電氣設(shè)備接地和接零的作用

發(fā)布時(shí)間:2023-11-02
1.保護(hù)接地的作用
(1)三相三線中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的電氣設(shè)備若沒(méi)有采取保護(hù)接地,當(dāng)電氣設(shè)備一相絕緣損壞漏電使金屬外殼帶電時(shí),操作人員誤觸及漏電設(shè)備,故障電流將通過(guò)人體和線路對(duì)地絕緣阻抗構(gòu)成回路,如圖1(a) 所示。絕緣阻抗是絕緣電阻和分布電容的并聯(lián)組合,其接地電流的大小與線路絕緣的好壞、分布電容的大小及電網(wǎng)對(duì)地電壓的高低成正比。線路的絕緣越壞,對(duì)地分布電容越大、電壓越高、觸電的危險(xiǎn)性越大。若漏電設(shè)備已采取保護(hù)接地措施時(shí),故障電流將會(huì)通過(guò)接地體流散,流過(guò)人體的電流僅是全部接地電流中的一部分,如圖1(b) 所示。
圖1 保護(hù)接地原理
在兩條通路中,電流的分配關(guān)系可表示為
ir/i′e=re/rr
ie=i′e+ir
式中 ir———流經(jīng)人體的電流;
i′e———流經(jīng)接地體的電流;
re———接地電阻;
rr———人體電阻;
ie———接地電流。
從式中可以看出,接地電阻 re 越小,流過(guò)人體的電流 i也越小。因此,只要控制接地電阻值在一定范圍內(nèi),就能減輕人身觸電的危險(xiǎn)。所以,保證最小的接地電阻是很重要的,在電氣設(shè)備施工和運(yùn)行時(shí)期內(nèi),均應(yīng)保證接地電阻不大于設(shè)計(jì)或規(guī)程所規(guī)定的接地電阻值,否則是不能充分起到保護(hù)作用的。
(2)三相四線制中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的電氣設(shè)備如不采取保護(hù)接地或接零的措施,一旦電氣設(shè)備漏電,人體誤觸及漏電設(shè)備外殼時(shí),加在人體的接觸電壓為相電壓 (220v),接地短路電流通過(guò)人體電阻 rr與變壓器工作接地電阻 rn組成串聯(lián)電路,通過(guò)人體的接地電流通為
ir=urr+rn
式中 ir———流經(jīng)人體的電流;
u———漏電設(shè)備外殼對(duì)地電壓 (220v);
rr———人體電阻;
rn———變壓器中性點(diǎn)接地電阻。變壓器中性點(diǎn)的工作接地電阻,一般規(guī)定在 4ω 以下,如人體電阻取 800ω,則通過(guò)人體的電流為
ir=u/(rr+rn)=220(800 +4)a =0.274a =274ma
這樣大的電流通過(guò)人體足以使人致命,是非常危險(xiǎn)的。
若漏電設(shè)備已采用保護(hù)接地時(shí),則人體電阻和保護(hù)接地電阻并聯(lián)。由于人體電阻比保護(hù)接地電阻大得多,接地短路電流絕大部分從接地電阻上通過(guò),減輕了對(duì)人體觸電傷害程度,如圖2所示。現(xiàn)假設(shè)工作接地電阻 rn和保護(hù)接地電阻 r都為4ω,電氣設(shè)備一相絕緣破壞,接地短路電流為
ie=u/(rn+rrre(rr+re))=220/(4 +3.98)a =27.57a
通過(guò)人體的電流為
ir=(220 -27.57 ×4)800a =0.137a =137ma
圖2 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)采用保護(hù)接地時(shí)
人體觸及漏電設(shè)備外殼示意
從上述分析可知,中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)采用保護(hù)接地雖比沒(méi)有保護(hù)接地時(shí)觸電的危險(xiǎn)性有所減小,但通過(guò)人體的接地短路電流仍有可能使人致命,因此,在三相四線制中性點(diǎn)直接接地的低壓配電系統(tǒng)中,電氣設(shè)備如采用保護(hù)接地,根據(jù)國(guó)際iec 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)裝設(shè)漏電保護(hù)器。
2.保護(hù)接零的作用
采用保護(hù)接零時(shí),電氣設(shè)備的金屬外殼直接與低壓配電系統(tǒng)的零線連接在一起。當(dāng)其中任何一相絕緣損壞而使外殼帶電時(shí),形成相線和零線短路。由于相零回路阻抗很小,所以短路電流很大,使線路上的保護(hù)裝置(如斷路器、熔斷器等) 迅速動(dòng)作,切除故障設(shè)備的電源,從而起到防止人身觸電的保護(hù)作用,并減少設(shè)備損壞的機(jī)會(huì)。
3.重復(fù)接地的作用
(1)減輕零線斷線時(shí)的觸電危險(xiǎn)如零線沒(méi)有采用重復(fù)接地時(shí)發(fā)生零線斷線,而且在斷線后面的某一電氣設(shè)備又發(fā)生一相碰殼接地短路故障,故障電流通過(guò)觸及漏電設(shè)備的人體和變壓器的工作接地構(gòu)成回路。因?yàn)槿梭w電阻比工作接地電阻 rn 大得多,所以人體幾乎承受了全部相電壓,造成嚴(yán)重的觸電危險(xiǎn)。當(dāng)零線采用了重復(fù)接地后,這時(shí)接地短路電流通過(guò)重復(fù)接地電阻 re 和 rn 形成回路。在零線斷線以后,電氣設(shè)備外殼對(duì)地電壓為 ue= iere;在斷線以前,電氣設(shè)備外殼對(duì)地電壓為u′e=iern。由于 ue 和 u′e都小于相電壓,所以降低了觸電危險(xiǎn)程度。
(2)降低漏電設(shè)備外殼的對(duì)地電壓當(dāng)沒(méi)有采用重復(fù)接地時(shí),一旦發(fā)生設(shè)備漏電時(shí),設(shè)備外殼對(duì)地電壓 ue 等于單相短路電流 ie 在零線電阻上產(chǎn)生的壓降 un,即 ue= un;當(dāng)采用了重復(fù)接地后,設(shè)備外殼對(duì)地電壓僅為零線壓降 un的一部分;即
ue≈re(rn+re)un
式中 ue———設(shè)備對(duì)地電壓;
re———重復(fù)接地電阻;
rn———中性點(diǎn)接地電阻;
un———零線上的電壓降。
(3)縮短故障持續(xù)時(shí)間 當(dāng)發(fā)生碰殼接地短路時(shí),因?yàn)橹貜?fù)接地在短路電流返回的途徑上增加了一條并聯(lián)支路,使單相短路電流增大,加速了線路保護(hù)裝置的動(dòng)作,縮短了故障持續(xù)時(shí)間。
(4)改善配電線路的防雷 架空線路零線上的重復(fù)接地,對(duì)雷電流具有分流作用,因此有利于防止雷電過(guò)電壓。
4.過(guò)電壓保護(hù)的作用
對(duì)于直擊雷,避雷裝置 (包括過(guò)電壓保護(hù)裝置在內(nèi)) 促使雷云正電荷和地面感應(yīng)負(fù)電荷中和,以防止雷電的產(chǎn)生。對(duì)于靜電感應(yīng)雷,感應(yīng)產(chǎn)生的靜電荷,其作用是迅速地把它們導(dǎo)入地中,以防止靜電感應(yīng)過(guò)電壓。對(duì)于電磁感應(yīng)雷,防止感應(yīng)出非常高的電動(dòng)勢(shì),避免產(chǎn)生火花放電或局部發(fā)熱,造成易燃或易爆物品燃燒爆炸的危險(xiǎn)。
5.防靜電接地的作用
設(shè)備移動(dòng)或物體在管道中流動(dòng),因摩擦產(chǎn)生靜電,它聚集在管道、容器和儲(chǔ)罐加工設(shè)備上,形成很多電位,對(duì)人身安全及對(duì)設(shè)備和建筑物都有危險(xiǎn)。作靜電接地后,一旦靜電產(chǎn)生就導(dǎo)入地中,以消除其聚集的可能。
6.工作接地的作用
在工作和事故情況下,保證電氣設(shè)備可靠地運(yùn)行,降低人體的接觸電壓,迅速切斷故障設(shè)備。電氣系統(tǒng)中,電力變壓器中性點(diǎn)接地,避雷器組的引出線端接地等均等于工作接地。
7.隔離接地的作用
把干擾源產(chǎn)生的電場(chǎng)限制在金屬屏蔽的內(nèi)部,使外界免受金屬屏蔽內(nèi)干擾源的影響。也可以把防止干擾的電器設(shè)備用金屬屏蔽接地,任何外來(lái)干擾源所產(chǎn)生的電場(chǎng)不能穿進(jìn)機(jī)殼內(nèi)部,使屏蔽內(nèi)的設(shè)備不受外界干擾源的影響。
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