教案.docx
- 文档编号:28857197
- 上传时间:2023-07-20
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:211.48KB
教案.docx
《教案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《教案.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
教案
××××××市安全生产培训机构教师
优秀教案课件评选活动参评教案工种:
电工
课程名称:
保护接地与保护接零
作者姓名:
×××
单位:
×××××××××电力实业总公司
通讯地址:
×××省××××××市×××区北郊×××发电厂教育培训中心
邮政编码:
××××××
联系电话:
×××××××××××
前言
绝缘防护可以防止电气设备漏电造成的触电事故。
但是,电气设备在运行中因绝缘损坏而发生漏电甚至击穿的情况是难以完全消除的。
当电气设备发生漏电或击穿时,平时不带电的金属外壳以及与之相连的金属结构便带有电压,人体触及时就有触电危险。
减少这类触
电事故的技术措施主要有保护接地与保护接零。
一、接地与保护接地的概念
1.接地的的概念
出于不同的目的,将电气装置中某一部位经接地线和接地体与大地作良好的电气连接,称为接地。
2.保护接地
为防止人身触电事故而将电气设备的某一点接地。
如将电气设备的金属外壳接地、互感器二次线圈接地等。
3.名词解释
3.1中性线N—引自电源中性点的导线。
其功能有:
(1)用来通过单相负载的工作电流;
(2)用来通过三相电路中的不平衡电流;
(3)使不平衡三相负载上的电压均等;
(4)当设备金属外壳与之相连后,能防止人体间接触电。
3.2保护线PE—以防止触电为目的而用来与设备或线路金属外壳、接地母线、接地端子、接地极、接地金属部件等作电气连接的导线或导体称之为保护线。
3.3保护零线PNE—当零线与保护线PE共为一体,同时具有零线与保护线两种功能的导线。
3.4IT系统—指电源中性点不接地(或经阻抗1000欧接地),而电气设备的金属外壳经各自的保护线PE直接接地的三相三线制低压配电系统。
第一个大写英文“I”表示配电网不接地或经高阻抗接地,第二个大写英文“T”表示电气设备金属外壳接地。
显然,IT系统就是保护接地系统。
3.5TT系统—指电源中性点直接接地,而电气设备的外露可导电部分经各自的PE线直接接地的三相四线制低压配电系统。
二、保护接地
1.保护接地的原理
1.1在中性点直接接地的电网中,电气设备不接地的危险性
如图1所示,中性点直接接地电网中,当没有接地保护的电气设备绝缘被破坏时,其外壳有可能带电,如果人体触及此外壳就可能被电击伤或造成生命危险。
此时通过人体的电流的途径是:
设备外壳人身大地接地体流回电源中性点
图1在中性点直接接地的电力系统中发生碰壳故障
流过人体的电流为
Ib===129mA>30mA
Rb—人体的电阻,取Rb=1700Ω
R0—人体的电阻,取R0=4Ω
Ib—流过人体的电流
可见,在中性点直接接地的电网中,如果电气设备发生碰壳故障,而电气设备不接地,人体一旦接触电气设备外壳,则会发生触电事故。
1.2在中性点不直接接地的电网中,电气设备不接地的危险性
在中性点不接地电力系统中,若发生碰壳故障,则通过人体的接地短路电流的途径是:
设备外壳人身大地线路对地电容电源。
如图2所示:
图2在中性点不直接接地的电力系统中发生碰壳故障
低压时,线路的对地电容容抗XC,故流过人体的电流Ib很小,对人体危害不大。
但高压时节由于线路对地电容的较小,所以对人危害就很大。
可见,不接地的电气设备在发生碰壳故障,一旦有人触及其外壳,也有可能造成人身触电。
如果对电气设备进行保护接地,当电气设备的绝缘损坏使外壳带电时,情况就会有所不同。
下面具体讨论保护接地在IT系统中和TT系统中的保护作用。
1.3保护接地在IT系统中的应用
如图3所示,当电气设备的绝缘损坏使外壳带电时,接地短路电流经接地体和人体同时流过。
由于人体的电阻(1700Ω)要比接地电阻RE(4Ω)大数百倍,流经人体的电流也比流过接地体的电流小数百倍。
当接地电阻极小(小于4Ω)时,流过人体的电流几乎等于零。
另外,由于接地电阻很小,接地短路电流流过时,所产生的压降也很小,故外壳对大地的电压也很低,人站在大地上接碰触外壳时,人体所承受的电压很低,不会有危险。
这就时保护接地的原理。
图3IT系统发生碰壳故障时保护接地的作用
1.4保护接地在TT系统中的应用
如图4所示TT系统采用保护接地及等效电路。
图4中性点直接接地系统采用保护接地的危险
由等效电路可求得接地故障电流为
IE=
人体承受电压
Ub=UE=(RE//Rb)·IE
一般情况下,R0=RE=4Ω,Rb=1700Ω,则在380/220电网中,接地故障电流
IE==27.5A
人体承受电压
Ub=UE=27.5×=110V=U相
流过人体的电流
Ib===65mA>30mA
应注意,在大多数情况下,27.5A的故障电流是不足以使电路的过流保护装置(如熔断器、自动开关的脱扣器等)动作的,这将会使用电设备外壳上长期存在110V的对地电压,对人体是很不安全的。
若降低保护电阻,设备的对地电压也会相应下降,同时还能增在短路电流,促使过电流保护动作。
但是,再减小接地电阻值,势必增加接地装置的费用和工程难度,实际上也是很难做到的。
近年来,随着高灵敏度漏电保护器的推广使用,大大放宽了对接地电阻值的要求(如漏电保护器的动作电流为30mA,由式RE≤UE/IE=36V/0.03A=1200Ω,
一般取RE=100Ω,这是很容易满足的)。
小结:
保护接地主要应用于中性点不接地或不直接接地的电网中。
它的工作原理就是并联电路中的小电阻(保护接地阻)对大电阻(人体电阻)的强分流作用。
因此,接地电阻的数值对于保护的效果是至关重要的!
2.保护接地电阻的确定
2.1中性点不接地的380/220V系统,要求RE<4Ω;当变压器容量在100KA以下时,可放宽到RE≤10Ω;
2.2中性点不接地或经消弧线圈接地的高压系统,RE≤10Ω;
2.3中性点直接接地的高压系统—我国额定电压在100KV及以上的电网几乎都采用中性点直接接地系统,其接地短路电流在500A以上,称为在接地短路电流系统。
此时,由于接地短路电流数值很大,事实上已无法用保护接地的方法不限制碰壳设备的对地电压不超过安全电压,而是靠继电保护装置迅速切断电源来保障安全的。
在这类系统中,设备外壳接地并要求接地电阻RE不大于0.5Ω。
三、保护接零
前面已知,在中性点不接地的电网中,采用保护接地可以有效的防止或减轻人体触及“碰壳”设备外露导电部分时的危险,同时还分析了在中性点直接接地的电网中,单纯地采用保护接地是难以保证人身安全的。
遍布城乡的低压配电网多采用中性点直接接地的380/220V三相四线制系统,这种电网目前广泛采用保护接零作为防止间接触电的保安技术措施。
保护接零就是把电气设备平时不带电的外露可导电部分与电源中性线N连接起来。
1.保护接零的原理
电机正常工作时,零线不带电压,由于电机外壳是与电源零线连接的,人体触摸设备外壳等于触摸零线,并无触电危险。
如图5所示:
当电机发生“碰壳”故障时,其金属外壳将相线与零线直接接通,单相接地故障遂成为单相短路,因为零线阻抗很小(如截面为6m㎡的绝缘铝导线,每百米阻抗不大于0.6Ω),短路电流可达电机额定电流的几倍甚至几十倍。
在大多数情况下短路电流的数值足以使安装在线路上的熔断器或其他过流保护装置动作,从而切断电源。
图5中性点直接接地系统采用的保护接零
必须注意,从设备碰壳短路的发生,到电流保护装置动作切断电源的时间间隔内,触及设备外壳的人体是要承受电压的,引电压近似等于短路电流在零线上的压降。
当忽略线路感抗,并考虑人体电阻Rb>R0(接地电阻),Rb>RN(零线电阻)时,根据图6所示等效电路:
图6保护接零电路的等效电路
人体承受电压
Ub≈U=·220=147V
RΦ—相线电阻,
RN—零线电阻,
若相线截面为零线的2倍,则RN=2RΦ。
显然,147V电压对人体仍有危险。
所以,保护接零的有效性在于线路的短路保护装置能否在碰壳短路故障发生后灵敏的动作从而快速的切断电源。
2.接零保护的三种形式
电源的中性点接地,负载设备的外露可导电部分通过保护线连接到此接地点的低压配电系统,统称为TN系统。
第一个大写英文字母“T”表示电源中性点直接接地,第二个大写英文字母“N”表示电气设备金属外壳接零。
依据零线N和保护线PE不同的安排方式,TN系统可以分为以下三种形式:
2.1TN—C系统
这种系统的零线N和保护线PE合为一根保护零线PEN,所有设备的外露可导电部分均与PEN线连接,如图7所示:
图7TN—C低压配电系统
优点:
投资节省,节约导线。
在一般情况下,只要开关保护装置和PEN线截面选择适当,中能够满足供电可靠性和用电社会性的。
这种系统中,当三相负载不平衡或只有单相用电设备时,PEN线中有电流通过。
缺点:
当PEN线断线时,在断线点P以后的设备外壳上,由于负载中性点偏移,可能出现危险电压。
更为严重的是,若断线点后某一设备发生碰壳故障,开关保护装置不会动作,致使断线后所有采用保护接零的设备外壳上都将长时间带有相电压。
如图8所示:
图8断线点后面所有接零设备外壳上将出现危险电压
2.2TN—S系统
TN—S系统的N线和PE线是分开设置的。
所有设备的外壳只与公共的PE线相连接,如图9所示:
图9TN—S低压配电系统
在TN—S系统中,N线的作用仅仅是用来通过单相负载的电流和三相不平衡电流,故称为工作零线;对人体触电起保护作用的是PE线,故称为保护零线。
显然,由于N线与PE线作用不同,功能各异,故自电源中性点之后,N线与PE线之间以及对地之间均需加以绝缘。
优点:
(1)一旦N线断开,只影响用电设备的正常工作,不会导致在断线点后的设备外壳上出现危险电压;
(2)即使负载电流在零线上产生较大的电位差,与PE线相连的设备外壳上仍能保持零电位,不会出现危险电压;
(3)由于PE线在正常情况下没有电流通过,因此在用电设备之间不会产生电磁干扰,故适于对数据处理、精密检测装置的供电。
缺点:
消耗导电材料多,投资大,适于环境条件较差,对安全可靠性要求较高以及设备对电磁干扰要求较严的场所。
2.3TN—C—S系统
TN—C—S系统指配电系统的前面是TN—C系统,后面则是TN—S系统,兼有两者的优点,保护性能介于两者之间。
常用于配电系统末端环境条件较差或有数据处理设备的场所。
如图10所示:
图10TN—C—S低压配电系统
3.重复接地
所谓重复接地是指在TN系统中,除了对电源中性点进行工作接地外,还在一定的处所把PE线或PEN线再进行接地。
重复接地对于保证保护接零的有效性具有重要意义。
重复接地的作用,如图11所示:
图11重复接地的作用
(1)TN(或PEN)线完整时,重复接地可以降低碰壳故障时所有被保护设备金属外壳的对地电压,减轻开关保护装置动作之前触电的危险性。
下面以TN-C系统为例来说明:
若没有采用重复接地(即无Ri1和Ri2),短路电流经相线电阻RΦ和零线电阻RN流回电源,人体承受的电压Ub等于短路电流IK在零线电阻RN上的压降(考虑相线截面是保护零线截面的2倍):
Ub=·RN=·2Rφ=147V
可见,故障线路在被保护装置切断之前,人体将承受147伏的危险电压。
采用保护重复接地后,Ri1、Ri2、R0构成零线RN的并联接地分支。
显然,重复接地点越多,并联电阻值越小,其上压降Ub越低,从而实现降低零线对地电压,增大故障时的短路电流,加速线路保护装置动作的目的。
(2)在TN(或PEN)断线的情况下,重复接地可以降低断线点后面碰壳故障时PE线的对地电压,减轻触电事故的严重程度。
下面以TN—C系统为例说明:
若PEN因故断线,断线点后面的M2发生一相碰壳,如图12所示:
图12保护零线断开时重复接地的作用
若无重复接地时,“断零线”的对地电压将为220V,故人体接触时,通过人体的电流Ib=Ub/Rb=220÷1700=129mA>30mA的安全电流,而且保护装置不会动作,使故障长时间存在,形成事故隐患。
断线点前的M1外壳上电压接近于零。
在有两处重复接地的情况下,故障电流IK经Ri1Ri2并联后由R0流回电源。
此时,“断零线”的对地电压将小于220V相电压,故障电流通过重复接地电阻Ri1Ri2和工作接零电阻R0构成短路回路,使人体触电电流大大降低,因而可以减轻事故的严重程度,但对人体仍的较大威胁。
所以,我们应在接零装置的施工和运行中,加强责任心,谨防PE线断线事故的发生,并严禁在PE(PEN)上安装熔断器和单极开关。
(3)缩短了漏电故障持续时间。
由于重复接地在短路电流返回的路径上增加了一条并联支路,可增大单相短路电流,缩短漏电故障持续时间。
(4)改善架空线路的防雷性能。
由于重复接地对雷电电流起分流作用,可以降低雷击过电压,改善架空线路的防雷达性能。
(5)重复接地的其它作用。
由于保护线或保护零线重复接地电阻与电源工作接地电阻并联的结果,起到了等效降低工作接地电阻的作用,由此推导出重复接地的其它一些作用,如可以降低三相负载不平衡时零线的对地电压;在零线断线时,起一定的平衡各相电压的作用;可以降低高压窜入低压电网时低压电网的对地电压等。
4.采用保护接零的注意事项
4.1在由同一台变压器供电的系统中,不宜将一部分设备保护接地,而另一部分设备保护接零。
即在同一系统中,不宜保护接地和保护接零混用。
如图13所示:
示意图等效电路图
图13保护接地与保护接零混用的危险
当采用保护接地的设备发生碰壳故障时,若故障电流受阻抗(R0+RE)的限制,其数值不足以使开关保护装置动作时,碰壳故障对地电压为Ub2
Ub2=·R0=×4=110V
保护零线PEN对地电压
UPEN=·RE=×4=110V
也就时说,在同一系统中,若保护接零与保护接地混用,一旦采用保护接地的设备发生碰壳故障,不仅采用保护接地的电机外壳带有危险电压,而且所有接零设备的外壳将全部带有危险电压。
在线路保护装置未动作的情况下,设备外壳将长期带电,这对于接触电气设备的人员是很危险的。
4.2接零保护的系统,其工作接地装置必须可靠,接地电阻值必须符合要求。
因为如果工作接地回路断开,这就相当于中性点不接地的三相四线制系统中采用了保护接零(如图14所示),这将造成以下后果:
图14在中性点不接地的三相四线制电网中采用保护接零的危险
(1)一旦电网发生单相接地故障,保护装置不会动作,零线及所有保护接零设备外壳都将带上危险电压。
(2)电网非故障相的对地电压将升高,最大可升至线电压值,这将使得触电危险大大增加。
(3)将使高压窜入低压时失去保护。
工作接地的电阻值必须在规定范围内(一般不大于4Ω)。
如果接地不良或阻值过大,除会造成电网发生单相接地故障时,非故障相电压过高及增加高压窜入低压的危险性外,一旦设备发生碰壳故障,保护装置还可能因接地短路电流受限制而拒绝动作,从而使所有保护接零设备的外壳长时间带有危险电压。
因此,必须加强对工作接地装置的检查和维护,以保证系统能可靠安全的运行。
4.3保护接零必须有灵敏可靠的保护装置配合。
由于保护接零的工作原理是借助保护线PE将碰壳的故障电流扩大为短路电流,从而使线路的短路保护装置迅速动作而切断电源,而低压线路的保护装置通常采用熔断器和自动开关。
因此,接零保护的有效性在于能否迅速使熔断器熔断或使自动开关跳闸,从而使触电者尽快脱离电源。
线路保护装置能否迅速动作主要取决于接地短路电流的大小以及保护装置动作电流的大小。
保护装置兼有保护设备和人身安全的作用,从保护人身安全的角度出发,希望短路电流大些好(这要求相线和零线回路的导线截面大),而保护装置的动作电流小些好,以期保护装置能够迅速切断电源,保证安全。
兼顾设备和人身的安全,要求单相短路电流不小于熔断器熔体额定电流的4倍(熔断时间不大于10~15秒),不小于自动开关瞬时(动作时间不超过0.1秒)或短延时(动作时间不超过0.1~0.4秒)脱扣器整定电流的1.5倍。
满足上述要求的电网或保护装置,可以达到迅速切断电源、保障人身安全的目的。
5.重复接地的要求
按照有关技术文件规定,TN系统的保护线或保护零线必须在以下处所装设重复接地:
(1)架空线路干线和长度超过200m的分支线的终端以及沿线路每1km处;
(2)线路引入车间及大型建筑物的第一面配电装置处(进户处);
(3)采用金属管配线时,金属管与保护零线连接后作重复接地;采用塑料管配线时,另行敷设保护零线并作重复接地。
(4)同杆架设的高、低压架空线路的共同敷设段的两端。
对重复接地电阻的要求:
(1)当工作接地电阻不超过4Ω时,每处重复接地电阻不得超过10Ω;
(2)当允许工作接地电阻不超过10Ω时,允许重复接地电阻不超过30Ω,但重复接地点不得少于3处。
四、接地装置
接地装置由接地体和接地线组成。
接地体是埋入地中并直接与大地土壤接触的金属导体;接地线是指将电气设备需要接地的部分与接地体连接起来的金属导线。
1.接地体
接地体分为自然接地体和人工接地体两种。
1.1自然接地体
自然接地体是兼作接地体而埋入地下的金属管道、金属结构、钢筋混凝土地基等物体。
在设计和选择接地体时,要首先充分利用自然接地体,以节省钢材,减少投资。
可作为自然接地体的物体有:
(1)敷设在地下的金属管道及热力管道(但输送可燃、可爆介质的管道除外);
(2)建筑物和构筑物基础中的钢筋;
(3)与大地有可靠连接的建筑物的钢结构件;
(4)敷设于地下且数量不少于两根的电缆金属外皮等。
利用自然接体时应注意的问题有:
(1)自然接地体至少应有两根引出线与接地干线连接。
(2)不得在地下用裸铝导体作为接地体。
(3)利用管道或配管作接地体时,应在管接头处采用跨接线焊接。
(4)直流电力网的接地装置不得利用自然接地体。
1.2人工接地体
人工接地体是采用钢管、角钢、扁钢、圆钢等钢材特意制作而埋入地中的导体。
按照机械强度的要求,钢质接地体和接地线的最小尺寸见表1;铜、铝接地线只能用于地面以上,其最小尺寸见表2
人工接地体按其埋设方式不同,分为垂直接地体和水平接地体两种。
(1)垂直接地体
一般情况下宜采用垂直接地体。
垂直接地体可采用直径40~50mm的钢管,或用40㎜×40㎜×4㎜~50㎜×50㎜×5㎜的角钢制作,下端加工成尖状以利砸入地下。
垂直接地体的长度的长度为2~3m,不得短于2m。
垂直接地体一般由两根以上的钢管或角钢组成,可以成排布置,也可以环状布置。
相邻钢管或角钢之间的距离以不超过3~5m为宜。
(2)水平接地体
多岩石地区经常采用水平接地体。
水平接地体多采用40㎜×4㎜的扁钢或直径为16㎜的圆钢制作,多采用放射形布置,也可以成排布置成带形或环形。
变电站等接地故障电流较大的场所和带有裸露导体的用电设备数量大、密集度高、占地面积大的场所,通常采用以水平接地体为主的复合接地体。
复合接地体的外缘应当闭合,并做成圆弧形。
4.2接地线
接地线包括接地干线和接地支线两部分。
接地线应尽量利用金属构件的自然导体,用作自然接地线的有生产用金属结构,如吊车轨道、配电装置的构架;配线的钢管(壁厚不小于1.5㎜);建筑物的金属结构,如钢梁、钢柱、钢筋;不会引起燃烧和爆炸的金属管道等。
采用管道可配管作自然接地线时,应在管接头处采用跨接线焊接。
跨接线可采用6㎜的圆钢,管径在50㎜及以上时,跨接线应采用25㎜×4㎜的扁钢。
若连接的电气设备较多,则宜敷设接地干线,各电气设备分别与接地干线连接,而接地干线则与接地体连接。
若无可利用的自然接地体或虽有可能利用的、但不能满足运行中电气连接可靠的要求,以有接地电阻不符合要求时,则应另设人工接地线。
人工接地线一般应采用钢质接地线。
只有当钢质接地线施工困难,或移动式电气设备和三相四线制照明电缆的接地芯线,才可以采用有色金属作人工接地线。
4.3接地装置的连接
接地装置的地上部分可采用螺纹连接。
螺纹连接应采用防松、防锈措施。
接地装置的地下部分必须焊接。
焊接不得有虚焊。
圆钢搭焊长度不得小于圆钢直径的6倍,并应两边焊接;扁钢搭焊长度小于扁钢宽度的2倍,并应三边施焊;交叉焊接处应加焊包板。
扁钢与钢管焊接时,应将扁钢弯成圆弧形或直角形,或借助圆弧形或直角形与钢管焊接。
利用建筑物的钢结构、起重机轨道、工业管道等作自然接地线时,其伸缩缝可接头处应予跨接。
接地线与自然导体的连接采用焊接、螺纹连接和抱箍螺纹连接时,应考虑防松、防腐措施。
人工接地体与各设备的接地线不得经设备本身串接,即不得将用电设备本身做为接地线的一部分,而必须排的接向接地干线。
4.4接地装置保护
在有腐蚀性的土壤中,对接地装置应采用防腐蚀措施。
为防止腐蚀,接地体最好采用镀锌元件;焊接处涂沥青油防腐;明设的接地线应涂漆防腐。
接地体安装位置应避开有腐蚀性杂质的土壤。
接地线应尽量安装在不易受机械损伤的地方,并应在便于检查的明显处。
接地线与铁路或公路交叉处,应穿管或用角钢保护。
4.5接地装置的检查和维护
接地装置检查周期
(1)变配电站接地装置每两年检查一次,并于干燥季节每年测量一次接地电阻;
(2)车间电气设备的接地装置每两年检查一次,并于干燥季节每年测量一次接地电阻;
(3)防雷接地装置每年雨季前检查一次,避雷针的接地装置每5年测量一次接地电阻;
(4)手持电动工具的接零线或接地线每次使用前进行检查;
(5)有腐蚀性土壤内的接地装置每5年局部挖开检查一次。
接地装置定期检查的内容
(1)检查各部位连接是否牢固,有无松动、脱焊,有无严重锈蚀;
(2)检查接零线、接地线有无机械损伤或化学腐蚀,涂漆有无脱落;
(3)检查人工接地体周围有无堆放强烈腐蚀性物质;
(4)检查地面以下50cm以内接地线的腐蚀和锈蚀情况;
(5)测量接地电阻是否合格。
对检查时发现的问题应及时报告,妥善处理。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 教案