配電網接地系統危險點分析

畢艷玲 張必成

（望奎縣電業局，黑龍江 望奎152100）

0 前言

配電網的各種接地系統是保護電氣設備安全運行的重要內容，接地系統在電氣事故發生時在一定程度上能減小事故對人身和設備的造成的傷害程度，但是接地系統不能完全避免觸電傷害事故造成的損失，事實上接地系統在電氣事故發生時仍然存在危險點，也可能對人身和設備造成傷害，分析如下。

1 TT系統

TT系統變壓器低壓側中性點的工作接地電阻R0≤4Ω，電氣設備外殼接地電阻Rd≤4Ω，且電氣設備外殼與地等電位，不會產生電弧或火花，當外殼出現單相接地故障時(忽略導線電阻不計)單相接地最小電流為：

此時，若電氣設備容量較大，則可能出現Id小于保護該電氣設備的熔斷器熔體的額定電流Ier，熔體不熔斷，故障將長期存在，Id持續作用使電氣設備發熱甚至使絕緣燃燒，而且設備外殼和變壓器中性點對地電壓分別為：

在上面兩式中，要使設備外殼對地電壓Ud達到安全值，Rd必須保證足夠小才能實現，這在實踐中很難做到。未故障相相電壓也將會升高到接近線電壓，這樣會使單相設備絕緣擊穿，擴大事故范圍。

2 IT系統

IT系統電氣設備不接地時，若電氣設備某相絕緣損壞，外殼帶電，因為電氣線路對地有絕緣電阻和分布電容，若人體觸及絕緣已損壞的電氣設備外殼，人體將遭到觸電的傷害。如果電氣設備已進行了接地措施，流經人體和接地裝置電流大小，與電阻成反比關系。

式中，Ir、Rr是沿著人體流過的電流和人體電阻；I＇d、Rd是沿接地體流過的電流和電阻。

當Rd＜＜Rr時，通過人體的電流大大減小，從而減輕甚至避免人體觸電傷害。在1000V以上的系統由于容抗Xc＞＞R，絕緣電阻可以忽略，此時主要是電容電流對人體的危害。在1000V以下的系統，電源容量較小(100kVA以下)，線路不太長，此時主要是流經絕緣體的漏電流。電源容量較大、線路較長時，導線對地電容電流和絕緣漏電流不能忽略。

3 TN系統

在TN系統，電氣設備在采取保護接零的同時，必須與熔斷器或自動空氣開關等保護配合應用，才能起到保護作用。

當設備的某相與金屬外殼相碰，該相對中性線的單相短路，短路電流Id=IdL將通過設備外殼和中性線形成閉合回路。由于外殼、中性線和相線的合成電阻很小，短路電流將很大，往往都大于三倍的熔絲(片)額定電流，從而使保護設備迅速動作，故障設備從線路中切除，就是在故障瞬間，人體觸及故障設備外殼，通過人體的電流也是很小的，從而達到保護人身和設備安全的作用。

3.1 TN—C系統

TN—C系統是我國廣泛采用的系統，在這個系統，由于中性線與保護線是合一的，為了防止觸電事故，必須將電氣設備外殼與PEN線作良好的電氣連接。如果電氣設備外殼既不與PEN線連接，又不與大地作良好電氣連接，這樣做是很不安全的。

圖1 電氣設備外殼未接地

如圖1所示，電氣設備絕緣損壞設備外殼帶電時.漏電流很小，達不到熔斷器熔絲熔斷植，設備外殼將長期存在電壓，當人體觸及事故設備外殼時，就會有電流通過人體，其值為：

式中，Ux——相電壓，220V；Rr——人體電阻(一般在干燥環境中，人體電阻大約在2000Ω左右；皮膚出汗時，約為l000Ω左右；皮膚有傷口時，約為800Ω左右。所以人體電阻一般取800～1000Ω)；Ro——工作接地電阻(一般為4Ω左右)。

若取Rr=1000Ω，則R。＜＜Rr，可忽略。那么

一般情況下，8～10mA以下的工頻電流，50mA以下的直流電流可以當作人體允許的安全電流，這些電流長時間通過人體也是有危險的（人體通電時間越長，電阻會越小）。很明顯0.22A，已經超過了人體的安全值。

TN—C系統常常接有大量三相和單相負載，當單相負載過多，使三相負載運行中出現不平衡時，PEN線中就會有不平衡電流Io流過，并在PEN線上形成電壓降，其值為：

UN=（RN+jxN）IN

式中，RN和XN分別為PEN線上的電阻和電抗。該電壓實際就是加在電氣設備外殼上的電壓，有時可達到10～40V。這個電壓在正常運行情況下的存在，不但會使人感到麻電，而且還可能對附近的金屬構件放電，形成火花，特別在易燃易爆環境是很危險的。此系統只接地，不接PEN的情況與TT系統相同。

3.2 TN—S系統

TN—S系統的中性線與保護線是分開的，正常運行時，保護線(PE)上幾乎沒有工作電流流過，這就使電氣設備外殼與變壓器中性點對地電壓均為零。中性線流過電流時的電壓降，沒有加到電氣設備的外殼上。

3.3 TN—C—S系統

TN—C—S系統多用在民用建筑中，特點與TN—C、TN—S系統相同。

4 重復接地

TN系統將電氣設備外殼與N(PEN)線相接，可以使漏電設備從線路中迅速切除，不能避免漏電設備對地危險電壓的存在，當N(PEN)線斷線時，設備外殼對地電壓接近相電壓，繼電保護的動作時間延遲。為使TN系統電氣設備處于最佳的安全狀態，必須對N(PEN)線上一處或多處通過接地裝置與大地再次連接，如圖2所示，這就是重復接地。圖3是一個無重復接地的TN系統，當接零電氣設備發生單相短路時，從短路起到保護裝置動作完畢，切斷電源的很短時間內，短路電流在PEN線上產生的電壓降為：

式中，IdL——單相短路電流；ZX——相線阻抗；ZL——PEN線阻抗；UL——PEN線電壓降。

圖2 有重復接地的TN系統

圖3 無重復接地的TN系統

圖4 有重復接地的PEN線斷線

由此看出，PEN線阻抗越大，設備對地電壓越高，通常這個電壓遠高于安全電壓。一般規定PEN線導電能力不應低于相線導電能力的1／2，依此原則，取ZX=0.5 ZL代入上式則有：

可見，單純接零措施，仍有觸電危險。

在采用圖2有重復接地的TN系統時，短路電流大部分通過PEN線，只有小部分電流通過重復接地電阻RC和工作接地電阻R。，此時接地電流在R。上的電壓降就是設備對地電壓，即：

Ud只占PEN線電壓降的一部分是顯而易見的。若取RC=10Ω，R。=4Ω，則有：

實際上由于RC、R。與PEN線是并聯的，Ud比104.8V還要低一些，這個電壓對人的危險仍然存在，與單純的接零相比，重復接地的安全性要好的多，如果降低重復接地電阻RC，安全性會更高。

采用重復接地，還可以減輕由于PEN線斷線帶來的危險性，如圖4所示。接在PEN線斷線處后面的電氣設備外殼上的對地電壓為：

在斷線前面設備外殼上的對地電壓為：

當RC=R。時，Ud=Uc=U0=UX/2，即斷線前后電氣設備外殼上的對地電壓均為UX/2。實際上RC＞R。Uc＞U0即Ud=Uc＞UX/2。與無重復接地相比時，發生斷線后人體承受的近似相電壓降低了，但仍不是安全電壓。一般RC=10Ω，在1000V以下的TN系統中，只能起到平衡電位的作用，而不能完全排除危險。因此，要提高對PEN線的施工質量，加強維護、防止斷線。

重復接地可以從PEN線上直接接地，也可以從設備外殼上接地。戶外架空線宜在線路終端接地，分支線宜在超過200m的分支處接地，高壓與低壓線路宜在同桿共架段的兩端接地。以金屬外皮作中性線的低壓電纜，也要重復接地。車間內宜采用環形重復接地，中性線與接地裝置至少有兩點相連接。

5 總結

當今社會離不開電，電給我們的生產和生活帶來了極大便利，若使用不當也會帶來災難，安全用電關系廣大人民群眾的生命和財產安全，熟悉接地原理和危險點分析做好電氣設備的接地工作，加強設備巡視檢查，從而將電氣災害造成的損失降到最低。