第六章 安全与接地

3 接地的种类 1 保护接地—为了人身安全防止设备绝缘劣化外壳带电 而危及人身安全。 2 工作接地—稳定对地电位和继电保护需要（比如变压 器中性点接地） 3 防雷接地—倒泻雷电流，以消除过电压对设备的影响。 第二节 接地电阻、接触电压和跨步电压 1 流散电阻（接地电压） 大地内的电流密度
2Ir
采用网状接地装置，并缩小接地网的间距，降低接地电阻。 敷设水平均压带，降低电位差。 （3）接触电压 接触电压——通常将地面离设备水平距离为0.8m处对地电位 与设备的外壳、架构或墙壁离地面1.8m处两点间的对地电位
差为接触电压。 基本措施： 在距设备外壳周围约1m的地中，埋设20~30cm的辅助接地线 并将与主接电线相连接，降低接地电阻。 铺沙砂烁或浇混凝土或沥青地面可以提高地面表面电阻，增 强绝缘性能。
0.8m 20m
0.8m 20m
图3 跨步和接触电压
（2）跨步电压
跨步电压 —在接地电位的分布区域内，当人（动物）的双 脚分开站在接地电位分布区域内时，由于人的双脚具有不同
的对地电位，一般将这种电位差称为跨步电压。一般将人的跨
步步距定为0.8m。 减小跨步电压的措施：
深埋接地体，降低土壤的散流电阻。
(3)重复接地和工作接地可构成中性线的并联分支，短路 发生时能增大短路电流加速线路保护装置的动作，缩短故障 的持续时间。 (4)重复接地对雷电流有分流作用，有利于限制雷击过电 压的产生和改善防雷性能。 3 NT—C—S系统 系统中有一部分中性线 和保护线是合一的。 兼有TN—C和TN—S的 特点。常用于TN—C的供 电方式。
设备的外壳对地没有电位差，不会对设备产生电磁干扰。
缺点 增加了投资。
单相接地故障时（PE断线），系统存在安全隐患。
（2） 使用状况 目前我国推广的系统。 附： （1）在三相四线制配电线路的进户点再改为三相五线制 安装方法是将工作零线和保护零线分开进户，在保护零线上 再安装一个重复接地体。
带电体与电位为零的大地之间的电位差。显然对地电压等于
接地电流与接地电阻的乘积。如果接地体有多根钢管组成，则 当电流自接地体流散时，至电位为零处的距离可能超过20m。
3 跨步电压和接触电压
（1）原理
u r
I 2


r
1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
dr
I 2r
接地电流电位分布曲线
Ujc Ujc Uja
E
2
为土壤电阻率
u r
I 2


r
1 r2
dr
I 2r
I 2a
（接地电压）
接地体等电位
ua
R 流散
u a I

2r
R 接地 R流散
如图1所示，接地电流流入地下以后，就通过接地体向大地
作半球形散开，这一接地电流就叫做流散电流。流散电流在
图8
IT系统
四 总结 1.TN系统中性点直接接地并引出有中性线保护线或保护中性 线(顾名思义中性线和地线合为了一体)属于三相四线制系统 系统有个特点就是设备不单独接地只系统接地.分TN-C、TNS和TN-C-S三种。 a) TN－S系统：整个系统的中性导体和保护导体是分开的。 b) TN－C系统：整个系统的中性导体和保护导体是合一的。 c) TN－C－S系统：系统中一部分线路的中性导体和保护导 体是合一的 。 2. TT系统也属于三相四线制系统但除了系统接地外用电设备 分别单独接地。 3. IT系统是中性点不接地或经1kΩ阻抗接地其他用电设备单 独接地.通常不引出N线。
REm
REn RE 25 10 16.67 25 10 REn RE
（2）根据需要补充的人工接地体电阻值，可以初步确定采 用垂直钢管接地体，并用扁钢焊成一排的方案。求出单根垂 直钢管接地电阻。
R E（1） L 150 2.5 60
（3）计算接地体的数量 查利用系数表得 E 0.79 ~ 0.83 ,取为0.8，接地体的数量
利用） 2 水平接地体
RE
R E L — 单根 0.062
（） — 多根 n 1.2
ｎ≤12，每根长约60米, ρ——为土壤电阻率； L ——为接地体长度。
表1 垂直管形接地体的利用系数
3 接地网 发电厂和变电所接地
RE
0.44 s
L 0.5


s
L—接地体（包括水平、垂直）总长度 S—接地网面积 （接地网在冲击电流的作用下同样具有火花和电感效应影 响，这个问题涉及很复杂，常常需要通过实验来掌握）
图6 TN-C-S系统
4 TN方式的注意事项 （1）PE或PEN线必须可靠连接，任何时候都不能断开。 （2）不允许在PE线或PEN线上装设熔断器等开关电器。 （3）PE线和N线分开后，就不能再合并（出现环流）。 二 TT系统 TT系统有一个直
接接地点，电气设施
的外露可导电部分 接至电气上与电力系
统的接地点无关的接
图2 接地概念图
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2 对地电压 电流通过接地体向大地作半球形流散。在距接地体越远的
地方球面越大，所以流散电阻越小。一般认为在距离接地体
20m以上，电流就不再产生电压降了。或者说，至距离接地体 20m处，电压已降为零。电工上通常所说“地”就是这里的地。 通常所说的对地电压，即带电体同大地之间的电位差。也 是指离接地体20m以外的大地而言的。简单说，对地电压就是
第六章 安全与接地
第一节 概述 主要内容:供配电系统的接地与安全 一 接地的概念 1 接地——就是把电气设备与电位参照点的地球作电气上 的连接使其保证有一个较低的电位。 2 接地装置——接地引下线和接地体的总称。
采用专门的金属导线 引下线 体 建筑物中的自然金属导
） 人工接地体（专门设置 接地体 自然接地体— 钢筋、自来水管道等
4 自然接地体的接地电阻的计算 部分自然接地体的工频接地电阻可采用下列公式计算。 （1）电缆金属外皮和水管等的接地电阻 RE≈2ρ/l (Ω ) 式中，ρ——为土壤电阻率； l ——为电缆及水管等的埋地长度。
（2）钢筋混凝土基础的接地电阻
0.2 RE 3 () V
式中，ρ——为土壤电阻率；
V——为钢筋混凝土基础的体积，m3。
5 接地装置计算过程
（1）按设计规范要求确定允许的接地电阻值。 （2）实测或估算可以利用的自然接地体的接地电阻。 （3）计算需要补充的人工接地体的接地电阻。
REm
REn RE REn RE
R Em — 需要的人工接地体电阻
R En —自然接地体电阻
R E — 允许接地电阻
系统接地（保护接零） 金属外壳通过公共接地 保护接地的基本形式 地系统接地（保护接地 ） 金属外壳通过独立的接
低压配电系统接地的形式根据电源端与地的关系、电气 装置的外露可导电部分与地的关系分为TN、TT、IT系统， 其中TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S系统。 以拉丁文字作代号形式的意义为： 第一个字母表示电源与地的关系。T表示电源有一点直 接接地；I表示电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻 抗接地。 第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。 N表示电气装置的外露可导电部分与电源端有直接电气连接； T表示电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电 气上独立于电源端的接地点。 一 TN系统 根据国家标准《供配电系统设计规范》GB 50052—95 规定：TN系统连接的特点就是工作零线和保护接地线有直 接的金属连接关系。即有工作零线，电气设备的金属外壳通 过低压配电网的中性点接地，既保护接零。
（4）计算单根接地体的接地电阻。
（5）计算接地体的数量
n
RE (1)
E REm
例题 有一个50kVA的变压器中性点需要接地，可利用自然 接地体的电阻为25Ω，已知接地电阻的要求值不大于10Ω, 接地处的土壤电阻率为150Ωm。试确定接地装置的方案并 求出相应的参数。 解（1）先求出需要补充的人工接地装置的电阻值。
（2）将变压器零线的一处或多处通过接地装置与大地的再次 连接（重复接地） 在 1 kV以下中性点直接接地的电力系统中，为确保接零 安全可靠，除在电源中性点进行工作接地外，还必须在中性线 的其他地方进行必要的重复接地。这些地方有：架空线路的干 线和分支线的终端及沿线每 1 km处；电缆或架空线路引入室 内或大型建筑物处 (但距接地点不超过 50 m者除外 )；室内设 备接地时，应将中性线与设备的接地装置相连接。每一重复接 地装置的接地电阻均不应大于 10 Ω。 重复接地是保护接零系统中不可缺少的安全措施，它的安 全作用主要有以下几方面： (1)通过接地电阻和中性线阻抗的并联，降低漏电设备对 地电压。 (2)一旦发生中性线断线时，由于重复接地存在，可以减 轻触电的危险程度。
n
RE (1)
E REm
0.860 16.67 4.05
（4）最后的方案是，考虑接地体的均匀对称布置，选取5根直径 50mm，长为2.5m的镀锌钢管做垂直接地体，
并用40mm×40mm×40mm的镀锌扁钢焊接，敷设成一字形， 管间的距离为5m，这样就可以满足接地电阻小于10Ω的要求。 二 接地装置 1 接地体 优先使用自然接地体。如果自然接地体不能满足要求时， 再考虑增加人工接地体。 （1）垂直接地体 接地体的布置根据安全、技术要求，因地制宜安排，可 以组成环形、放射形或单排布置。为了减小接地体相互间的 散流屏蔽作用，相邻垂直接地体之间的距离不应小于2.5～3m ，垂直接地体的顶部采用扁钢或直径圆钢相连，上端距地面 不小于0.6m，通常取0.6～0.8m。常用的几种垂直接地体布 置形式如图10。
土壤中遇到的全部电阻叫 叫做流散电阻。 接地电阻是接地体的流散电 阻与接地体的电阻之和。接地体 电阻一般很小，可以忽略不计。 因此，接地电阻不是接地体的电阻， 而是电流在土壤中流散时土 壤所呈现的电阻 图 1 流散电阻
Ijd
大地 （零电位） 接 地 体
流散电场
大
地
接地体
m 20
流散
电场
大
地
Ujd
接地电流 电位分布曲线
地极。
图7 TT系统
TT系统的安全性能和电磁兼容性比TN系统好（故障电流经 设备金属外壳、独立的接地体和中性点接地电阻构成回路）， 但成本高于TN系统，在欧洲的应用广泛使用，应用前景比较 好。
三 IT系统 电源中性点不接地， 而电气设备的金属外 壳通过独立的接地体 接地的方式。 对IT系统来说，各 自的PE线独立接地， 设备的金属外壳无电 位差，在发生单相接 地故障时，安全性能 更好。
第三节 接地计算和接地装置
一 接地电阻的计算
垂直接地体 水平接地体 接地装置 接地网 自然接地体
1 垂直接地体
RE
2L
ln
4L d
L
L—接地体长度 d—接地体直径

—土壤电阻率
多根垂直接地体
R
n E
1 R E n
—利用系数（它表示由于电流相互屏蔽而使电流不能充分
T N — C 按中性线和保护线的组 合情况T N系统可分为 T N — S T N — C — S
1 TN—C系统
俗称三相四线制系
统。
这种方式的连接特 点是工作零线和保
护合二为一，二者
共用，称为PEN线。 （1）特点
图4 TN-C系统
优点： 简单、经济，配电系统的过电流保护可兼作单相接地故障保护。 缺点： 单相接地故障时，系统存在着安全隐患。 PEN线突然断线，单相故障时，故障电流不能经过PEN线构 成回路。 保护零线和工作零线共用，PEN线对地存在电位差，设备也 有电位差。 PEN上有电流流过，对其他设备产生电磁干扰。 （2）使用状况 现在已经不允许使用。
2 TN—S系统
俗称的三相五线制
图5
TN-S系统
这种方式的特点是将TN—C系统中共用的工作零线和保 护零线分开，设置独立的工作零线N和保护零线PN，设备 的金属外壳与独立的保护零线连接。 （1）特点 优点： 发生单相短路故障时，故障电流仍然经设备金属外壳和
PE线构成回路，供配电线路的过流保护仍然可以兼作单相接 地故障保护。
敷设水平均压带，降低电位差。
第二节 供配电系统的接地形式
建筑供配电系统的接地，是指将配电系统或建筑物中的电气 装置、设施的某些导电部位经接地线连接到接地极。 一 保护接地形式 在供配电系统中，如果配电线路的绝缘破坏，可能会使电器设 备的金属外壳等可导电的部分的对地电位超出的安全电压，危及 人身安全。 保护接地——将电气设备的外露的可导电部分（金属外壳）与地 作金属连接，实现这一接地称为保护接地。