2009-7-30
1
第 8章 电气安全、接地与防雷
主要内容
– 电气安全的相关概念
– 电气装置接地
– 过电压与防雷
重点、难点
– 保护接地
– 防雷措施
2009-7-30
2
8.1 电气设备接地
电流对人体作用及有关概念
（一）触电形式
分电击和电伤
高压或雷击触电
低压触电
（二）安全电压
安全电流值 30mA·s。
安全电压值 50V
（三）防护形式
直接触电防护
间接触点防护
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二 工作接地与保护接地
（一）工作接地
电力系统中性点的接地
防雷接地等
（二）保护接地按国际电工委员会 (IEC)的规定低压电网有五种接地方式。
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4
第一个字母表示电源中性点的对地关系；
（电力系统的对地关系）
T— 一点直接接地；
I— 所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。
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5
第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系；
T— 外露可导电部分对地直接电气连接，
与电力系统的任何接地点无关；
N— 外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接。
横线后面的字母 (S,C或 C-S)表示保护线与中性线的结合情况。
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6
1.TN系统
(1)TN－ C系统
PE与 N合为一根 PEN，投资较省。
设备外露可导电部分均接 PEN线。
PEN线可能有电流流过，设备外壳正常带对地电压和杂散电流，容易打火引起火灾和爆炸及可对电子设备产生电磁干扰。
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7
如 PEN线断线，可使接 PEN的设备外露可导电部分带电，造成人身触电危险；
可使单相设备烧坏。
在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
在我国低压配电系统中应有普遍，
但不适于安全要求高，及抗电磁干扰要求高的场所。
适用于工厂配电。
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(2)TN－ S系统
PE线与 N线分开，设备外露可导电部分均接 PE线。
PE线与 N线分开,PE线中无电流流过，
因此对接 PE线的设备无电磁干扰。
PE线断线时，正常情况不会使 PE的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将会带电，危及人身安全。
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10
在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
PE线与 N线分开,投资较 TN－ C高。
适于对安全或抗电磁干扰要求高的场所。
常用于变压器设在用电建筑物中的民用建筑供电。
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12
(3)TN－ C－ S
该系统前部分全为 TN－ C系统，而后边有一部分为 TN－ C系统，有一部分为
TN－ S系统。
设备外露可导电部分分接 PEN或 PE线。
综合了 TN－ C与 TN－ S系统的特点。
PE与 N线一旦分开，两者不能在相连。
2009-7-30
13
此系统比较灵活，对对安全或抗电磁干扰要求高的场所采用 TN－ S系统，
而其它情况则采用 TN－ C系统。
广泛地应用于分散的民用建筑中，
特别适合一台变压器供好几幢建筑物用电的系统 。
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15
2.TT系统
没有公共的 PE线，设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地。
由于各设备的 PE线之间无电磁联系，因此互相之间无电磁干扰。
当发生一相接地故障时则形成单相短路，
但短路电流不大，影响保护装置动作，
此时设备外壳对地电压近 110v，危及人身安全。
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16
省去了公共 PE线，较 TN经济，但单独装设 PE线，又增加了麻烦。
适用于抗电磁干扰要求高的场所及分散的用电系统。
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(3)IT系统
没有 N线，不适于接相电压的单相设备 。
设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地，互相之间无电磁干扰。
发生一相接地故障时三相用电设备仍能继续工作。
2009-7-30
19
应装设单相接地保护装置，以便发生一相接地故障时，给予报警信号。
应用于对连续供电要求高及有易燃易爆的危险场所。
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21
三 重复接地在 TN系统中为确保公共 PE或 PEN
线安全可靠，除电源中性点进行工作接地外，还必需在 PE或 PEN线的下列地方进行必要的重复接地。
电流或架空线在引入建筑物或车间处。
在架空线的干线和分支线的终端及沿线每一公里处。
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22
重复接地虽可使 PE或 PEN断线，并发生一相接地故障时对人的危险程度大大降低，但对人还是有危险，所以,PE或 PEN
一定要可靠牢固，不允许装设开关或熔断器。
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四 接地故障保护
（一） TN系统的接地故障保护
1.切除故障的时间要求：
相对地额定电压为 220V的 TN系统：
配电干线和供给固定式用电设备的末端配电线路不应大于 5s。
供电给手握式或移动式用电设备的末端配电线路不应大于 0.4s。
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2.单相接地故障的保护措施
(1)利用线路的过电流保护空气断路器：当 Sp≥2或 1.5时，可在
0.1~0.4s(DW)之间切除或 0.01~0.02s(DZ)
之间切除。
熔断器：当被保护线路末端单相短路电流为熔体额定电流的某一倍数时才能达到 5s 或 0.4s切除。
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(2)采用等电位连接单相接地短路时，切除故障时间超过 5s
或 0.4s,可采用总等电位或局部等电位连接，使人体接触故障设备外壳时，其电压差不大于 50V。
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27
(3)采用零序保护只适用于变压器低压侧出现单相接地故障，当高压侧过电流保护兼作变压器低压侧单相接地保护灵敏度不够时采用，
在低压线路上很少采用 。
(4)采用漏电保护保护人体触电不发生心室纤维颤动的界限值 30mA·s。
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（二） TT系统的接地故障保护
1.TT系统接地故障保护应符合：
Iop(E) －－接地故障保护装置动作电流。
RE－－设备金属外壳的接地电阻。
2.TT系统切除单相接地故障只有使用漏电保护。
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（三） IT系统的接地故障保护
1.IT系统接地故障保护应符合：
Id －－发生第一次接地故障时的故障电流。
RE－－设备金属外壳的接地电阻。
由于 IT系统中性点是绝缘的，因此单相接地短路电流很小,UE≤50V，因此 IT系统的单相接地短路可以不必断开故障线路，系统仍可继续运行。
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2.IT 系统接地故障保护有几种：
(1)采用绝缘监视装置
(2)采用过电流保护装置当接地故障发展到二相、三相时，采用过电流保护装置，切除故障的时间要求与 TN系统一样。
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(3)采用漏电保护当过电流保护装置不能满足切除故障的时间时，采用。则：漏电保护器的额定不动作电流 Iop(E)0 大于第一次接地故障时相线上的电流。
(4)采用过电压保护单相接地故障或二相接地故障时，非故障相的电压升高相电压的 √3倍或 2倍。
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32
（四）漏电保护漏电保护整定电流及时间的选择
1.单级时：
(1)漏电保护器额定动作电流
RE－－设备金属外壳的接地电阻。
Ur－－安全接触电压，一般干燥场所取
56V；潮湿场所取 25V；特别潮湿场所取
2.5V。
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(2)漏电保护器额定不动作电流应大于系统的正常泄漏电流 ∑Ig,即：
对照明线路和居民生活用电的单相回路：
gEop II 40)(
2 0 0 00)( NEop II?
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34
对三相电力线路或电力照明混合线路：
Iop(E)0－－漏电保护器的额定不动作电流，
mA；
IN－－线路最大供电电流,A。
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35
(3)对住宅用电设备的漏电保护：
在干燥的场所，可选用漏电动作电流为
220mA，动作时间为 0.1s。
对潮湿等潮湿，可选用漏电动作电流为
30mA,10mA,6mA的快速漏电保护器。
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2.几级时（不宜超过三级 〕
Iop(E)·1－－上一级漏电保护器额定动作电流,mA；
Iop(E)·2－－下一级漏电保护器额定动作电流,mA；
K－－可靠系数，常取 2；
tf－－上一级保护器可返回时间,s；
tfd－－下一级保护器分断时间,s。
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3.漏电保护电器接线方式
(1) 系统接地型式为 TN— S的配电系统
(2)系统接地型式为 TN— C的配电系统
(3)系统接地型式为 TT的配电系统
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42
五 接地的要求及装设
（一）接地装置
1.接地电流和接地电压
2.接触电压和跨步电压
3.接地装置接地线与接地体，合为接地装置。
(1)人工接地体
(2)自然接地体
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43
（二）接地电阻及其要求接地电阻是接地体的散流电阻与接地线和接地体电阻的总和。
工频接地电阻
冲击接地电阻
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45
（三）接地装置的装设
1.一般要求
首先充分利用自然接地体，人工接地装置作为补充。
人工接地装置的布置应使接地装置附近的电位分布尽可能均匀分布以降低接触电压和跨步电压。
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46
2.自然接地体的利用利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接（焊接 〕 。
3.人工接地体
(1)单根接地体的装设
(2)多根接地体的装设间距一般不小于 5m。
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47
(3)环路接地体及接地网的装设
建筑供电系统特别是工厂接地体广泛采用。
接地网络环路内电位分布均匀，跨步电压和接触电压大大减少。
接地环路外侧，特别是有人出入的走道处，应采用高绝缘路面，或加装帽檐式均压环 。
接地体与建筑物基础间保持不小于 1.5m
的水平距离，一般取 2～ 3m。
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48
（四）防雷装置的接地要求避雷针宜单独装设独立的接地装置，并与建筑物保持足够的安全距离，空气中的安全距离大于后等于 5m,地中的间距大于或等于 3m。
（五）接地装置计算
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第 8章 电气安全、接地与防雷
主要内容
– 电气安全的相关概念
– 电气装置接地
– 过电压与防雷
重点、难点
– 保护接地
– 防雷措施
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8.1 电气设备接地
电流对人体作用及有关概念
（一）触电形式
分电击和电伤
高压或雷击触电
低压触电
（二）安全电压
安全电流值 30mA·s。
安全电压值 50V
（三）防护形式
直接触电防护
间接触点防护
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二 工作接地与保护接地
（一）工作接地
电力系统中性点的接地
防雷接地等
（二）保护接地按国际电工委员会 (IEC)的规定低压电网有五种接地方式。
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第一个字母表示电源中性点的对地关系；
（电力系统的对地关系）
T— 一点直接接地；
I— 所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。
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5
第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系；
T— 外露可导电部分对地直接电气连接，
与电力系统的任何接地点无关；
N— 外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接。
横线后面的字母 (S,C或 C-S)表示保护线与中性线的结合情况。
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1.TN系统
(1)TN－ C系统
PE与 N合为一根 PEN，投资较省。
设备外露可导电部分均接 PEN线。
PEN线可能有电流流过，设备外壳正常带对地电压和杂散电流，容易打火引起火灾和爆炸及可对电子设备产生电磁干扰。
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如 PEN线断线，可使接 PEN的设备外露可导电部分带电，造成人身触电危险；
可使单相设备烧坏。
在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
在我国低压配电系统中应有普遍，
但不适于安全要求高，及抗电磁干扰要求高的场所。
适用于工厂配电。
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(2)TN－ S系统
PE线与 N线分开，设备外露可导电部分均接 PE线。
PE线与 N线分开,PE线中无电流流过，
因此对接 PE线的设备无电磁干扰。
PE线断线时，正常情况不会使 PE的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将会带电，危及人身安全。
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在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
PE线与 N线分开,投资较 TN－ C高。
适于对安全或抗电磁干扰要求高的场所。
常用于变压器设在用电建筑物中的民用建筑供电。
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(3)TN－ C－ S
该系统前部分全为 TN－ C系统，而后边有一部分为 TN－ C系统，有一部分为
TN－ S系统。
设备外露可导电部分分接 PEN或 PE线。
综合了 TN－ C与 TN－ S系统的特点。
PE与 N线一旦分开，两者不能在相连。
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13
此系统比较灵活，对对安全或抗电磁干扰要求高的场所采用 TN－ S系统，
而其它情况则采用 TN－ C系统。
广泛地应用于分散的民用建筑中，
特别适合一台变压器供好几幢建筑物用电的系统 。
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2.TT系统
没有公共的 PE线，设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地。
由于各设备的 PE线之间无电磁联系，因此互相之间无电磁干扰。
当发生一相接地故障时则形成单相短路，
但短路电流不大，影响保护装置动作，
此时设备外壳对地电压近 110v，危及人身安全。
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省去了公共 PE线，较 TN经济，但单独装设 PE线，又增加了麻烦。
适用于抗电磁干扰要求高的场所及分散的用电系统。
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(3)IT系统
没有 N线，不适于接相电压的单相设备 。
设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地，互相之间无电磁干扰。
发生一相接地故障时三相用电设备仍能继续工作。
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应装设单相接地保护装置，以便发生一相接地故障时，给予报警信号。
应用于对连续供电要求高及有易燃易爆的危险场所。
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三 重复接地在 TN系统中为确保公共 PE或 PEN
线安全可靠，除电源中性点进行工作接地外，还必需在 PE或 PEN线的下列地方进行必要的重复接地。
电流或架空线在引入建筑物或车间处。
在架空线的干线和分支线的终端及沿线每一公里处。
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重复接地虽可使 PE或 PEN断线，并发生一相接地故障时对人的危险程度大大降低，但对人还是有危险，所以,PE或 PEN
一定要可靠牢固，不允许装设开关或熔断器。
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四 接地故障保护
（一） TN系统的接地故障保护
1.切除故障的时间要求：
相对地额定电压为 220V的 TN系统：
配电干线和供给固定式用电设备的末端配电线路不应大于 5s。
供电给手握式或移动式用电设备的末端配电线路不应大于 0.4s。
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2.单相接地故障的保护措施
(1)利用线路的过电流保护空气断路器：当 Sp≥2或 1.5时，可在
0.1~0.4s(DW)之间切除或 0.01~0.02s(DZ)
之间切除。
熔断器：当被保护线路末端单相短路电流为熔体额定电流的某一倍数时才能达到 5s 或 0.4s切除。
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(2)采用等电位连接单相接地短路时，切除故障时间超过 5s
或 0.4s,可采用总等电位或局部等电位连接，使人体接触故障设备外壳时，其电压差不大于 50V。
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(3)采用零序保护只适用于变压器低压侧出现单相接地故障，当高压侧过电流保护兼作变压器低压侧单相接地保护灵敏度不够时采用，
在低压线路上很少采用 。
(4)采用漏电保护保护人体触电不发生心室纤维颤动的界限值 30mA·s。
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（二） TT系统的接地故障保护
1.TT系统接地故障保护应符合：
Iop(E) －－接地故障保护装置动作电流。
RE－－设备金属外壳的接地电阻。
2.TT系统切除单相接地故障只有使用漏电保护。
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（三） IT系统的接地故障保护
1.IT系统接地故障保护应符合：
Id －－发生第一次接地故障时的故障电流。
RE－－设备金属外壳的接地电阻。
由于 IT系统中性点是绝缘的，因此单相接地短路电流很小,UE≤50V，因此 IT系统的单相接地短路可以不必断开故障线路，系统仍可继续运行。
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2.IT 系统接地故障保护有几种：
(1)采用绝缘监视装置
(2)采用过电流保护装置当接地故障发展到二相、三相时，采用过电流保护装置，切除故障的时间要求与 TN系统一样。
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31
(3)采用漏电保护当过电流保护装置不能满足切除故障的时间时，采用。则：漏电保护器的额定不动作电流 Iop(E)0 大于第一次接地故障时相线上的电流。
(4)采用过电压保护单相接地故障或二相接地故障时，非故障相的电压升高相电压的 √3倍或 2倍。
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（四）漏电保护漏电保护整定电流及时间的选择
1.单级时：
(1)漏电保护器额定动作电流
RE－－设备金属外壳的接地电阻。
Ur－－安全接触电压，一般干燥场所取
56V；潮湿场所取 25V；特别潮湿场所取
2.5V。
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(2)漏电保护器额定不动作电流应大于系统的正常泄漏电流 ∑Ig,即：
对照明线路和居民生活用电的单相回路：
gEop II 40)(
2 0 0 00)( NEop II?
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对三相电力线路或电力照明混合线路：
Iop(E)0－－漏电保护器的额定不动作电流，
mA；
IN－－线路最大供电电流,A。
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(3)对住宅用电设备的漏电保护：
在干燥的场所，可选用漏电动作电流为
220mA，动作时间为 0.1s。
对潮湿等潮湿，可选用漏电动作电流为
30mA,10mA,6mA的快速漏电保护器。
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2.几级时（不宜超过三级 〕
Iop(E)·1－－上一级漏电保护器额定动作电流,mA；
Iop(E)·2－－下一级漏电保护器额定动作电流,mA；
K－－可靠系数，常取 2；
tf－－上一级保护器可返回时间,s；
tfd－－下一级保护器分断时间,s。
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3.漏电保护电器接线方式
(1) 系统接地型式为 TN— S的配电系统
(2)系统接地型式为 TN— C的配电系统
(3)系统接地型式为 TT的配电系统
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五 接地的要求及装设
（一）接地装置
1.接地电流和接地电压
2.接触电压和跨步电压
3.接地装置接地线与接地体，合为接地装置。
(1)人工接地体
(2)自然接地体
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（二）接地电阻及其要求接地电阻是接地体的散流电阻与接地线和接地体电阻的总和。
工频接地电阻
冲击接地电阻
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（三）接地装置的装设
1.一般要求
首先充分利用自然接地体，人工接地装置作为补充。
人工接地装置的布置应使接地装置附近的电位分布尽可能均匀分布以降低接触电压和跨步电压。
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2.自然接地体的利用利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接（焊接 〕 。
3.人工接地体
(1)单根接地体的装设
(2)多根接地体的装设间距一般不小于 5m。
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(3)环路接地体及接地网的装设
建筑供电系统特别是工厂接地体广泛采用。
接地网络环路内电位分布均匀，跨步电压和接触电压大大减少。
接地环路外侧，特别是有人出入的走道处，应采用高绝缘路面，或加装帽檐式均压环 。
接地体与建筑物基础间保持不小于 1.5m
的水平距离，一般取 2～ 3m。
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（四）防雷装置的接地要求避雷针宜单独装设独立的接地装置，并与建筑物保持足够的安全距离，空气中的安全距离大于后等于 5m,地中的间距大于或等于 3m。
（五）接地装置计算
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