保護接地與保護接零在工程中的應用

田靜

摘 要：詳細介紹了電氣設備“保護接地”和“保護接零”的概念、工作原理以及它們所適用的供電系統，著重從原理上澄清“保護接地”和“保護接零”的概念，使人們比較清晰地認識保護接地和保護接零的區別，并能在工程實踐中正確使用這兩種保護。

關鍵詞：電氣保護；保護接地；保護接零；接地電阻

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.158

隨著我國社會經濟的快速發展，種類繁多、性能各異的電氣設備已進入社會生產、生活的各個領域。人們對電氣設備的依賴性越來越高。但如果電氣設備的絕緣一旦損壞，發生一相碰殼事故，人身觸及因漏電而帶電的電氣設備的金屬外殼，將會發生觸電危險。因此，安全用電已成為一個嚴重的社會問題。在此情況下，人們自然會想到電氣設備的“保護”。通常，電氣設備的保護主要有保護接地和保護接零兩種。但因為對這兩種保護的概念不清，往往把兩者混為一談，有時用保護接地代替保護接零，致使供電系統存在許多不完善或錯誤的保護，埋下極大的安全隱患。本文著重從原理上澄清概念，使人們比較清晰地認識保護接地和保護接零的區別及這兩種保護在工程中的應用。

1 兩種電氣保護的概念不同

保護接地是將平時不帶電的電氣設備的金屬外殼通過接地體與大地連接起來，以確保絕緣損壞時，流過人身的觸電電流降到安全值之內的一種技術性安全措施。

保護接零是將正常情況下不帶電的金屬部分與電網的零線連接起來，來防止意外帶電體上觸電事故發生的安全措施。

2 兩種電氣保護的原理不同

在變壓器中性點不接地供電系統中，當電氣設備采用保護接地時，漏電設備對地電壓主要取決于保護接地電阻Rb的大小，由于Rb和Rr（人體電阻）并聯，且Rb<

式（1）中：Ud為漏電設備對地電壓；U為電網相電壓；Rb為接地電阻；Z為電網每相對地絕緣的復數阻抗。

因Rb<<︱Z︱，所以設備對地電壓大大降低，只要適當控制Rb的大小，就可以將漏電設備對地電壓限制在安全范圍之內。

在變壓器中性點接地供電系統中，當某一相帶電部分與設備外殼相碰時，通過設備外殼形成該相對零線之間的單相短路，短路電流Idd能使線路上的保護裝置迅速動作，切斷電源，從而把故障部分與電源隔開，防止出現觸電危險。

保護接地的原理是人為地將短路電流導入大地，從而限制通過人體的電流強度；而保護接零的原理是當某一相與設備外殼相碰時，人為制造短路通路，強大的短路電流使系統中的保護裝置動作，自動而迅速地切除短路故障，不允許將短路電流導入大地。可見，保護接地和保護接零的保護方式從原理上是截然不同的。

3 兩種保護適用的供電系統不同

通過以上分析可知，因為保護接地和保護接零的保護原理不同，所以在變壓器中性點不接地的供電系統中采用保護接地，在變壓器中性點接地的電網中則采用保護接零。如果在變壓器中性點接地供電系統中采用保護接地，因為通常低壓供電系統的相電壓為220 V，而Rd和Ro一般不超過4 Ω。如果按4 Ω計算，如果某相發生碰殼短路，其接地電流為：

式（2）中：I為單相接地電流；U為相電壓；Rd為設備接地電阻；Ro為系統接地電阻。

這時，電氣設備外殼的對地電壓為：

所以，27.5 A的單相接地電流只能保證15 A以下的熔斷器和整定電流不超過20 A的自動開關迅速動作。事實上，供電系統中的熔斷器或自動開關的額定電流值往往比此值大得多，27.5 A的單相接地電流不足以使其動作，因而近110 V的電壓將長期存在于設備外殼上，對人身存在著很大危險。可見，迅速地切斷供電網絡中的事故段，是保證人身安全的最好辦法。因此，在變壓器中性點接地供電系統中，電氣設備應采用保護接零，嚴禁采用保護接地。

通過以上分析可知，保護接地與保護接零雖然都是為了防止接觸電壓和跨步電壓對人的危害，但在同一個配電系統中，不允許一部分電氣設備采用保護接地，而另一部分電氣設備采用保護接零。如果在中性點接地的供電系統中，同時采用保護接地和保護接零措施，當某一相與電氣設備A發生碰殼時，其接地電流經設備A的外殼和保護接地電阻R1流入大地，又從工作接地極R2流回電源變壓器的中性點。這時，接地電流將在R2上產生電壓降。如果R1=R2=4 Ω，則這時中性點對地電壓為：

這個危險的電壓通過零線加在整個供電系統所有采用保護接零的電氣設備外殼上，不僅起不到安全保護作用，相反會造成更大的危險。

4 結論

根據不同的用電場合，分為變壓器中性點接地和中性點不接地兩種供電系統。變壓器中性點不接地的供電系統只用于煤礦井下等少數地方。目前，人們普遍接觸的是變壓器中性點接地的380 V/220 V三相四線制供電系統。在這種供電系統中，零線要求有足夠的機械強度，并且不允許裝設熔斷器，以避免零線發生斷裂。為了防止零線斷裂后發生觸電危險，工程中常用的措施是重復接地，即在低壓配電線路中相隔一定距離，零線接地一次。這樣，在重復接地極以前零線發生斷裂且又發生相線單相碰殼時，短路電流通過重復接地極和系統接地極構成回路。這與不設重復接地相比較，優點在于降低了碰殼時的接觸電壓。但零線斷裂后的危險性依然存在，保護接零還存在不完善之處。因此，現在有一些工程已采用三相五線制和單相三線制。這種新的方法是從電源處同時引出2根零線，1根作為工作零線，1根作為保護零線。這種方法具有以下3個優點：①避免了零線斷裂時，將相電壓引出金屬外殼的危險。②在三相不平衡時，零線中有較大的電流通過，零線存在高電位。將工作零線和保護零線分開，避免了人接觸有高電位零線的危險。③在單相三線制中，相線和工作零線都可以裝設熔斷器，避免了相零混接，使相線失去保護的可能。這種方法使保護接零更加完善，值得在實際工作中采用和推廣。

綜上所述，我們只有在工程實踐中正確使用“保護”，才能真正做到安全用電。

參考文獻

[1]曲世惠.電工安全作業技術[M].青島：青島出版社，1993.

[2]賴昌干.礦山電工[M].北京：煤炭工業出版社，1991.

〔編輯：劉曉芳〕