線。中性線N是220V單相設備電流回路用的。通常將電源中性點的接地叫做工作接地，而設備外露可導電部分的接地叫做保護接地。兩者必須是相互獨立的。

2.

TT系統中性點直接接地電網中，如果用電設備不采取任何安全措施，則設備漏電時，觸及設備的人體將承受220V的相電壓，這顯然是非常危險的。工作原理若設有保護接地裝置，當發生單相碰殼故障時，人體處在和保護接地裝置并聯的位置，這時事故電流大部分流經保護接地電阻RE和工作接地電阻R0所構成的回路，只有很少一部分通過人體，從而對人身起保護作用。只要限制的大小，就能保證設備外殼電壓在安全電壓范圍內。而要使，在安全電壓以下，則：

應用局限性：1）當設備發生單相碰殼故障時，接地電流并不大，往往不足以引起中等容量以上的線路的保護裝置動作，這將導致線路長期帶故障運行，將仍有觸電的危險。

2.

TT系統若，則，要實現這樣小的接地電阻是比較昂貴的。應用局煮限性：當設備紹發生單雙相碰殼漁故障時賞，接地忘電流并倡不大，凱往往不柄足以引嫌起中等使容量以郵上的線姓路的保工護裝置輝動作，聽這將導呀致線路棵長期帶緒故障運伴行，將蛙仍有觸湯電的危之險。2.TT系統為了帖安全學起見催，要午求接旦設備修的電求源處挖熔體眉熔斷宇，但贏當設條備容撒量較泛大（緊如額邪定電決流轎）時估，按頌照熔充體額享定電偶流取必須斧小于侵或等碰于3倍導線旨按發熱菠允許通屆過電流序的原則姨，則：為了保駐證人身遺安全，國接地電訂阻應滿睛足：接地電傷阻要做抄到這樣漏小非常榜困難，巖特別是揭當土壤何電阻率陵較高的習地區，貨根本就謝無法達味到。結論希：單純采查用TT系統糟是不但能保滑證安藍全的丑，必叔須加旺裝漏電生保護朵裝置，方能蒸成為較伶完善的往保護系瞇統。三、保貪護接地3.TN系統在中性點甘直接接晚地的三相裕四線制綠低壓系夸統中，侍將電氣婦設備正廁常情況披下不帶厘電的外露帽可導診電部分傷（金簽屬外餃殼和激構架低等）間經公望共的乞保護舍線（PE線，pro亭tec長tiv唉eea路rt填hi階ng）或保壘護中性恭線（PEN線，凍又稱濃零線新）與較系統寸中性錄點直訓接電訴氣連菜接，舅稱為TN系統。TN系統TN－C系統TN－S系統TN－C－S系統整個系統的中性線N與保護線PE是合在一起的，電氣設備不帶電金屬部分與之相連。配電線路中性線N與保護線PE分開，電氣設備的金屬外殼接在保護線PE上。TN-C和TN-S系統的綜合，電氣設備大部分采用TN-C系統接線，在設備有特殊要求場合局部采用專設保護線接成TN-S形式。3.TN系統中性點煎直接接洲地電網鳥中，如賀果用電候設備不果采取任序何安全棒措施，彈則設備可漏電時泉，觸及斑設備的券人體將屠承受220抗V的相貧電壓末，這煎顯然毅是非賣常危深險的銳。工作很原理若設有陸保護接窄地裝置彎，當發費生單相游碰殼故泄障時，夢故障電謹流經電源保相線史→設海備的慌金屬滋外殼踐→保寇護線奇→電賭源中陡性點形成嗚相對待保護麗線的癢單相糕短路杰回路龍，這嘩將產楊生較劫大的顯短路衛電流皆，足羊以使盞線路塘上的讓保護蘿裝置(如熔錢斷器)迅速熔坊斷，限從而將撕漏電設自備與電陳源斷開物，從而尊避免人娘身觸電撈的可能囑性。在同針一中岔性點海直接頓接地零供電批系統榜中，覆不能揭同時踩采用TT系統霜和TN系統怒保護匯。三、毒保護筐接地4.注意事鐘項設備a采用TN-鴿C系統姿，設筆備b采用TT系統且鎮同為一矩配電系聞統之中肌，當設鐮備b發生碰嫌殼時，炎電流通謙過佩和陳形兩成回路蠻，電流迫不會大痕大，線恰路保護引（如熔丟斷器）意可能不號會斷開驗，故障證將長時襯間存在婆。這時，拴除了接夠觸該設泰備的人坐員有觸策電危險婚外，由會于PE綿N線對地文電壓升后高達到注：即獎使熔斷流器符合親能燒斷承的要求膜，也不宜允許混合合接法嚷。因為穗熔絲在較使用中肚經常調書換，很疲難保證載不出差股錯。，致撲使所午有采吹用TN津-C接地設脖備的外蠟殼都將媽帶點，供這時很吧危險的波。在TN河-C系統中劣，PEN線的購連接雅應牢蝦固可昨靠，純接觸平良好薯。所陶有電昌氣設復備均艦應以芬并聯建方式授接在PE紀N線上根，不臭允許府串聯臨。PE線上禁坦止安裝扛保險絲蝴或單獨烏的斷流張開關。一旦派出現PE鈔N線斷線置，接在軌斷線處居后面一細段線路皆上的電請氣設備態，相當會于沒有柜任何保川護措施蘇。如果貼斷線處牧后面有爐的電氣觀設備外滑殼漏電盤，則不坊但這臺財設備外心殼長期盜帶電，殘而且使椅接在斷披線處后驢面的所乘有采用TN-瞎C保護接聲地的設歉備的外純殼都存啞在接近廊于電源凳相電壓術的對地社電壓，洗觸電的索危險性佩將被擴尸大。四、共甜同接地般與重復嶄接地保護原理結構特點特點TN-C絕緣破壞即構成短路，保護跳閘。在全系統內，中性線（N線）和保護線（PE線）是合一的，稱為保護中線（PEN線）。節省了一條導線，但在三相負荷不平衡或保護中性線斷開時會使所有用電設備的金屬外殼都帶上危險電壓。適用于三相較平衡的場所。TN-S在全系統內，N線和PE線是相互獨立的。也稱為“三相五線制”。PE線在正常情況下沒有電流通過，且N線斷開不會影響PE線的保護作用，安全可靠。但耗用的導電材料較多，投資較大。對新建的大型民用建筑、住宅小區，特別推薦采用。TN-C-S在全系統內，僅在電氣裝置電源進線點前N線和PE線是合一的，之后即分開為兩根線。兼有TN-C系統和TN-S系統的特點，常用于配電系統末端環境較差或對電磁抗干擾要求較嚴的場所。小麗結：1.供電似系統的保護螺接地四、找共同免接地歡與重爺復接亂地1.共同接變地例如在纖當電動貨機a在A相上發轉生碰殼撒短路，詢電動機運在B相上監發生送碰殼堂短路倦，此精時流野經電程動機頌的電叫流為作用于a、b電機皮外殼濁上的桂電壓戀為：當命時低，顯然，是危險電壓。因此，這種接法無論電阻如何變化，接觸到電機外殼上都是危險的。1.供電系餐統的保忍護接蜘地四、共課同接地廣與重復恭接地1.共同能接地在中性今點不接候地供電賀系統中役，同一征母線供喉電的設橋備要采撲用共同具接地的方式潤保證安健全。這植樣就可壤以將兩嗓相分別廉接地短拔路變成腹相間短司路，迅卷速使保減護裝置箭動作。四、共碰同接地乒與重復撤接地2.重復洪接地在TN系統榮中，幣還應拍當采藏用重復元接地，以確任保接地邪裝置的蝦可靠。如果蚊斷線醒處后鳥面某究一設情備碰校殼時栗，事刻故電芽流將水通過床觸及坡設備市的人遣體和悶工作揚接地R0構成回辜路，又押因為Rr>>虧R0，所以葵在斷線高處后面治人體幾憲乎承受稱全部的技相電壓旋，不但預這臺設驗備外殼象長期帶茂電，而抄且使接淺在斷線眾處后面長的所有斷采用TN-懶C保護材接地華的設爛備的課外殼腳都存張在接辱近于跨電源齒相電訂壓的晶對地洞電壓擺，觸赴電的脫危險圓性將桃被擴兩大。在TN貓-C系統中享，一旦婦出現PE衫N線斷礙線，諷接在校斷線課處后專面一岡段線喊路上較的電虎氣設給備，冤相當棚于沒居有任辱何保永護措置施。四、共越同接地踩與重復旺接地2.重復接薯地在TN系統中歉，還應暴當采用重復接堤地，以痕確保住接地戀裝置截的可吸靠。除將耗配電茂變壓康器中電性點犬作工戀作接親地外聲，沿PEN走向的殺一處或養多處還姿要再次接饅地，叫刷重復病接地波。當采燙用重斬復接叔地，愈碰殼忌電流相主要若通過句重復餅接地典電阻Rn和工魯作接斑地電完阻勸構成浪回路半，在婆斷線閱處后批面，淡漏電念設備恩外殼蓋的對奶地電步壓為齊相電丟壓在這重復豎接地前電阻扁上的憑電壓矩降，林使事蟻故的河危險未程度梯有所搜減輕愈，但惑對人鞭還是膏危險卡的，良因此啞，PE減N線的斷自線事故角應盡量伯避免。1.供電系燥統的保護擱接地五、漏雙電保護鴨器漏電保夫護器（又稱漏講電保敬護開拜關）夕是一井種電椅氣安任全裝械置。凈將漏今電保銅護器晶安裝還在低族壓電徐路中首，當屯發生誼漏電切和觸嚇電時鐵，且量達到誰保護距器所魚限定誤的動竹作電怎流值信時，使就立槐即在輩限定釣的時達間內逮動作喝，自薄動斷爛開電梅源進蠅行保懇護。1.工作原失理根據進苗和出電率流差的賽原理來黑工作的圈，就是偵從火線煉進來多游少電流雜，就應籌該從零港線回去斃多少電搜流。1.供電銳系統的保蜓護接蘇地五、夕漏電甘保護萄器2.應用漏電拔保護記用于TN系統墾中，閉從使近用漏裂電保往護裝身置的精地點帥起，TN－C系統壤應改慈用TN－S系統，瘡即保護蒸線不再造用作中盜性線，饒使整體印成為TN－C－S系統箏。敷丑設時必應注眨意將相線和逮中性線帝穿過漏闊