低压电气设备接地保护系统研究

目前我国很多地方的企业还处于发展的初期，对电气设备的安全保护意识仍添缺具体的认识。因此即使很多电气设备在研制时已加上一系列的安全保护系统，但是在实际生产时却被使用者有意或无意地屏蔽。这与国家提倡的安全生产的要求是互相抵触的。我国电力法规明确规定：低压电气设备必须要有接地保护系统，并且保持与相线同等的绝缘水平。但是在实际的操作中会遇到各种问题，其中最主要的是建设成本与性能的矛盾问题。现在主流的低压配电系统包括：TT系统、TN系统和IT系统。它们各自对电气设备的接地保护系统有不同的规范及要求，但是归根结底都是保护接地与保护接零的区别。

2低压电气设备保护接地与保护接零

保护接地与保护接零是低压电气设备两种不同的保护措施，它们起作用的原理也不一样，但它们都是用于保护人体安全的一种保护接线方式。

2.1低压电气设备保护接地

保护接地是将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器设备的金属部分用导线与接地体可靠连接起来的保护方式。如果出现对壳漏电事故，接地线可以限制漏电设备对地电压，使其限定在某一安全范围,从而达到保护人体安全的目的。接地保护一般用于配电变压器中性点不直接接地（三相三线制）的供电系统中。

2.2低压电气设备保护接零

保护接零指把电气设备的金属外壳与电网的零线(中性线)连起来的保护方式。如果出现对壳漏电，零线和相线将通过漏电点形成闭合回路，产生问题电流。当漏电回路阻抗较小，问题电流可以使保护装置（如熔断器、自动开关等）切断故障。这种保护方式适合用于低压中性点直接接地的（三相四线制）供电系统中。

2.3低压电气设备保护接零与保护接地的比较

保护接零和保护接地是保障人身安全的两种技术措施，其不同处是：其一，保护原理不同。低压系统保护接零的主要作用是借助接零线路使设备形成单相短路，促使线路上保护装置迅速动作。低压系统保护接地是限制漏电设备对地电压，使其保持在某一安全范围内。其二，适用范围不同。不接地电网不能采用保护接零。保护接地适用于一般的低压不接地电网或采取其它安全措施的低压接地电网，也能用于高压不接地电网。其三，线路结构不同。保护接零系统除相线外，还必须有零线；必要时，保护零线要与工作零线分开；其重要的装置也应有地线。保护接地系统除相线外，只有保护地线。保护接零系统在线路正常时可以起保护作用，但是对于特定的情况，不仅不能起到保护作用而且会造成触电危险，例如在以下两种情况：（1）中性线中的保险丝不起作用。在供电电网中通常装有数根保险丝，分别接在相线与中性线上。由于某些原因（如电器负载过大，供电短路或自然灾害等）只使中性线上的保险丝熔断或线路断开，中性线的接零就会被切断了，等于外壳直接带电，从而导致触电事故。（2）接线错误。供电线路由于检修、更换等原因也许会发生变动，有可能把中性线与相线的接线接反，这样就会使中性线与相线互换。若用电器的接线没有跟着改变，那么外壳就会直接接到相线上，使其带电，造成触电事故。采用保护接地系统，除了系统中性点接地外，通常也会在零线上一处或多处重复接地。若出现漏电事故，重复接地装置和系统中性点会构建闭合回路，产生的接地短路电流可以使保护装置启动，从而达到保护人员安全的效果。此外重复的接地还可以有效地减小因中性线路断线而带来的风险，加快保护装置启动的速度，缩短故障的持续时间。

3接地装置

低压电气设备接地的关键部分是接地装置。接地装置也称接地一体化装置，包括埋设在地下的接地体以及由该接地体到设备之间的接地线。它是电气设备和地之间构成电气连接的，用以实现电气系统与大地相连接的目的的设备。

3.1接地体

接地体，又称接地极，是直接与大地接触以实现电气连接的金属导体或导体群。因为接地体与大地之间有良好的电气连接，所以它可以安全地将意外电流散入大地之中。接地体又细分为两种：一种是利用现有的可靠连接的各种金属结构、管道（可燃液体、可爆气体的金属管道除外）或钢筋混凝土建筑物基础等作为接地导体，称为自然接地体；另一种是人为埋入地下用作接地装置的导体，称为人工接地体。人工接地体通常采用圆钢、钢管、扁钢或角钢等进行敷设。

3.2接地线

接地线就是直接与接地体连接的线，是实现等电位连接的必要措施。它可以均衡电位和降低接触电压，消除因电位差而引起电击危险的措施。与接地体同样，接地线也分自然接地线和人工接地线。可用作自然接地线的有建筑物金属结构、穿线钢管、无可燃或爆炸危险的工业管道等。

4接地电阻及相关规定

接地电阻是指电流经过接地体后进入大地并向周围扩散时所遇到的电阻。包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地电阻之间的接触电阻，以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。电流经接地体注入大地后，以电流场的形式向四周扩散，离接地点愈远，呈半球形的散流面积愈大，电流密度愈小，因此可认为在较远处（一般选取15～20m以外），单位扩散距离的电阻及地中电流密度为零，并定义该处电位为零电位。接地点处的电位与接地电流的比值定义为该点的散流电阻。当接地电流为定值时，散流电阻愈小，则电位愈低，反之则愈高。同时，因为金属接地体的电阻率远小于土壤电阻率，所以接地电阻主要取决于接地装置的结构、尺寸、埋入地下的深度及当地的土壤电阻率，在接地电阻中可以忽略接地体本身的电阻。在接地电阻标准规范要求中，有以下要求：1、独立防雷保护系统的接地电阻应小于等于10Ω；2、独立安全保护系统的接地电阻应小于等于4Ω；3、独立交流工作系统的接地电阻应小于等于4Ω；4、独立直流工作系统的接地电阻应小于等于4Ω；5、防静电系统的接地电阻一般要求小于等于100Ω；6、共用接地体(联合接地)的接地电阻应不大于1Ω。因此对于不同的接地保护系统需要根据实际应用中的不同点以及可能出现的接地故障电流的大小选用不同的标准。

5低压电气设备接地保护系统的选用与安装

5.1接地体的选用及安装

接地电阻是衡量接地状态是否良好的一个重要参数，它的大小会影响接地跨步电压、接触电压的强弱。接地电阻值越小，在发生触电现象时，跨步电压和接触电压就会越低，对人体造成的影响就越小。但接地电阻值越小，工程的投资也就会越大。在设计接地保护系统时，应综合考虑各种影响因素，除了满足系统的性能要求，还须考虑该系统的经济性，选择合适的建造方案。因此在选择接地体时，首先充分利用自然接地体，节约投资成本。如果实地测量的自然接地体电阻已满足接地电阻值的要求，同时又满足热稳定条件时，就不必再装设人工接地体，否则应装设人工接地体作为补充。人工接地体安装方法包括垂直安装和水平安装。在普通沙土壤地区，因地电位分布衰减较快，人工接地体一般采用施工较简单的垂直安装方法。接地体的直径对接地电阻的影响很小，但为了达到机械强度的需求，钢管的管壁厚度应该大于3.5mm，直径在25～50mm之间，角钢的规格应该大于30mm×30mm×4mm。接地体的长度对流散电阻的影响也很大，经实际测算，接地体的长度为2m时，已达到标准要求，为保证接地保护系统有足够的裕量，通常选用2.5～3m。同时，为了减少外界温度、湿度变化对流散电阻的影响，埋入地下的垂直接地体上端距地面不小于0.6m。布置接地体时应根据安全、技术要求因地制宜安排，可以组成环形、放射形或单排形式。为减少接地体相互间的流散屏蔽作用，相邻垂直接地体之间的距离一般是接地体长度的2倍左右。在多岩地区，因电位分布衰减较慢，接地体宜采用水平安装法。水平敷设的接地体通常采用40mm×4mm的镀锌扁钢或直径为12～16mm的镀锌圆钢组件，可呈放射形，环形或成排布置。水平敷设的接地体的埋设深度也应不小于0.6m。

5.2接地线的选用

除接地体的选用安装外，接地线的选用也是关键。一般情况下都需要由采用有色金属组成的人工接地线对自然接地线进行扩充。对不同情形的接地线的最小尺寸又有不同的要求：明设的裸铜导线的为4mm2,铝线为6mm2；绝缘铜导线为1.5mm2,铝线为2.5mm2。

5.3其它注意事项

除前面提及到的要求外，还应注意以下问题：1)同时采用自然、人工两种接地体时，应设置分开测量接地电阻的断开点。自然接地体应不少于两根导体在不同部位与人工接地体相连接。2)人工接地体的埋设位置离独立避雷针接地体之间的地下距离不得小于3m；离建筑物墙基之间的地下距离不得小于1.5m；经过建筑物人行通道的接地体应采用帽檐式压带做法。3)接地体所有连接处应采用搭接焊，搭接部分的长度扁钢应不小于宽度的2倍，应有三个邻边施焊；圆钢应不小于直径的6倍，应在两侧面施焊。所有焊接处均应刷沥青油以防止腐蚀。4)车间接地干线与自然接地体或人工接地体相连时，应不少于两根导体在不同地点连接。5)金属结构件作为自然接地线时，用螺栓紧固的接缝处应用扁钢跨接。作为接地干线的扁钢跨接线，截面应不小于100mm2，作为接地分支跨接线时，应不小于48mm2。6)利用电线管本体作为接地线时，钢管管壁厚度应不小于1.5mm2，在管接头及分线盒处都应加焊跨接线。钢管直径在40mm以下时，跨接线应采用直径为6mm的圆钢，钢管直径为50mm以上时，应采用25mm×4mm的扁钢。7)室内接地线可以明敷设或暗敷设。明敷设时应符合下列基本要求：接地干线沿墙距地面的高度一般应不小于0.2m；支持卡子距离墙面应不小于10mm；卡子间距应不大于1m，分支拐弯处应不大于0.3m；跨越建筑物伸缩缝时，应留有适当裕度，或采用软连接；穿越建筑物处，应采取加保护管等保护措施。接地线暗敷设时，接地干线的两端都应用明露部分。根据需要，沿干线可设置接地线端子盒，供连接及检测使用。8)接地线与电气设备连接时，采用螺栓压接，每个电气设备都应单独与接地干线相连接，严禁在一条接地线上串接几个需要接地的设备。9)携带式用电设备应采用多芯线中的专用保护芯线（PE线）接地，此芯线严禁同时用作N线通过电流，严禁利用其它用电设备的中性线接地，中性线和保护线应分别与接地网连接。

6结束语

综上所述，虽然我国针对低压电气设备接地保护系统制定了相关的操作标准，但在实际操作中还存在一些问题。但是，接触电压、跨步电压的大小，人体接触外壳时的电压高低都涉及到电击事故发生的机率及危害程度，必须严格按标准的有关规定执行，以高度的责任感进行设计和施工，并及时进行试验，务必验收合格后，方可投入使用。同时使用过程中还需要经常检查，测试各项参数，使接地装置长期保持安全、稳定、可靠地运行。