浅析电气设备保护接地与保护接零的应用

浅析电气设备保护接地与保护接零的应用
陈榕
摘　要:接地是民用建筑电气设计不可缺少的内容,涉及到建筑的供电系统和设备以及人身的安全。电气设备接地或接零是保护电气设备的重要手段，浅析电气设备保护接地与保护接零的问题及应用。
关键词: 电气设备; 接地; 接零;应用电力论文,电力论文发表,电力职称论文,论文网
1　接地与接零的概述
按不同的作用分为工作接地，保护接地，重复接地，接零，过电压保护接地，防静电接地，屏蔽接地等。
⑴工作接地：在工作正常或事故情况下，为保证电气设备正常运行，必须在电力系统中某一点进行接地，称为工作接地。
（2）安全接地主要包括: 为防止电力设施或电气设备绝缘损坏、危及人身安全而设置的保护接地; 消除生产过程中产生的静电积累引起触电或爆炸而设置的静电接地; 防止电磁感应而对设备的金属外壳、屏蔽罩或屏蔽线外皮进行的屏蔽接地; 为了防止管道受电化腐蚀采用阴极保护或牺牲阳极的保护接地等。
（3）保护接零是指为了达到保护接地要求而采取将电气设备外露可导电部分接保护中性（PEN线, 统称零线”）或保护零线或（PE线, 亦称“地线”）的方式。在接零的系统中, 当发生一相碰壳故障时, 形成单相短路, 电流很大, 能使电路上的保护设备迅速动作, 切除故障, 恢复系统其它部分正常运行。
需要注意的是, 在同一系统中只能采取一种保护方式, 如果同一系统中, 有的设备采取接地, 有的设备又采取接零, 则当采取接地的设备发生一相碰壳时, 零线（PEN 线或PE线）的电位将升高, 从而使所有接零设备外壳都带上危险的电压。
为确保线或线安全可靠, 除在系统中性点进行工作接地外, 还必须在PEN线或PE线的其它地方重复接地。不重复接地, 则在PEN线或PE线断线且有设备发生一相碰壳时, 接在断线后面的所有设备外壳上呈现接近于相电压的对地电压, 对人非常危险! 如进行了重复接地, 则在发生同样故障时, 断线后面的设备外壳对地电压很小, 危险程度大大降低。
防雷接地是为了防止雷电过电压对人身和设备的安全产生危害而进行的一种接地方式, 这种接地可归入工作接地。
2　各种接地的主要作用
为保证在正常或事故情况下能可靠工作而将电气回路中某一点实行的接地, 称为工作接地。如电源的中性点直接（或经消弧线圈）接地, 电压互感器一次侧中性点的接地, 以及“两线一地”制供电方式中接地相的接地等, 都属于工作接地。在强电系统中, 各种工作接地的主要作用如下。
变压器和发电机的中性点直接接地, 能维持相线对地的电压不变（故障相除外）,并可降低人体的接触电压及适当降低制造时对电气设备的绝缘要求。在变压器供电时,可防止高压电窜至低压用电侧的危险。
变压器和发电机的中性点经消弧线圈接地,还能在发生单相接地故障时,消除短路接地点的电弧及由此而可能引起的危害。
仪用互感器如电压互感器一次侧线圈的中性点接地, 主要是为了对系统中的相对地电压进行测量。
“两线一地”制的相线接地,是为了利用大地当作一根导线,从而可以降低线路基建投资与年运行费用,并减少线路材料的耗量。但对电讯有干扰影响,对安全也不利。所以这种供电方式现已不再推广采用, 原有的也正在逐步加以改造。
3 低压配电网中性点接地的优越性
3.1低压配电网中性点大都实行接地
220V/380V三相四线制低压配电网络中, 配电变压器的中性点大都实行工作接地。主要因为以下优点。
(1) 正常供电情况下能维持相线的对地电压不变从而可向外(对负载) 提供 220V/380V这两种不同的电压, 以满足单相 220V(如电灯、电热等)以及三相380V （如电动机等）不同的用电需要。
（2）若中性点不接地, 则当发生单相接地情况时, 另外两相的对地电压便升高为相电压的倍。而中性点接地后, 另外两相的对地电压仍为相电压。这样，既能减小人体的接触电压, 还可适当降低对电气设备的绝缘要求,利于制造及降低造价。
(3)可以避免高电压窜到底电压侧的危险。实行上述接地后, 万一高低压线圈间绝缘损坏而引起严重漏电甚至短路时, 高压电便可经该接地装置构成闭合回路, 使上一级保护动作跳闸切断电源, 从而避免低压侧工作人员遭受高电压的伤害及造成设备损坏。所以在实际中, 低压电网的配变中性点一般都要实行接地的。
3.2中性点（线）零点（线）的区别
中性点有电源中性点与负载中性点之分。它只是在在三相电源或负载按Y形连接时才出现。对电源而言, 凡三相线圈的首端（或尾端）连接在一的共同连接点,称为电源中性点,简称中点; 而由电源中性点引出的导线便称中性线, 简称中线, 常用“ N”表示。
当电源中性点与接地装置有良好的连接时, 因已取得了大地的零电位, 该中性点便称为零点; 由零点引出的导线称为零线, 常用“0”表示（有时也表作“N ”）。
4 保护接地与保护接零
4.1保护接地的作用及其局限性
电气设备绝缘损坏时会产生漏电, 或是带电导线碰触机壳时, 都会使本不带电的金属外壳等带上电。若金属外壳未实施接地, 则操作人员碰触时便会发生触电。如果实行了保护接地, 便能让绝大部分电流通过接地体流散到地下。
在中性点接地的低压配电网络中, 假如电气设备发生了单相碰壳故障, 若实行了保护接地, 由于电源相电压为220V , 如按工作接地电阻为4Ω 、保护接地电阻为4Ω计算, 则故障回路将产生27.5A 的电流。一般情况下, 这么大的故障电流定会使熔断器（FU）熔断或自动开关跳闸, 从而切断了电源, 保障了人身安全。但是,接地保护方式也存在着一定的局限性。
4.2保护接零的优点及实施要求
若将电气设备在正常情况下不带电的金属部分用导线直接与低压配电系统的零线相连接, 这种方式称为保护接零。它与保护接地相比, 能在更多的情况下保证人身安全, 防止触电事故。
在实施上述保护接零的低压系统中, 如果电气设备一旦发生单相碰壳漏电故障, 便形成了一个单相短路回路。因该回路内部不包含工作接地电阻和保护接地电阻, 整个回路的阻抗就很小, 因此故障电流必定很大（远远大于 27.5 8A）保证在最短的时间内使熔丝熔断、保护装置或自动开关跳闸, 从而切断电源, 保障了人身安全。
4.3保护接地与保护接零方式混用的危害
（1）保护接地与保护接零切不可混用。在由同一台配电变压器或同一段母线供电的低压配电系统内, 只应选择采用同一种保护方式, 而不能同时采用保护接地与保护接零这两种不同的方式。
（2）保护接地或保护接零方式的选择。电气设备究竟应采用保护接零还是采用保护接地方式, 主要取决于配电系统的中性点是否接地、低压电网的性质及电气设备的额定电压等级。在中性点不接地的低压配电网络中, 应采用保护接地方式。对所有高压电气设备, 一般都实行保护接地。

5 重复接地和共同接地
5.1实行零线重复接地的作用
在中性点直接接地的低压配电系统中, 为确保接零保护方式的安全可靠, 防止零线断线所造成的危害,系统中除了工作接地外, 还必须在整个零线的其它部位再进行必要的接地。
需要重复接地的有: 架空线路或分支线的首端与终端处; 无分支的架空线路的沿线每隔 1 km处; 电缆或架空线路引入屋内的进线处(距接地电不超过 50m者除外); 车间内零干线的终端处, 以及零干线很长时,其中间的适当部位处; 屋内设备接地时, 应将零线与所有低压开关等设备及控制屏的接地装置相连接。
5.2变压器的铁心与外壳要同时接地
变压器运行时, 铁心及其各种连接的金属结构都处于线圈所产生的强磁场中。如果铁心不与箱体同时接地, 则由于强磁场的作用, 便会使铁心与箱体间存在较高的电位差, 很可能由此形成间隙放电, 这是不允许的。铁心和箱体若实行了同时接地, 就可保证它们始终都处于相同电位。这种将若干电气设备需实行接地的不同部位同时接地的方式, 称为共同接地。
5.3配电系统的三点共同接地
配电系统中, 为了防止架空配电网的过电压危害,将变压器中性点、变压器外壳及避雷器的接地引下线,三者共同与一个接地装置相连接。这种方式称为配电系统的“三点共同接地”。
如果不实行这种三点共同接地的方式, 当雷电流经过避雷器及接地装置泄入大地时, 避雷器上的残压和雷电流在接地装置上所产生的压降将通过接地体加到变压器的外壳与绕组上, 使变压器要承受超出其额定电压很多倍的高电压, 这就很可能会导致变压器绕组绝缘损伤, 甚至造成击穿。
6 结束语
综上所述, 针对电气设备接地和接零的保护方式和要求进行讨论，以便使用中的电气设备能够正确地解决保护接地和保护接零的问题，在使用过程中, 按照设备的具体情况, 采取相应的接地或接零保护方式, 从而保证电气设备的安全运行及人身安全。