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摘要:文章结合电器安装工程和施工安全用电管理实践经验,对如何选用保护接地和保护接零进行分析,以达到安全用电的目的。
关键词:正确选用;保护接地;保护接零
中图分类号:TM774文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)14-0144-02
在低压380 V/220 V供电网络中,大家都知道,接地与接零的作用是为了保护用电设备安装,避免人体发生触电危险的技术措施。故又称为保护接地和保护接零。两种方式,只有使用在各自的系统中,才会发挥其保护作用。由于接零是接地的一种方式,故在建筑施工和电气设备安装中,容易被忽视和混淆,造成不应有的事故和伤亡。因此,笔者认为,在建筑施工和安装各种电气设备时,应引起大家的重视。
1电流对人体的影响
近几年来,国内外电气专家在电流通过人体的影响方面作了不少的研究。经过大量的试验和分析,一致认为,高电压只能使触电者的触电部位产生严重皮肤组织破坏,而不致命;触电致死的主要原因是,由于触电电流通过人体时,引起心室颤动,造成心脏失去供血机能而停止跳动。从避免引起心室颤动出发,目前各国都采用了德意志联邦共和国坎爱本提出的50 mA/s,再乘以0.6的安全系数即30 mA/s,作为实用的安全电流临界值。
根据上述的安全电流范围和人体电阻曲线可计算出安全电压范围。从触电保护的观点出发,采用人体电阻的下限值,对应于30 mA的安全电压就是50 V。我国规定在没有高度危险情况下的安全电压为65 V,有高度危险的环境下为36 V。同时,国际电工委员会(IEC)组织,根据大量研究和试验结果,提出了安全电压和允许通电的时间关系,见表1:
上述的研究结论,为避免因触电引起伤亡事故和采取各种保护措施,提供了理论基础。保护接地和保护接零,就
是从不同的角度限制流过人体的电流,避免发生触电危险的安全措施。
2保护接地的原理及适用范围
保护接地就是将电气设备在正常情况下将不带电的金属外壳与大地作为可靠连接(如图1所示)由接地体和引下线两部分组成。根据IEC的分类,图1属于JT系统,即中怄点非直接接地系统。
当某一带电相线与外壳相碰时,接地电流将通过接触外壳的人体和电网与大地之间的电容构成回路,如图2,使人体产生触电。为了消除这种危险,根据并联电路的分流原理,把电气设备正常情况下不带电的金属外壳与地面作可靠连接,使通过人体的电流只占全部接地电流Id的一小部分,而达到避免人体触电的危险。,保护接地电阻及Id、Rd——沿接地体流过的电流及其电阻
Ib、Rb——沿人体流过的电流及其电阻
从上式可知,只要Rd<< Rb;(Rb一般取1 500 Ω)就能使渡过人体的电流Id达到安全值30 mA以下。在中性点非直接接地系统中,由于存在线路对地电容,流经接地装置的电流Id,仅为接地电容电流。因而通常在1 000 V以下中性点非直接接地系统中,不会产生较大的接地短路电流(在实际设计中采用10 A作为计算值)故把接地电阻规定为4,是容易做到的。同时,也能满足IEC对IT系统提出的:对于这类低压电力网中的电力设备的金属外壳必须个别地或成组地或共同地接地,并满足:RdId≤UL,UL—安全电压的临界值,对于交流为50 V(有效值),即:40×10=40 V<50 V的要求。通过上述分析可知,保护接地只适用于中性点非直接接地系统中;而且用电设备的安置位置必须是固定的。
3保护接零的原理及适用范围
在建筑施工和电气设备安装中,绝大多数供电是采用变压器二次侧中性点直接接地的低压三相四线制。中性点则称零点,中性线则称为零线。电气设备在正常情况下,不带电的金属部分与零线作紧密联接,就称为保护接零。如图3所示,由IEC的分类可知,该系统称为TN-C系统。
在该系统中,不论其接线形式怎样,如果某一相带电部分与外壳相碰,则相线通过设备外壳与零线形成短路。由于零线阻抗小,能产生超出正常工作电流许多倍的短路电流,使设备或线路上的保护装置迅速动作,在很短的时间内,切除故障部分电源,保障设备和人身安全。
那么,在该系统中,采用保护接地是否同样能防止人体遭受触电呢?笔者认为不能,我们知道变压器二次侧中性点接地电阻Ro,国家标准规定是4 Ω以下。假设Ro≤Rd或Ro略大于Rd时,在设备外壳上的事故电压Ud=IdRd。由于建筑施工具有高空作业和潮湿环境下作业的特点,因此,事故电压Ud必须控制在36 V以下。根据串联电路的分压原理,如图4所示。
设Ro=4 Ω,则Rd=0.78 Ω
要使接地电阻Rd做到这样小是非常困难的,不经济的。特别是在土壤电阻系数高的地方,是无法达到的。而且,这时其它两相的对地电压为:
定的安全电压。若忽略线路阻抗,则接地电流为:
这一电流值对于RCIA-10 A熔丝也要10 s才能熔断,超过5 s的规定,显然是不能保护人身安全的,对于额定电流值较大的熔丝就更不可能了。由此可见,在三相四线制中性点接地系统,必须采用保护接零。
4使用保护接零时应注意的问题
在中性点直接接地系统中,不能一些设备采用保护接零,另一些设备采用保护接地。这可从图5看出,当乙设备发生带电相线碰壳时,接地电流Id将通过Rd和Ro形成回路。由前面可知,Id不会太大,线路保护装置可能不会动作,而使故障电压长期存在。这时,除了接触该设备的有触电的危险外,还会由于零线对地电压升高,使保护接零的设备带电,发生触电的危险。因此,不允许在同一台变压器,同一发电机或同一段母线供电的线路上,同时使用保护接地和保护接零两种方式。
如果把乙设备的外壳再同电网的零线联接起来,就能满足安全要求了。这时,乙设备的接地装置便成了系统的重复接地,这对安全只有益无害的。同时,重复接地还能使设备碰壳时,短路电流增大,加速线路保护装置动作和降低零线中的电压损失,更主要的是重复接地在当零线断裂时,能减轻触电的危险。由于建筑施工现场人员多,比较混乱。加强零线保护,防止零线断裂将显得更为重要。首先应根据施工用电负荷,正确合理地选择零线截面,架空零线和进户引入线的截面应按IEC规定来选择,铜芯不小于10 mm2,铝线不小于16 mm2,并利用施工现场基础内的钢筋或埋设在地下的金属管道,认真作好零线重复接地,接地电阻应控制在10 Ω以内,以保证故障情况下零线电位尽可能接近零电位。同时还应加强用电安全管理,杜绝人为的相(线)零(线)错调事故发生。由于建筑施工现场使用的移动型,可搬型设备较多,如水磨石机、振动棒等,固定接地很困难。因此,笔者认为,只要我们在施工安装中,认真作好了以上工作,同时采用保护接零和漏电器是一种比较切实可行的安全用电措施。
参考文献:
[1] 苏文成.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,1999.
[2] 中国航空工业部第四规划设计研究院.工厂配电设计手册[M].中国电力出版社,2005.
关键词:正确选用;保护接地;保护接零
中图分类号:TM774文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)14-0144-02
在低压380 V/220 V供电网络中,大家都知道,接地与接零的作用是为了保护用电设备安装,避免人体发生触电危险的技术措施。故又称为保护接地和保护接零。两种方式,只有使用在各自的系统中,才会发挥其保护作用。由于接零是接地的一种方式,故在建筑施工和电气设备安装中,容易被忽视和混淆,造成不应有的事故和伤亡。因此,笔者认为,在建筑施工和安装各种电气设备时,应引起大家的重视。
1电流对人体的影响
近几年来,国内外电气专家在电流通过人体的影响方面作了不少的研究。经过大量的试验和分析,一致认为,高电压只能使触电者的触电部位产生严重皮肤组织破坏,而不致命;触电致死的主要原因是,由于触电电流通过人体时,引起心室颤动,造成心脏失去供血机能而停止跳动。从避免引起心室颤动出发,目前各国都采用了德意志联邦共和国坎爱本提出的50 mA/s,再乘以0.6的安全系数即30 mA/s,作为实用的安全电流临界值。
根据上述的安全电流范围和人体电阻曲线可计算出安全电压范围。从触电保护的观点出发,采用人体电阻的下限值,对应于30 mA的安全电压就是50 V。我国规定在没有高度危险情况下的安全电压为65 V,有高度危险的环境下为36 V。同时,国际电工委员会(IEC)组织,根据大量研究和试验结果,提出了安全电压和允许通电的时间关系,见表1:
上述的研究结论,为避免因触电引起伤亡事故和采取各种保护措施,提供了理论基础。保护接地和保护接零,就
是从不同的角度限制流过人体的电流,避免发生触电危险的安全措施。
2保护接地的原理及适用范围
保护接地就是将电气设备在正常情况下将不带电的金属外壳与大地作为可靠连接(如图1所示)由接地体和引下线两部分组成。根据IEC的分类,图1属于JT系统,即中怄点非直接接地系统。
当某一带电相线与外壳相碰时,接地电流将通过接触外壳的人体和电网与大地之间的电容构成回路,如图2,使人体产生触电。为了消除这种危险,根据并联电路的分流原理,把电气设备正常情况下不带电的金属外壳与地面作可靠连接,使通过人体的电流只占全部接地电流Id的一小部分,而达到避免人体触电的危险。,保护接地电阻及Id、Rd——沿接地体流过的电流及其电阻
Ib、Rb——沿人体流过的电流及其电阻
从上式可知,只要Rd<< Rb;(Rb一般取1 500 Ω)就能使渡过人体的电流Id达到安全值30 mA以下。在中性点非直接接地系统中,由于存在线路对地电容,流经接地装置的电流Id,仅为接地电容电流。因而通常在1 000 V以下中性点非直接接地系统中,不会产生较大的接地短路电流(在实际设计中采用10 A作为计算值)故把接地电阻规定为4,是容易做到的。同时,也能满足IEC对IT系统提出的:对于这类低压电力网中的电力设备的金属外壳必须个别地或成组地或共同地接地,并满足:RdId≤UL,UL—安全电压的临界值,对于交流为50 V(有效值),即:40×10=40 V<50 V的要求。通过上述分析可知,保护接地只适用于中性点非直接接地系统中;而且用电设备的安置位置必须是固定的。
3保护接零的原理及适用范围
在建筑施工和电气设备安装中,绝大多数供电是采用变压器二次侧中性点直接接地的低压三相四线制。中性点则称零点,中性线则称为零线。电气设备在正常情况下,不带电的金属部分与零线作紧密联接,就称为保护接零。如图3所示,由IEC的分类可知,该系统称为TN-C系统。
在该系统中,不论其接线形式怎样,如果某一相带电部分与外壳相碰,则相线通过设备外壳与零线形成短路。由于零线阻抗小,能产生超出正常工作电流许多倍的短路电流,使设备或线路上的保护装置迅速动作,在很短的时间内,切除故障部分电源,保障设备和人身安全。
那么,在该系统中,采用保护接地是否同样能防止人体遭受触电呢?笔者认为不能,我们知道变压器二次侧中性点接地电阻Ro,国家标准规定是4 Ω以下。假设Ro≤Rd或Ro略大于Rd时,在设备外壳上的事故电压Ud=IdRd。由于建筑施工具有高空作业和潮湿环境下作业的特点,因此,事故电压Ud必须控制在36 V以下。根据串联电路的分压原理,如图4所示。
设Ro=4 Ω,则Rd=0.78 Ω
要使接地电阻Rd做到这样小是非常困难的,不经济的。特别是在土壤电阻系数高的地方,是无法达到的。而且,这时其它两相的对地电压为:
定的安全电压。若忽略线路阻抗,则接地电流为:
这一电流值对于RCIA-10 A熔丝也要10 s才能熔断,超过5 s的规定,显然是不能保护人身安全的,对于额定电流值较大的熔丝就更不可能了。由此可见,在三相四线制中性点接地系统,必须采用保护接零。
4使用保护接零时应注意的问题
在中性点直接接地系统中,不能一些设备采用保护接零,另一些设备采用保护接地。这可从图5看出,当乙设备发生带电相线碰壳时,接地电流Id将通过Rd和Ro形成回路。由前面可知,Id不会太大,线路保护装置可能不会动作,而使故障电压长期存在。这时,除了接触该设备的有触电的危险外,还会由于零线对地电压升高,使保护接零的设备带电,发生触电的危险。因此,不允许在同一台变压器,同一发电机或同一段母线供电的线路上,同时使用保护接地和保护接零两种方式。
如果把乙设备的外壳再同电网的零线联接起来,就能满足安全要求了。这时,乙设备的接地装置便成了系统的重复接地,这对安全只有益无害的。同时,重复接地还能使设备碰壳时,短路电流增大,加速线路保护装置动作和降低零线中的电压损失,更主要的是重复接地在当零线断裂时,能减轻触电的危险。由于建筑施工现场人员多,比较混乱。加强零线保护,防止零线断裂将显得更为重要。首先应根据施工用电负荷,正确合理地选择零线截面,架空零线和进户引入线的截面应按IEC规定来选择,铜芯不小于10 mm2,铝线不小于16 mm2,并利用施工现场基础内的钢筋或埋设在地下的金属管道,认真作好零线重复接地,接地电阻应控制在10 Ω以内,以保证故障情况下零线电位尽可能接近零电位。同时还应加强用电安全管理,杜绝人为的相(线)零(线)错调事故发生。由于建筑施工现场使用的移动型,可搬型设备较多,如水磨石机、振动棒等,固定接地很困难。因此,笔者认为,只要我们在施工安装中,认真作好了以上工作,同时采用保护接零和漏电器是一种比较切实可行的安全用电措施。
参考文献:
[1] 苏文成.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,1999.
[2] 中国航空工业部第四规划设计研究院.工厂配电设计手册[M].中国电力出版社,2005.