第三章 间接接触电击防护

统不接地
6.2 操作过电压的限制措施
• 电力系统运行中,由于运行状态额突然变化,例如正 常或故障操作,导致系统内电感和电容元件间电磁 能转换,引起振荡,在设备或局部电网上出现过电压, 即操作过电压(内过电压).
• 中性点直接接地系统中,常见的操作过电压:
– 合闸空载线路过电压 (超高压系统中,最严重)
第三章 间接接触电击防护
第三章 间接接触电击防护
• 电气系统故障或异常状态下的电击。 • 人体与正常状态下不带电，而在故障或异常状态下
变为带电的物体接触造成的触电事故。 • 保护接地与保护接零是防止间接接触电击最基本的
措施。 • 保护接地：使电工设备的金属外壳接地的措施。可
防止在绝缘损坏或意外情况下金属外壳带电时强电
流通过人体，以保证人身安全。
• 保护接零：把电工设备的金属外壳和电网的零线可 靠连接，以保护人身安全的一种用电安全措施。
接地的基本概念
• 接地：电气设备的某些部位、电力系统的某点与大地紧密 连接，提供故障电流和雷电电流的泄流通道，起到稳定电 位、提供零点参考电位的作用，确保电力系统、电气设备 的运行安全，保障运行人员和其他人员人身安全的措施。
UE

RC RN RC
U
UN
U
UE

RN RN RC
U
这两个电压虽然都可能是危险电压，但毕竟都远远低于 相电压，总的危险程度得以降低。
• ②减轻PEN线断线时负载中性点“漂 移”。TN—C系统的零线断开后，如断线 后方有不平衡负荷，则负载中性点发生电 位“漂移”，使三相电压失去平衡，可能 导致接在一相或两相上的用电器具烧坏。
• 图3—2所示的配电网俗称三相四线配电网。这种配电网 引出三条相线(L1、L2、L3线)和一条中性线(N线，工作零 线)。
• 在这种低压中性点直接接地的配电网中，如电气设备金属 外壳未采取任何安全措施，则当外壳故障带电时，故障电 流将沿低阻值的低压工作接地(配电系统接地)构成回路。 由于工作接地的接地电阻很小，设备外壳将带有接近相电 压的故障对地电压，电击的危险性很大。
5．接地电阻允许值
• 因为故障对地电压等于故障接地电流与接地电阻的 乘积，所以，各种保护接地电阻不得超过规定的限 值。
• 对于低压配电网，单相故障接地电流很小，限制电 气设备的保护接地电阻不超过4Ω即能将其故障时 对地电压限制在安全范围以内；
• 如配电容量在100kVA以下，由于配电网分布范围 很小，单相故障接地电流更小，限制电气设备的保 护接地电阻不超过10Ω即可满足安全要求。
在TT系统中，故障最大持续时间原则上不得超过5s，这样才能减少电流对人体 的危害。
2．TT系统应用范围 TT系统主要用于低压共用用户，即用于未装备配电变压器，从外面引进低压电 源的小型用户。
三、TN系统
• 目前，我国地面上低压配电网绝大多 数都采用中性点直接接地的三相四线配电 网。在这种配电网中，TN系统是应用最多 的配电及防护方式。
• (2)Ⅰ类电动工具或民用电器的金属外壳； • (3)配电装置的金属构架、控制台的金属框架及靠近带电部
分的金属遮栏和金属门； • (4)配线的金属管； • (5)电气设备的传动装置； • (6)电缆金属接头盒、金属外皮和金属支架； • (7)架空线路的金属杆塔； • (8)电压互感器和电流互感器的二次线圈。
1．TN系统安全原理
• TN系统是电源系统有一点直接接地，负 载设备的外露导电部分通过保护导体连接到 此接地点的系统，即采取接零措施的系统。
• 字母“T”和“N”分别表示配电网中性点直接 接地和电气设备金属外壳接零。设备金属外 壳与保护零线连接的方式称为保护接零。典 型的TN系统见图3—3。在这种系统中，当 某一相线直接连接设备金属外壳时，即形成 单相短路。短路电流促使线路上的短路保护 装置迅速动作，在规定时间内将故障设备断 开电源，消除电击危险。
• 电气设备的接地规程规定：电压在1000V以下电源 中性点不接地的电网和1000V以上任何形式的电网 中，均需采用保护接地(称之为IT系统)，作为保安 技术措施，应用很广泛。
• 保护接地的原理是给人体并联一个小电阻，以保证 发生故障时，减小通过人体的电流和承受的电压。
图3—1所示电动机采用保护接地后，当一相绕组因绝缘损 坏而碰壳，即与外壳短路时，此时若工作人员触及带电的设 备外壳，因人体的电阻远较接地极的电阻大，大部分电流流 经接地极入地，而通过人体的电流极其微小，从而保证了人 身的安全。
• 任意两根相线之间的电压，称为线电压，380V。 • 三相交流电有三个相电压，所以也就有三个线电
压：三个线电压的电压、频率相同，相互间的相 位相差120°。 • 线电压＝(√3)×相电压
中性点是指变压器低压侧的三相线圈构成星形联结， 联结点称中性点。此点与外部各接线端间电压绝对 值相等，此点就是中性点。
2．IT系统应用范围
• IT系统适用于各种不接地配电网，包括低压 不接地配电网(如井下配电网)和高压不接地 配电网，还包括不接地直流配电网。在这 些电网中，凡由于绝缘损坏或其它原因而 可能带危险电压的正常不带电金属部分， 除另有规定外，均应接地。应当接地具体 部位是：
接地具体部位
• (1)电动机、变压器、开关设备、照明器具、移动式电气设 备的金属外壳或金属结构；
– 切除空载线路过电压 – 切除空载变压器过电压
断路器及其他设备性能改善,不严重
– 解列过电压 (发生概率很低)
• 中性点非直接接地系统中,主要是弧光接地过电压. 防护措施:采用中性点经消弧线圈或电阻接地.
二、TT系统
• 1．TT系统安全原理 • TT系统是电源系统有一点（电源中性点）
直接接地，设备外露导电部分的接地用保 护接地线PE接到独立的接地体上。前后两 个字母“T”分别表示配电网中性点和电气设 备金属外壳接地。
如图3—5所示的工作零线断线、第1相未用电、第2相和 第3相分别接有P2＝4kW和P3＝1kW(设功率因数相同) 的负荷的例子。这时，第2、3两相负载串联在线电压上， 如线电压为380V，则第2、3两相负载上的电压分别为：
U2

3UP3 P2 P3

3801 76V 4 1
U3

3UP2 P2 P3
(1)重复接地的作用 ①减轻PE线或PEN线意外断线或接触 不良时接零设备上电击的危险性。当PE线 或PEN线断开时，如像图3—4(a)所示的那 样，断线后方某接零设备漏电但断线后方 无重复接地，则断线后方的零线及其上所 有接零设备都带有将近相电压的对地电压， 电击危险性极大。如像图3—4(b)那样，断 线后方某接零设备漏电但断线后方有重复 接地，则断线后方的零线及接零设备和断 线前方的零线及接零设备分别带有如下的 对地电压：
保护性能的好坏。越小越好
接地分类
• 正常接地和故障接地 • 正常接地→工作接地和安全接地 • 工作接地：正常情况下有电流通过，利用大地代
替导线的接地，以及正常情况下没有或很少电流 通过，用以维持系统（设备）安全运行的接地。 书上P71：配电网的变压器或发电机中性点接地。 简而言之：配电系统接地 • 安全接地：正常情况下没有电流通过，防止触电 事故的接地 。 • 故障接地：带电体与大地之间意外连接，如接地 短路等。
• 在高压配电网中，由于接地故障电流比低 压配电网的大得多，将故障电压限制在安 全范围以内是难以实现的。因此，对高压 电气设备规定了数值较低的保护接地电阻 允许值，并限制故障持续时间。各种保护 接地电阻允许值见表3—7。
表3-7 保护接地电阻允许值
设备类别
接地电阻/Ω
备注
低压电气设备
高压 电气 设备
• 接地装置：包括引线在内的埋设在地中的一个或一组金属 体，包括水平埋设或垂直埋设的金属接地极、金属构件、 金属管道、钢筋混凝土基础、金属设施等。
• 表征接地装置电气性能的参数为接地电阻。 • 接地电阻：接地装置相当于无穷远处零点电位的电压与通
过接地装置百度文库入地中电流的比值。 • 接地电阻反映接地装置流散电流、稳定电位能力的高低及

380 4 4 1
304V
图3-5 TN—C系统的零线断线
在这种系统中，当某一相线直接连接设备金属外壳时，其对地电压为：
UE

RA RN RA
U
式中。RN为工作接地的接地电阻。该电压低于相电压，但由于RA与RN同在一个数量 级，漏电电流几乎不可能被限制在安全范围内。对于一般的过电流保护，实现速断 是不可能的。因此，一般情况下不能采用TT系统。如确有困难，不得不采用TT系统， 则必须将故障持续时间限制在允许范围内。
(a)TN—S系统 (b)TN—C—S系统 (c)TN—C系统
三种方式：TN-S系统、TN-C-S系统、TN-C系统
• 工作零线：中性线，N。为保障系统运行使中性点接地的 零线；
• 保护零线：保障人身安全配备的接地零线，PE • TN-S——保护零线与工作零线完全分开。可用于爆炸、火
灾危险性较大或安全要求高的场所，宜用于独立附设变电 站的车间。也适用于科研院所、计算机中心、通信局站等。 正常工作条件下，外露导电部分和保护导体呈零电位—— 最“干净”的系统。 • TN-C-S——干线部分的前部保护零线与工作零线共用。宜 用于厂内设有总变电站，厂内低压配电场的场所及民用楼 房。 • TN-C——保护零线与工作零线共用。可用于爆炸、火灾危 险性不大，用电设备较少、用电线路简单且安全条件较好 的场所。
小接地短路电流系统 大接地短路电流系统
4
10
120/Id 250/Id 200/Id
0.5
电源容量 ≥100kVA 电源容量 <100kVA 与低压共用接地
装置
高压单独接地
Id≤1000A
Id>4000A
注：Id为接地电流或接地短路电流。
过电压及其防护
– 外部原因造成：雷电、电磁感应、静电感应 – 内部原因造成：操作过电压、谐振过电压、事故 – 措施：中性点经击穿保护器接地 – 击穿保护器：击穿电压大多不超过额定电压的2倍 – 正常情况下，击穿保护器处于绝缘状态，配电系
• 由同一台变压器供电的配电网中，不允许 一部分电气设备采用保护接地而另一部分 电气设备采用保护接零，
• 即一般不允许同时采用TN系统和TT系统的 混合运行方式。
3．重复接地 TN系统中，保护中性导
体上一处或多处通过接地装置 与大地再次连接的接地，称为 重复接地。图3—4中的Rc即 重复接地。
(a)无重复接地 (b)有重复接地
• 流散电流在土壤岩石中遇到的全部电阻称 为流散电阻
• 接地电阻：接地体的流散电阻与接地线电 阻之和。
• 接地线电阻很小可忽略
接地体对地电压
• 对地电压：带电体与 电位为零的大地之间 的电位差。
• r：接地电流的流散半 径
• ρ：土壤或岩石电阻 率
• I：流散电流
V I 2r
对地电压降
• 当观测点远离接地体20米时，电流产生的 压降几乎为零，电气工程中的“地”的概 念。
• 一、IT系统
• IT系统就是电源系统的带电部分不接地 或通过阻抗接地（电源中性点不接地）， 电气设备的外露导电部分接地的系统。第 一个大写“I”表示配电网不接地或经高阻抗 接地、第二个大写“T”表示电气设备金属 外壳接地。
1．IT系统安全原理
• 为了保证电气设备(包括变压器、电机和配电装置) 在运行、维护和检修时，不因设备的绝缘损坏而导 致人身触电事故，所有这些电气设备不带电的部分 如外壳、金属构架和操作机构以及互感器的二次绕 组等都应妥善接地。
接触电动势和接触电压
• 接触电动势：电流自接地体流散，在大地 表面形成电位，与接地体相连的设备外壳 与水平距离0.8m处之间的电位差。
• 接触电压：施加与人体两点间的电压。
相电压与线电压
• 对于交流电来说，相电压就是任一相线(火线)与 零线之间的电压，也就是220V。
• 三相交流电有三个相电压：三者电压、频率相同、 相互之间的相位相差120°。
接地电流和接地短路电流
• 接地电流：从接地点流入地下的电流 • 接地短路电流：系统一相接地导致系统发
生短路产生的电流。 • 小于等于500A的接地短路电流称为小接地
短路电流；大于500A的称为大接地短路电 流
流散电阻和接地电阻
• 接地电流流入地下后，自接地体向四周流 散，从接地体向四周流散的电流称为流散 电流。