電氣接地及接零技術(shù)課件

2022/12/291第三章電氣接地與接零安全技術(shù)在正常情況下，直接防護措施能保證人身安全，但是當(dāng)電氣設(shè)備絕緣發(fā)生故障而損壞時，造成電氣設(shè)備嚴重漏電，使不帶電的外漏金屬部件呈現(xiàn)危險電壓，可能造成接觸電。間接接觸電擊防護目的是為了防止電氣設(shè)備發(fā)生故障情況下，發(fā)生人身觸電事故，也是為了防止電氣設(shè)備事故進一步擴大。目前主要采用保護接地接零以及等電位連接等技術(shù)措施。

2022/12/291第三章電氣接地與接零安全技術(shù)在正2022/12/292接地技術(shù)的基本概念1.1技術(shù)術(shù)語：接地與接地技術(shù)：在電力系統(tǒng)中，由于正常運行的需要和為了保障人身、設(shè)備的安全，將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與埋入大地的金屬導(dǎo)體相連接，即為接地。接地技術(shù)就是研究接地原理、方法及其實施，如何避免減輕人身傷亡事故，保證人身和設(shè)備安全而發(fā)展起來的一門科學(xué)技術(shù)。2022/12/292接地技術(shù)的基本概念2022/12/293接地體、接地線與接地裝置：接地體：埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。分為自然接地體和人工接地體。接地線：電氣設(shè)備與接地體連接的導(dǎo)線接地裝置：接地線和接地體總稱接地裝置。2022/12/2932022/12/294接地電流和接地短路電流凡從接地點流入地下的電流即屬于接地電流。系統(tǒng)一相接地可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生短路，這時的接地電流叫做接地短路電流，如0.4kV系統(tǒng)中的單相接地短路電流。在高壓系統(tǒng)中，接地短路電流可能很大，接到電流500A及以下的稱小接地短路電流系統(tǒng)；接地短路電流大于500A的稱大接地短系統(tǒng)。2022/12/294接地電流和接地短路電流2022/12/295流散電阻和接地電阻接地電流入地下后自接地體向四周流散這個自接地體向四周流散的電流叫做流散電流。流散電流在土壤中遇到的全部電阻叫做流散電阻。 接地電阻是接地體的流散電阻與接地線的電阻之和。接地線的電阻一般很小，可忽略不計，因此，在絕大多數(shù)情況下可以認為流散電阻就是接地電阻。2022/12/295流散電阻和接地電阻2022/12/296

電氣上的“地”、對地電壓和對地電壓曲線電流通過接地體向大地作半球形流散。因為半球面積與半徑的平方成正比，半球的面積隨著遠離接地體而迅速增大，因此，與半球面積對應(yīng)的土壤電阻隨著遠離接地體而迅速減小，至離接地體

20m處，半球面積已達

2500㎡，土壤電阻己可小到忽略不計。這就是說，可以認為在離開接地體

20m以外，電流不再產(chǎn)生電壓降了?；蛘哒f，至遠離接地體20m處，電壓幾乎降低為零。電氣工程上通常說的“地”就是這里的地，而不是接地體周圍

20m以內(nèi)的地。2022/12/296電氣上的“地”、對地電壓和對地電壓曲2022/12/297

對地電壓，即帶電體與大地之間的電位差，也是指離接地體

20m以外的大地而言的。簡單地說，對地電壓就是帶電體與電位為零的大地之間的電位差。顯然，對地電壓等于接地電流和接地電阻的乘積。

如果用曲線來表示接地體及其周圍各點的對地電壓，這種曲線就叫做對地電壓曲線。圖3-1所示的是單一接地體的對地電壓曲線，顯然，隨著離開接地體，曲線逐漸變平，即曲線的陡度逐漸減小。2022/12/297對地電壓，即帶電體與大2022/12/298圖3-1對地電壓曲線2022/12/298圖3-1對地電壓曲線2022/12/299接觸電動勢和接觸電壓

接觸電動勢是指接地電流自接地體流散，在大地表面形成不同電位時，設(shè)備外殼與水平距離

0.8m處之間的電位差。

接觸電壓是指加于人體某兩點之間的電壓，如圖

3-1所示。當(dāng)設(shè)備漏電，電流IE自接地體流入地下時，漏電設(shè)備對地電壓為UE，對地電壓曲線呈雙曲線形狀。

a觸及漏電設(shè)備外殼，其接觸電壓即其手與腳之間的電位差。如果忽略人的雙腳下面土壤的流散電阻，接觸電壓與接觸電動勢相等。圖

3-1中

,a的接觸電壓為

Uc。如果不忽略腳下土壤的流散電阻，接觸電壓將低于接觸電動勢。2022/12/299接觸電動勢和接觸電壓2022/12/29101.2接地分類2022/12/29101.2接地分類2022/12/2911工作接地：工作接地是指正常情況下有電流流過，利用大地代替導(dǎo)線的接地，以及正常情況下沒有或只有很小不平衡電流流過，用以維持系統(tǒng)安全運行的接地。安全接地：是正常情況下沒有電流流過的起防止事故作用的接地，如防止觸電的保護接地、防雷接地等。故障接地是指帶電體與大地之間的意外連接，如接地短路等。保護接地：是一種技術(shù)上的安全措施，它是把故障情況下可能呈現(xiàn)危險電壓的金屬部分同大地緊密連接起來。防雷接地：又叫過電壓保護接地，是指為限制過電壓危險影響而設(shè)的接地（如避雷針，避雷器）2022/12/2911工作接地：工作接地是指正常情況下有電2022/12/29122電網(wǎng)接地運行方式及其安全性分析電網(wǎng)種類很多。按照電壓可分為1000伏以上的高壓電網(wǎng)和1000伏及1000伏以下的低壓電網(wǎng)；按電流種類可分為交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)；按相數(shù)可分為三相電網(wǎng)和單相電網(wǎng)；按用途可分為動力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)和專用電網(wǎng)等；按運行方式可分為直接接地電網(wǎng)、經(jīng)阻抗接地電網(wǎng)和不接地電網(wǎng)等。2022/12/29122電網(wǎng)接地運行方式及其安全性分析2022/12/2913高壓電網(wǎng)運行方式：中性點直接接地運行方式中性點經(jīng)阻抗接地運行方式中性點不接地運行方式低壓電網(wǎng)運行方式：中性點直接接地運行方式中性點不接地運行方式接地電網(wǎng)和不接地電網(wǎng)對出現(xiàn)的各種電氣故障防護能力是不相同的。本節(jié)將重點討論這兩種低壓電網(wǎng)的安全特征。2022/12/2913高壓電網(wǎng)運行方式：2022/12/29142.1接地電網(wǎng)(工作接地)

我國最常用的低壓接地電網(wǎng)是用電電壓380/220V（線電壓380V、相電壓220V），供電電壓0.4/0.23kV(線電壓0.4kV、相電壓0.23kV)的中性點直接接地的三相四線制電網(wǎng)。380V用于動力設(shè)備，220V用于照明設(shè)備和單相設(shè)備。2022/12/29142.1接地電網(wǎng)(工作接地)2022/12/29152.1.1接地電網(wǎng)單相觸電的危險性圖3-2接地電網(wǎng)中的單相觸電式中U——電網(wǎng)相電壓

Ro——工作接地電阻

Rd——人腳下的土壤流散電阻

Rs——鞋的電阻

Rr——人體的電阻2022/12/29152.1.1接地電網(wǎng)單相觸電的危險2022/12/2916結(jié)論：觸電的危險性主要決定于Rs的大小。在接地電網(wǎng)中，單相觸電的危險性是比較大的。2022/12/2916結(jié)論：2022/12/29172.1.2接地電網(wǎng)抑制過電壓的能力

過電壓是指一切對電氣設(shè)備或電氣線路絕緣有危害的電壓升高。電網(wǎng)中出現(xiàn)過電壓的原因很多，根據(jù)造成過電壓的原因，過電壓分可為外部過過電壓和內(nèi)部過電壓。外部過電壓主要有雷擊過電壓、雷電感應(yīng)過電壓、電磁感應(yīng)過電壓和靜電感應(yīng)過電壓等；內(nèi)部過電壓主要有操作過電壓、諧振過電壓以及變壓器高壓侵入低壓等。2022/12/29172.1.2接地電網(wǎng)抑制過電壓的能2022/12/2918由于電網(wǎng)直接接地，各種過電壓都將受到一定的抑制。例：以變壓器高壓侵入低壓為例來分析接地電網(wǎng)的安全性。圖3-3接地電網(wǎng)高壓侵入低壓2022/12/2918由于電網(wǎng)直接接地，各種過電壓都將受到2022/12/2919設(shè)高壓

10kV，低壓

0.4kV，盡管高壓相線對地電壓將近為

5800V，但當(dāng)高壓側(cè)意外與低壓側(cè)發(fā)生短路時，由于10kV是不接地電網(wǎng)，單相接地電流Iad不超過

20～30A，如能控制RN≤4Ω，即可限制低壓中性點對地電壓UN不超過80～120V。

結(jié)論：由于接地電阻?。ㄒ话鉘N≤4Ω），因此，接地電網(wǎng)可大大地抑制過電壓，減輕了觸電的危險性，同時由于控制了各導(dǎo)體間產(chǎn)生過大的電位差，也減輕了由放電火花所造成的火災(zāi)的危險性。但是，該故障還是會影響到電氣設(shè)備的正常運行，應(yīng)及時排除。2022/12/2919設(shè)高壓10kV，低壓0.42022/12/29202.1.3接地電網(wǎng)單相接地的危險性

單相接地是電網(wǎng)最常見的故障之一。一相故障接地不僅破壞了電網(wǎng)的運行方式，破壞了電氣設(shè)備的安全運行，甚至損壞電氣設(shè)備本身，還有可能危及人身安全。2022/12/29202.1.3接地電網(wǎng)單相接地的危險2022/12/2921圖3-4接地電網(wǎng)單相接地2022/12/2921圖3-4接地電網(wǎng)單相接地2022/12/2922

故障接地電阻

Rd一般不會低于

15Ω，在工作接地電阻符合規(guī)定的條件下(一般要求

RN≤4Ω)，可以把中性線對地電壓Ud限制在50V以下；

由于對地電壓被抑制住了，這種電網(wǎng)在單相接地時觸電的危險性雖然增加，但增加不大。由于故障接地電流可達數(shù)安乃至數(shù)十安，這種故障容易被檢測出來，故障點也比較容易確定。2022/12/2922故障接地電阻Rd一般不會低2022/12/2923結(jié)論：（1）只要保證工作接地RN≤4Ω，中性點對地電壓Ud將被抑制，各相對地電壓變化不大，觸電的危險性增加不多；（2）由于故障接地電流Id較大，單相接地故障易被檢測出來，便于采用常規(guī)保護器件，使故障狀態(tài)時間縮短；（3）雖然觸電的危險性增加不大，但由于三相電壓的不平衡，也將危及到電氣設(shè)備的正常運行，應(yīng)及時排除故障。2022/12/2923結(jié)論：2022/12/29242.2不接地電網(wǎng)

除

10kV及10kV以下的高壓電網(wǎng)多采用不接地電網(wǎng)外,井下配電常采用低壓不接地電網(wǎng)。2022/12/29242.2不接地電網(wǎng)2022/12/29252.2.1

不接地電網(wǎng)單相觸電危險性如圖3-5所示，在不接地電網(wǎng)中，單相觸電時流過人體的電流只能通過電網(wǎng)各相對地絕緣阻抗成回路，絕緣阻抗是各相與大地之間的等效應(yīng)阻抗，可視為絕緣電阻與分布電容的并聯(lián)。圖3-52022/12/29252.2.1不接地電網(wǎng)單相觸電危2022/12/2926絕緣阻抗Z是絕緣電阻

R和分布電容

C的并聯(lián)阻抗。2022/12/2926絕緣阻抗Z是絕緣電阻R和分布2022/12/2927對于對地絕緣電阻較低，對地分布電容又很小的情況，由于絕緣阻抗中的容抗比電阻大得多，可以不考慮電容。這時，求得人體電壓和人體電流分別為2022/12/2927對于對地絕緣電阻較低，對地分布電容又2022/12/2928對于對地分布電容較大，對地絕緣電阻很高的的情況，由于絕緣阻抗中的電阻比容抗大得多，可以不考慮電阻。這時，也可簡化復(fù)數(shù)運算，求得人體電壓和人體電流分別為2022/12/2928對于對地分布電容較大，對地絕緣電阻很2022/12/2929由上列各式不難知道，在不接地電網(wǎng)中，單相觸電的危險性取決于電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)對地絕緣阻抗和人體電阻等三方面的因素。2022/12/2929由上列各式不難知道，在不接地電網(wǎng)中，2022/12/2930例題：設(shè)不接地電網(wǎng)各相對地電壓均為

220V,各相對地絕緣電阻均可視為無限大，各相對地電容均為

0.55μF，人體電阻為

2000Ω，試判斷單相觸電的危險性。

在給定了人體電阻的情況下判斷人體觸電的危險性，必須求出流過人體的電流。將上述條件代入對應(yīng)公式可求得人體電流為：

通過這個例子的計算可以說明，不接地電網(wǎng)中單相觸電也有致命的危險，但與同樣電壓的接地電網(wǎng)相比，危險性較小。2022/12/2930例題：設(shè)不接地電網(wǎng)各相對地電壓均為2022/12/29312.2.2不接地電網(wǎng)抑制過電壓的能力

由于電網(wǎng)與大地之間沒有直接的電氣連接，在意外情況下可能產(chǎn)生很高的對地電壓。以變壓器高壓侵入低壓為例。2022/12/29312.2.2不接地電網(wǎng)抑制過電壓的能2022/12/2932當(dāng)高壓一相與低壓中性點短路時，低壓側(cè)對地電壓將大幅度升高。設(shè)該變壓器為

10/0.4kV的變壓器，則低壓中性點對地電壓

UNO升高到將近

5800V，由電壓矢量圖可知，Ua略高于5800V，Ub=Uc略低于5800V，這將給低壓系統(tǒng)的安全運行造成極大的威脅。結(jié)論：不接地電網(wǎng)抑制過電壓的能力差，因此，不接地電網(wǎng)中應(yīng)該有有效的過電壓保護措施。2022/12/2932當(dāng)高壓一相與低壓中性點短路時，低壓側(cè)2022/12/29332.2.3

不接地電網(wǎng)單相接地的危險性

因為絕緣阻抗

Z很大，接地電流

Id受到限制而很小。

2022/12/29332.2.3不接地電網(wǎng)單相接地的2022/12/2934結(jié)論：（1）在不接地電網(wǎng)中發(fā)生一相接地故障時，三相電壓將嚴重不平衡，接地相對地電壓很低，另兩相對地電壓將升高到接近線電壓，這樣大幅度的電壓升高，不僅會增加單相觸電的危險性，完全失去不接地電網(wǎng)單相觸電危險性小的優(yōu)越性，而且還可能損壞電氣設(shè)備的絕緣，可能產(chǎn)生放電火花，增加火災(zāi)的危險性。 （2）由于故障接地電流Id很小，接地故障檢測困難，這種接地故障可能潛伏下來

,成為危險的隱患。因此，在比較重要的接地電網(wǎng)中，應(yīng)當(dāng)針對一相接地故障裝設(shè)絕緣監(jiān)視裝置。2022/12/29342022/12/2935

本節(jié)對低壓電網(wǎng)的運行方式進行了比較分析。接地電網(wǎng)的單相觸電的危險性比不接地電網(wǎng)大，不接地電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓的危險性和發(fā)生一相接地故障時的危險性比接地電網(wǎng)要大。這里所說的危險性是相對這兩種電網(wǎng)而言的。無論接地電網(wǎng)還是不接地電網(wǎng)，出現(xiàn)以上故障時，對人體來說都是致命的。

從安全角度考慮，接地電網(wǎng)在抑制過電壓、減輕故障條件下的觸電危險性等方面有明顯的優(yōu)點。而且三相四線制線路能提供兩組電壓，同時供給動力和照明用電，大大節(jié)省了變配電設(shè)備，具有良好的經(jīng)濟性能。因此，我國和世界各國絕大部分都采用中性點直接接地的三相四線制電網(wǎng)。2022/12/2935本節(jié)對低壓電網(wǎng)的運行方式進行2022/12/2936

對于觸電危險性大、過電壓危險性不大、供電連續(xù)性要求較高，同且電網(wǎng)對地絕緣水平高、對地分布電容不大的場合，宜采用不接電網(wǎng)。在我國，這種電網(wǎng)主要用于礦井。對于配電范圍較大、用電設(shè)備數(shù)量大，對地絕緣阻抗難以保證、過電壓危害比較嚴重的場合，應(yīng)采用接地電網(wǎng)。就安全防護來講，不同的電網(wǎng)應(yīng)采取不同的防護方式，不同電網(wǎng)中的用電設(shè)備應(yīng)采取不同種類的安全防護措施。2022/12/2936對于觸電危險性大、過電壓2022/12/2937

保護接地與保護接零保護接地和保護接零，也稱接地保護和接零保護，雖然兩者都是安全保護措施，但是他們實現(xiàn)保護的原理不同。簡單的說，保護接地是將故障電流引入大地，保護接零是將故障引入系統(tǒng)，促使保護裝置迅速動作而切斷電源。2022/12/2937保護接地與保護接零2022/12/29383.1保護接地作用及原理分析3.1.1在不接地配電網(wǎng)中，當(dāng)一相碰殼時，接地電流

IE通過人體和配電網(wǎng)對地絕緣阻抗構(gòu)成回路。

(與不接地電網(wǎng)單相觸電作比較)2022/12/29383.1保護接地作用及原理分析2022/12/2939

如果設(shè)備外殼不接地，根據(jù)等值電路，不難求得人體承受的電壓和流過人體的電流分別為

如果設(shè)備外殼有接地保護，根據(jù)等值電路，不難求得人體承受的電壓和流過人體的電流分別為2022/12/2939如果設(shè)備外殼不接地，根據(jù)等值電2022/12/2940由于人體經(jīng)過的電流將大大減小電流分配關(guān)系例如，在前面第一章第四節(jié)的例題中流過人體的電流就是在沒有保護接地情況下得到的，其大小為64.8mA，如有保護接地，且接地電阻RE=4Ω，則人體電流減小為2.3mA。

2022/12/2940由于人體經(jīng)2022/12/2941

上述做法，即將在故障情況下可能呈現(xiàn)危險對地電壓的金屬部分經(jīng)接地線、接地體同大地緊密地連接起來，把故障電壓限制在安全范圍以內(nèi)的做法就稱為保護接地。

在不接地配電網(wǎng)中，僅當(dāng)其對地絕緣阻抗較高，單相接地電流較小，才有可能通過保護接地把漏電設(shè)備故障對地電壓限制在安全范圍之內(nèi)。2022/12/2941上述做法，即將在故障情況下可2022/12/29423.1.2在接地配電網(wǎng)中，當(dāng)一相碰殼時，接地電流

IE通過人體和配電網(wǎng)中興電阻抗構(gòu)成回路。

(與接地電網(wǎng)單相觸電作比較)2022/12/29423.1.2在接地配電網(wǎng)中，當(dāng)一相2022/12/2943在接地的配電網(wǎng)中，如果電氣設(shè)備沒有采取任何防止間接接觸電擊的措施，則漏電時觸及該設(shè)備的人所承受的接觸電壓可能接近相電壓，其危險性大于不接地的配電網(wǎng)中單相電擊的危險性。如果采取保護接地，一相漏電，則故障電流主要經(jīng)接地電阻RE

和工作接地電阻RN

構(gòu)成回路。漏電設(shè)備對地電壓和零線對地電壓分別為：

由于RE和RN同在一個數(shù)量級。二者都可能遠遠超過安全電壓，人觸及漏電設(shè)備或觸及零線都可能受到致命的電擊。2022/12/2943在接地的配電網(wǎng)中，如果電氣設(shè)備沒有采2022/12/2944另一方面，由于故障電流主要經(jīng)RE和RN構(gòu)成回路，如不計及帶電體與外殼之間的過渡電阻，其大小為由于RE和RN都是歐姆級的電阻，因此，IE不可能太大。這種情況下，一般的過電流保護裝置不起作用，不能及時切斷電源，使故障長時間延續(xù)下去。

2022/12/2944另一方面，由于故障電流主要經(jīng)RE和R2022/12/29453.2保護接零作用及原理分析3.2.1基本概念中性線火線零線：保護零線工作零線保護接零：將電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分與配電網(wǎng)中性點之間金屬性的連接，亦即與配電網(wǎng)保護零線(保護導(dǎo)體)的緊密連接。這種做法就是保護接零2022/12/29453.2保護接零作用及原理分析2022/12/2946由于相零回路阻抗很小，當(dāng)設(shè)備金屬外殼漏電時，通過設(shè)備外殼形成該相對零線的單相短路，短路電流ISS能促使線路上的短路保護元件迅速動作，從而把故障部分設(shè)備斷開電源，消除電擊危險。3.2.2保護接零作用及原理分析2022/12/2946由于相零回路阻抗很小，當(dāng)設(shè)備金屬外殼2022/12/29473.2.3保護接零系統(tǒng)速斷和限壓的要求在接零系統(tǒng)中，單相短電流越大，保護元件動作越快；反之，動作越慢。單相短路電流決定于配電網(wǎng)電壓和相零線回路阻抗。穩(wěn)態(tài)單相短路電流ISS按下式計算:式中

:U——配電網(wǎng)相電壓；ZL——相線阻抗；ZPE——保護零線阻抗；ZE——回路中電器元件阻抗；ZT——變壓器計算阻抗；Z——相零線回路阻擾，Z=ZL+ZPE+ZE+ZT。2022/12/29473.2.3保護接零系統(tǒng)速斷和限壓的2022/12/2948顯然，相零線回路阻抗不能太大，以保證發(fā)生漏電時有足夠的單相短路電流，迫使線路上的保護元件迅速動作。就電流對人體的作用而言，電流通過人體的持續(xù)時間越長，致命的危險性越大，引起心室顫動所需要的電流越小。因此，確定速斷保護的動作時間應(yīng)當(dāng)同時考慮可能的接觸電壓。保護接零不僅起過電流速斷保護作用，還能降低漏電設(shè)備對地電壓。由接零等值電路可以求出保護裝置動作前漏電設(shè)備對地電壓為2022/12/2948顯然，相零線回路阻抗不能太大，以保證2022/12/2949應(yīng)當(dāng)指出，與不接地配電網(wǎng)不同，在這里欲將漏電設(shè)備對地電壓限制在某一安全范圍內(nèi)是困難的。為了實現(xiàn)保護接零要求，可以采用一般過電流保護裝置或剩余電流保護裝置。2022/12/2949應(yīng)當(dāng)指出，與不接地配電網(wǎng)不同，在這里2022/12/2950第三章電氣接地與接零安全技術(shù)在正常情況下，直接防護措施能保證人身安全，但是當(dāng)電氣設(shè)備絕緣發(fā)生故障而損壞時，造成電氣設(shè)備嚴重漏電，使不帶電的外漏金屬部件呈現(xiàn)危險電壓，可能造成接觸電。間接接觸電擊防護目的是為了防止電氣設(shè)備發(fā)生故障情況下，發(fā)生人身觸電事故，也是為了防止電氣設(shè)備事故進一步擴大。目前主要采用保護接地接零以及等電位連接等技術(shù)措施。

2022/12/291第三章電氣接地與接零安全技術(shù)在正2022/12/2951接地技術(shù)的基本概念1.1技術(shù)術(shù)語：接地與接地技術(shù)：在電力系統(tǒng)中，由于正常運行的需要和為了保障人身、設(shè)備的安全，將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與埋入大地的金屬導(dǎo)體相連接，即為接地。接地技術(shù)就是研究接地原理、方法及其實施，如何避免減輕人身傷亡事故，保證人身和設(shè)備安全而發(fā)展起來的一門科學(xué)技術(shù)。2022/12/292接地技術(shù)的基本概念2022/12/2952接地體、接地線與接地裝置：接地體：埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。分為自然接地體和人工接地體。接地線：電氣設(shè)備與接地體連接的導(dǎo)線接地裝置：接地線和接地體總稱接地裝置。2022/12/2932022/12/2953接地電流和接地短路電流凡從接地點流入地下的電流即屬于接地電流。系統(tǒng)一相接地可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生短路，這時的接地電流叫做接地短路電流，如0.4kV系統(tǒng)中的單相接地短路電流。在高壓系統(tǒng)中，接地短路電流可能很大，接到電流500A及以下的稱小接地短路電流系統(tǒng)；接地短路電流大于500A的稱大接地短系統(tǒng)。2022/12/294接地電流和接地短路電流2022/12/2954流散電阻和接地電阻接地電流入地下后自接地體向四周流散這個自接地體向四周流散的電流叫做流散電流。流散電流在土壤中遇到的全部電阻叫做流散電阻。 接地電阻是接地體的流散電阻與接地線的電阻之和。接地線的電阻一般很小，可忽略不計，因此，在絕大多數(shù)情況下可以認為流散電阻就是接地電阻。2022/12/295流散電阻和接地電阻2022/12/2955

電氣上的“地”、對地電壓和對地電壓曲線電流通過接地體向大地作半球形流散。因為半球面積與半徑的平方成正比，半球的面積隨著遠離接地體而迅速增大，因此，與半球面積對應(yīng)的土壤電阻隨著遠離接地體而迅速減小，至離接地體

20m處，半球面積已達

2500㎡，土壤電阻己可小到忽略不計。這就是說，可以認為在離開接地體

20m以外，電流不再產(chǎn)生電壓降了?；蛘哒f，至遠離接地體20m處，電壓幾乎降低為零。電氣工程上通常說的“地”就是這里的地，而不是接地體周圍

20m以內(nèi)的地。2022/12/296電氣上的“地”、對地電壓和對地電壓曲2022/12/2956

對地電壓，即帶電體與大地之間的電位差，也是指離接地體

20m以外的大地而言的。簡單地說，對地電壓就是帶電體與電位為零的大地之間的電位差。顯然，對地電壓等于接地電流和接地電阻的乘積。

如果用曲線來表示接地體及其周圍各點的對地電壓，這種曲線就叫做對地電壓曲線。圖3-1所示的是單一接地體的對地電壓曲線，顯然，隨著離開接地體，曲線逐漸變平，即曲線的陡度逐漸減小。2022/12/297對地電壓，即帶電體與大2022/12/2957圖3-1對地電壓曲線2022/12/298圖3-1對地電壓曲線2022/12/2958接觸電動勢和接觸電壓

接觸電動勢是指接地電流自接地體流散，在大地表面形成不同電位時，設(shè)備外殼與水平距離

0.8m處之間的電位差。

接觸電壓是指加于人體某兩點之間的電壓，如圖

3-1所示。當(dāng)設(shè)備漏電，電流IE自接地體流入地下時，漏電設(shè)備對地電壓為UE，對地電壓曲線呈雙曲線形狀。

a觸及漏電設(shè)備外殼，其接觸電壓即其手與腳之間的電位差。如果忽略人的雙腳下面土壤的流散電阻，接觸電壓與接觸電動勢相等。圖

3-1中

,a的接觸電壓為

Uc。如果不忽略腳下土壤的流散電阻，接觸電壓將低于接觸電動勢。2022/12/299接觸電動勢和接觸電壓2022/12/29591.2接地分類2022/12/29101.2接地分類2022/12/2960工作接地：工作接地是指正常情況下有電流流過，利用大地代替導(dǎo)線的接地，以及正常情況下沒有或只有很小不平衡電流流過，用以維持系統(tǒng)安全運行的接地。安全接地：是正常情況下沒有電流流過的起防止事故作用的接地，如防止觸電的保護接地、防雷接地等。故障接地是指帶電體與大地之間的意外連接，如接地短路等。保護接地：是一種技術(shù)上的安全措施，它是把故障情況下可能呈現(xiàn)危險電壓的金屬部分同大地緊密連接起來。防雷接地：又叫過電壓保護接地，是指為限制過電壓危險影響而設(shè)的接地（如避雷針，避雷器）2022/12/2911工作接地：工作接地是指正常情況下有電2022/12/29612電網(wǎng)接地運行方式及其安全性分析電網(wǎng)種類很多。按照電壓可分為1000伏以上的高壓電網(wǎng)和1000伏及1000伏以下的低壓電網(wǎng)；按電流種類可分為交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)；按相數(shù)可分為三相電網(wǎng)和單相電網(wǎng)；按用途可分為動力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)和專用電網(wǎng)等；按運行方式可分為直接接地電網(wǎng)、經(jīng)阻抗接地電網(wǎng)和不接地電網(wǎng)等。2022/12/29122電網(wǎng)接地運行方式及其安全性分析2022/12/2962高壓電網(wǎng)運行方式：中性點直接接地運行方式中性點經(jīng)阻抗接地運行方式中性點不接地運行方式低壓電網(wǎng)運行方式：中性點直接接地運行方式中性點不接地運行方式接地電網(wǎng)和不接地電網(wǎng)對出現(xiàn)的各種電氣故障防護能力是不相同的。本節(jié)將重點討論這兩種低壓電網(wǎng)的安全特征。2022/12/2913高壓電網(wǎng)運行方式：2022/12/29632.1接地電網(wǎng)(工作接地)

我國最常用的低壓接地電網(wǎng)是用電電壓380/220V（線電壓380V、相電壓220V），供電電壓0.4/0.23kV(線電壓0.4kV、相電壓0.23kV)的中性點直接接地的三相四線制電網(wǎng)。380V用于動力設(shè)備，220V用于照明設(shè)備和單相設(shè)備。2022/12/29142.1接地電網(wǎng)(工作接地)2022/12/29642.1.1接地電網(wǎng)單相觸電的危險性圖3-2接地電網(wǎng)中的單相觸電式中U——電網(wǎng)相電壓

Ro——工作接地電阻

Rd——人腳下的土壤流散電阻

Rs——鞋的電阻

Rr——人體的電阻2022/12/29152.1.1接地電網(wǎng)單相觸電的危險2022/12/2965結(jié)論：觸電的危險性主要決定于Rs的大小。在接地電網(wǎng)中，單相觸電的危險性是比較大的。2022/12/2916結(jié)論：2022/12/29662.1.2接地電網(wǎng)抑制過電壓的能力

過電壓是指一切對電氣設(shè)備或電氣線路絕緣有危害的電壓升高。電網(wǎng)中出現(xiàn)過電壓的原因很多，根據(jù)造成過電壓的原因，過電壓分可為外部過過電壓和內(nèi)部過電壓。外部過電壓主要有雷擊過電壓、雷電感應(yīng)過電壓、電磁感應(yīng)過電壓和靜電感應(yīng)過電壓等；內(nèi)部過電壓主要有操作過電壓、諧振過電壓以及變壓器高壓侵入低壓等。2022/12/29172.1.2接地電網(wǎng)抑制過電壓的能2022/12/2967由于電網(wǎng)直接接地，各種過電壓都將受到一定的抑制。例：以變壓器高壓侵入低壓為例來分析接地電網(wǎng)的安全性。圖3-3接地電網(wǎng)高壓侵入低壓2022/12/2918由于電網(wǎng)直接接地，各種過電壓都將受到2022/12/2968設(shè)高壓

10kV，低壓

0.4kV，盡管高壓相線對地電壓將近為

5800V，但當(dāng)高壓側(cè)意外與低壓側(cè)發(fā)生短路時，由于10kV是不接地電網(wǎng)，單相接地電流Iad不超過

20～30A，如能控制RN≤4Ω，即可限制低壓中性點對地電壓UN不超過80～120V。

結(jié)論：由于接地電阻小（一般RN≤4Ω），因此，接地電網(wǎng)可大大地抑制過電壓，減輕了觸電的危險性，同時由于控制了各導(dǎo)體間產(chǎn)生過大的電位差，也減輕了由放電火花所造成的火災(zāi)的危險性。但是，該故障還是會影響到電氣設(shè)備的正常運行，應(yīng)及時排除。2022/12/2919設(shè)高壓10kV，低壓0.42022/12/29692.1.3接地電網(wǎng)單相接地的危險性

單相接地是電網(wǎng)最常見的故障之一。一相故障接地不僅破壞了電網(wǎng)的運行方式，破壞了電氣設(shè)備的安全運行，甚至損壞電氣設(shè)備本身，還有可能危及人身安全。2022/12/29202.1.3接地電網(wǎng)單相接地的危險2022/12/2970圖3-4接地電網(wǎng)單相接地2022/12/2921圖3-4接地電網(wǎng)單相接地2022/12/2971

故障接地電阻

Rd一般不會低于

15Ω，在工作接地電阻符合規(guī)定的條件下(一般要求

RN≤4Ω)，可以把中性線對地電壓Ud限制在50V以下；

由于對地電壓被抑制住了，這種電網(wǎng)在單相接地時觸電的危險性雖然增加，但增加不大。由于故障接地電流可達數(shù)安乃至數(shù)十安，這種故障容易被檢測出來，故障點也比較容易確定。2022/12/2922故障接地電阻Rd一般不會低2022/12/2972結(jié)論：（1）只要保證工作接地RN≤4Ω，中性點對地電壓Ud將被抑制，各相對地電壓變化不大，觸電的危險性增加不多；（2）由于故障接地電流Id較大，單相接地故障易被檢測出來，便于采用常規(guī)保護器件，使故障狀態(tài)時間縮短；（3）雖然觸電的危險性增加不大，但由于三相電壓的不平衡，也將危及到電氣設(shè)備的正常運行，應(yīng)及時排除故障。2022/12/2923結(jié)論：2022/12/29732.2不接地電網(wǎng)

除

10kV及10kV以下的高壓電網(wǎng)多采用不接地電網(wǎng)外,井下配電常采用低壓不接地電網(wǎng)。2022/12/29242.2不接地電網(wǎng)2022/12/29742.2.1

不接地電網(wǎng)單相觸電危險性如圖3-5所示，在不接地電網(wǎng)中，單相觸電時流過人體的電流只能通過電網(wǎng)各相對地絕緣阻抗成回路，絕緣阻抗是各相與大地之間的等效應(yīng)阻抗，可視為絕緣電阻與分布電容的并聯(lián)。圖3-52022/12/29252.2.1不接地電網(wǎng)單相觸電危2022/12/2975絕緣阻抗Z是絕緣電阻

R和分布電容

C的并聯(lián)阻抗。2022/12/2926絕緣阻抗Z是絕緣電阻R和分布2022/12/2976對于對地絕緣電阻較低，對地分布電容又很小的情況，由于絕緣阻抗中的容抗比電阻大得多，可以不考慮電容。這時，求得人體電壓和人體電流分別為2022/12/2927對于對地絕緣電阻較低，對地分布電容又2022/12/2977對于對地分布電容較大，對地絕緣電阻很高的的情況，由于絕緣阻抗中的電阻比容抗大得多，可以不考慮電阻。這時，也可簡化復(fù)數(shù)運算，求得人體電壓和人體電流分別為2022/12/2928對于對地分布電容較大，對地絕緣電阻很2022/12/2978由上列各式不難知道，在不接地電網(wǎng)中，單相觸電的危險性取決于電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)對地絕緣阻抗和人體電阻等三方面的因素。2022/12/2929由上列各式不難知道，在不接地電網(wǎng)中，2022/12/2979例題：設(shè)不接地電網(wǎng)各相對地電壓均為

220V,各相對地絕緣電阻均可視為無限大，各相對地電容均為

0.55μF，人體電阻為

2000Ω，試判斷單相觸電的危險性。

在給定了人體電阻的情況下判斷人體觸電的危險性，必須求出流過人體的電流。將上述條件代入對應(yīng)公式可求得人體電流為：

通過這個例子的計算可以說明，不接地電網(wǎng)中單相觸電也有致命的危險，但與同樣電壓的接地電網(wǎng)相比，危險性較小。2022/12/2930例題：設(shè)不接地電網(wǎng)各相對地電壓均為2022/12/29802.2.2不接地電網(wǎng)抑制過電壓的能力

由于電網(wǎng)與大地之間沒有直接的電氣連接，在意外情況下可能產(chǎn)生很高的對地電壓。以變壓器高壓侵入低壓為例。2022/12/29312.2.2不接地電網(wǎng)抑制過電壓的能2022/12/2981當(dāng)高壓一相與低壓中性點短路時，低壓側(cè)對地電壓將大幅度升高。設(shè)該變壓器為

10/0.4kV的變壓器，則低壓中性點對地電壓

UNO升高到將近

5800V，由電壓矢量圖可知，Ua略高于5800V，Ub=Uc略低于5800V，這將給低壓系統(tǒng)的安全運行造成極大的威脅。結(jié)論：不接地電網(wǎng)抑制過電壓的能力差，因此，不接地電網(wǎng)中應(yīng)該有有效的過電壓保護措施。2022/12/2932當(dāng)高壓一相與低壓中性點短路時，低壓側(cè)2022/12/29822.2.3

不接地電網(wǎng)單相接地的危險性

因為絕緣阻抗

Z很大，接地電流

Id受到限制而很小。

2022/12/29332.2.3不接地電網(wǎng)單相接地的2022/12/2983結(jié)論：（1）在不接地電網(wǎng)中發(fā)生一相接地故障時，三相電壓將嚴重不平衡，接地相對地電壓很低，另兩相對地電壓將升高到接近線電壓，這樣大幅度的電壓升高，不僅會增加單相觸電的危險性，完全失去不接地電網(wǎng)單相觸電危險性小的優(yōu)越性，而且還可能損壞電氣設(shè)備的絕緣，可能產(chǎn)生放電火花，增加火災(zāi)的危險性。 （2）由于故障接地電流Id很小，接地故障檢測困難，這種接地故障可能潛伏下來

,成為危險的隱患。因此，在比較重要的接地電網(wǎng)中，應(yīng)當(dāng)針對一相接地故障裝設(shè)絕緣監(jiān)視裝置。2022/12/29342022/12/2984

本節(jié)對低壓電網(wǎng)的運行方式進行了比較分析。接地電網(wǎng)的單相觸電的危險性比不接地電網(wǎng)大，不接地電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓的危險性和發(fā)生一相接地故障時的危險性比接地電網(wǎng)要大。這里所說的危險性是相對這兩種電網(wǎng)而言的。無論接地電網(wǎng)還是不接地電網(wǎng)，出現(xiàn)以上故障時，對人體來說都是致命的。

從安全角度考慮，接地電網(wǎng)在抑制過電壓、減輕故障條件下的觸電危險性等方面有明顯的優(yōu)點。而且三相四線制線路能提供兩組電壓，同時供給動力和照明用電，大大節(jié)省了變配電設(shè)備，具有良好的經(jīng)濟性能。因此，我國和世界各國絕大部分都采用中性點直接接地的三相四線制電網(wǎng)。2022/12/2935本節(jié)對低壓電網(wǎng)的運行方式進行2022/12/2985

對于觸電危險性大、過電壓危險性不大、供電連續(xù)性要求較高，同且電網(wǎng)對地絕緣水平高、對地分布電容不大的場合，宜采用不接電網(wǎng)。在我國，這種電網(wǎng)主要用于礦井。對于配電范圍較大、用電設(shè)備數(shù)量大，對地絕緣阻抗難以保證、過電壓危害比較嚴重的場合，應(yīng)采用接地電網(wǎng)。就安全防護來講，不同的電網(wǎng)應(yīng)采取不同的防護方式，不同電網(wǎng)中的用電設(shè)備應(yīng)采取不同種類的安全防護措施。2022/12/2936對于觸電危險性大、過電壓2022/12/2986

保護接地與保護接零保護接地和保護接零，也稱接地保護和接零保護，雖然兩者都是安全保護措施，但是他們實現(xiàn)保護的原理不同。簡單的說，保護接地是將故障電流引入大地，保護接零是將故障引入系統(tǒng)，促使保護裝置迅速動作而切斷電源。2022/12/2937保護接地與保護接零2022/12/29873.1保護接地作用及原理分析3.1.1在不接地配電網(wǎng)中，當(dāng)一相碰殼時，接地電流

IE通過人體和配電網(wǎng)對地絕緣阻抗構(gòu)成回路。

(與不接地電網(wǎng)單相觸電作比較)2022/12/29383.1保護接地作用及原理分析2022/12/2988

如果設(shè)備外殼不接地，根據(jù)等值電路，不難求得人體承受的電壓和流過人體的電流分別為

如果設(shè)備外殼有接地保護，根據(jù)等值電路，不難求得人體承受的電壓和流過人體的電流分別為2022/12/2939如果設(shè)備外殼不接地，根據(jù)等值電2022/12/2989由于人體經(jīng)過的電流將大大減小電流分配關(guān)系例如，在前面第一章第四節(jié)的例題中流過人體的電流就是在沒有保護接地情況下得