任務三 安全技術

一、教學目標

1）掌握正常接地與故障接地的概念；

2）掌握低壓配電系統的分類；

3）掌握接地保護和接零保護。

二、相關實踐性知識介紹

（一）接地的種類

1.正常接地與故障接地

（1）正常接地

一般可分為功能性接地和保護性接地。保護性接地又可分為保護接地和保護接零。

1）功能性接地：為了保護電氣設備在正常或事故情況下能可靠地工作，并使其達到某種預期的固有功能效果。

2）保護接地：電力系統有一點直接接地或電力系統中沒有接地點，受電設備外露可導電部分通過保護線與電力系統無關的接地極進行電氣連接，叫保護接地。

3）保護接零：電力系統有一點直接接地，受電設備外露可導電部分通過保護線與接地點連接，叫保護接零。

（2）故障接地

電氣系統在運行中，帶電部分與大地之間發生的電氣連接，叫做故障接地。故障接地可能造成人身觸電事故和電氣設備損壞事故。

2.電氣設備的接地

（1）電力系統的接地

1）系統接地：工作接地，屬于功能性接地。

2）防雷接地。

（2）電子設備的接地

1）信號接地：保證信號具有穩定的基準電位。

2）邏輯地：獲得穩定的參考電位。

3）屏蔽接地：抗干擾。

4）功率接地：除電子設備系統以外的其他交、直流電路的工作接地。

5）保護接地。

（3）電子計算機的接地

（4）醫療電氣設備的接地

（5）危險的工藝管道、容器接地：防靜電接地

（二）低壓配電系統

低壓配電系統是電力系統的末端，分布廣泛，幾乎遍及建筑的每一個角落，平常使用最多的是380/220V的低壓配電系統。

從安全用電等方面考慮，低壓配電系統有三種接地形式：IT系統、TT系統、TN系統。TN系統又分為TN-S系統、TN-C系統、TN-C-S系統三種形式。

各字母代表含義如下：

第一個字母表示電源側中性點（電力系統）與大地的關系：

“I”表示電源側中性點不接地或經高阻抗接地；

“T”表示電源側中性點直接接地。

第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與大地的關系：

“T”表示電氣裝置的外露可導電部分通過接地體與大地直接連接，而此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。

“N”表示電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。

其他字母表示中性線和保護線的組合情況：

“C”表示在同一配電系統中，中性導體和保護導體是合一的，用PEN表示；

“S”表示在同一配電系統中，中性導體和保護導體從電源端接地點開始就完全分開，中性導體用N表示，保護導體用PE表示；

“C-S”表示在同一配電系統中，在靠近電源側中性導體和保護導體是合一的。在靠近負載側，中性導體和保護導體是分開的。由合一變為分開時，在分開處應作一組重復接地。

1.IT系統（保護接地）

IT系統就是電源中性點不接地、用電設備外殼直接接地的系統，如圖1-3-1所示。IT系統中，連接設備外殼可導電部分和接地體的導線，就是PE線。

圖1-3-1 IT系統

IT系統主要用于10kV及35kV的高壓系統和礦山、井下、大型醫院的低壓配電系統。

2.TT系統（保護接地）

TT系統就是電源中性點直接接地、用電設備外殼也直接接地的系統，如圖1-3-2所示。通常將電源中性點的接地叫做工作接地，而設備外殼接地叫做保護接地。TT系統中，這兩個接地必須是相互獨立的。設備接地可以是每一臺設備都有各自獨立的接地裝置，也可以若干臺設備共用一個接地裝置，圖1-3-2中單相設備和單相插座就是共用接地裝置的。

TT系統主要用于低壓公用變壓器配電系統和110kV及以上的高壓供電系統。

這種系統的接地裝置耗用鋼材多，難以回收，費工時。

3.TN系統

TN系統即電源中性點直接接地、設備外殼等可導電部分與電源中性點有直接電氣連接的系統，它有三種形式，分述如下。

（1）TN-S系統

圖1-3-2 TT系統

TN-S系統如圖1-3-3所示。圖中中性線N與TT系統相同，在電源中性點工作接地，而用電設備外殼等可導電部分通過專門設置的保護線PE連接到電源中性點上。在這種系統中，中性線N和保護線PE是分開的。TN-S系統的最大特征是N線與PE線在系統中性點分開后，不能再有任何電氣連接。TN-S系統是我國現在應用最為廣泛的一種系統（又稱三相五線制）。新樓宇大多采用此系統。

圖1-3-3 TN-S系統

應用TN-S系統時注意事項：

1）在該系統中，中性線導體應視為帶電體，單相電路由中性線導體構成電氣通路。三相電路內中性線導體流過不平衡電流。

2）保護導體在正常情況下是不帶電的，只有當外露可導電部分故障帶電后，保護導體才短時帶電，在該系統中，電氣裝置的外露可導電部分和裝置外導電部分只能和保護導體作電氣連接。

（2）TN-C系統

TN-C系統如圖1-3-4所示，它將PE線和N線的功能綜合起來，由一根稱為保護中性線PEN，同時承擔保護和中性線兩者的功能。在用電設備處，PEN線既連接到負載中性點上，又連接到設備外殼等可導電部分。此時應注意相線（L）與零線（N）要接對，否則外殼會帶電。

圖1-3-4 TN-C系統

TN-C系統現在已很少采用，尤其是在民用配電中已基本上不允許采用TN-C系統。

圖1-3-5 TN-C-S系統

（3）TN-C-S系統

TN-C-S系統是TN-C系統和TN-S系統結合的形式，如圖1-3-5所示。TN-C-S系統中，從電源出來的那一段采用TN-C系統只起電能的傳輸作用，到用電負載附近某一點處，將PEN線分開成單獨的N線和PE線，從這一點開始，系統相當于TN-S系統。TN-C-S系統也是現在應用比較廣泛的一種系統。這里采用了重復接地這一技術。此系統在舊樓改造中適用。

（4）建筑施工現場配電系統的確定

1）凡架設專用施工變壓器的施工現場：按照《施工現場臨時用電安全技術規范》規定，采用TN-S系統。

2）架空線路的導線排列順序為面向負載側，從左到右：L1、N、L2、L3、PE。

3）電纜線路：最好采用五芯電纜供電；當采用四芯電纜時，可隨電纜敷設一根與PEN線等截面積的保護導體；或隨電纜敷設一根40mm×4mm的鍍鋅扁鋼作為保護導體。

4）當施工現場不設專用施工變壓器，而是借用甲方或外單位電源時：

①若原配電系統為TN-S系統，符合JGJ46—2005《施工現場臨時用電安全技術規范》規定的，采用TN-S系統。

②若原配電系統為TN-C系統，應在施工現場用電總配電箱處，作一組重復接地裝置與PEN線相連接，再從零線上引出兩條線，一條作為中性線導體，一條作為保護導體。即總配電箱之前之后系統不一樣。

③若原配電系統為TT系統，應在施工現場用電總配電箱處，做一組保護接地，從該接地裝置引出一個保護導體作為接地干線至施工現場，保護導體可以采用單芯電纜，也可以采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼。

④在同一配電系統中，嚴禁將一部分外露可導電部分進行保護接地，而將另一部分外露可導電部分進行保護接零。

（三）接地和接零保護

為了人身安全和電力系統工作的需要，要求電氣設備采取接地措施。按接地目的的不同，主要分為工作接地、保護接地和保護接零、重復接地，如圖1-3-6所示。

圖1-3-6 保護接地、工作接地、重復接地及保護接零示意圖

1.保護接地

按功能分，接地可分為工作接地和保護接地。工作接地是指電氣設備（如變壓器中性點）為保證其正常工作而進行的接地；保護接地是指為保證人身安全，防止人體接觸設備外露可導電部分而觸電的一種接地形式。在中性點不接地系統中，設備外露可導電部分（金屬外殼或金屬構架），必須與大地進行可靠電氣連接，即保護接地。

接地裝置由接地體和接地線組成，埋入地下直接與大地接觸的金屬導體稱為接地體，連接接地體和電氣設備接地螺栓的金屬導體稱為接地線。接地體的對地電阻和接地線電阻的總和，稱為接地裝置的接地電阻。

保護接地常用在IT系統和TT系統中。

（1）IT系統中的保護接地

在中性點不接地系統中，當電氣設備內部絕緣損壞發生一相碰殼時，由于外殼帶電，當人觸及外殼，接地電流I_e將經過人體入地后，再經其他兩相對地絕緣電阻R及分布電容C回到電源。當R值較低、C較大時，I_b將達到或超過危險值，如圖1-3-7所示。

圖1-3-7 未裝保護接地的IT系統

如果將外殼接地，人體與接地體相當于電阻并聯，流過每一通路的電流值將與其電阻的大小成反比。人體電阻通常為600～1000Ω，而接地體的接地電阻通常小于4Ω，因此流過人體的電流很小，這樣就完全能保證人體的安全，如圖1-3-8所示。

（2）TT系統中的保護接地

如電氣設備金屬外殼未采取任何安全措施，則當外殼故障帶電時，工作接地電阻和人體電阻相串聯，流過人體的接地電流足以使人致命。

圖1-3-8 裝保護接地的IT系統

這時人體處于相電壓下，危險較大。

通過人體電流：

式中 U_p——電源相電壓（220V）；

R₀——接地電阻≤4Ω；

R_b——人體電阻1000Ω。

圖1-3-9 裝保護接地的TT系統

進行保護接地時，人體電阻與保護接地電阻相并聯再與工作電阻相串聯，流過人體的接地電流仍大于致命電流，盡管危險性變小，但仍屬于不安全范疇，如圖1-3-9所示。

（3）保護接地原理

總結：保護接地的原理是給人體并聯一個小電阻，以保證發生故障時，減小通過人體的電流。

在IT系統和TT系統中，應附加裝設剩余電流動作保護器，或者將外露可導電部分采取保護接零方式。

2.保護接零

在TN系統中，為防止電氣設備絕緣損壞或帶電部分碰及外露可導電部分，使人身遭受觸電危險，將電氣設備外露可導電部分，通過保護導體與電力系統的接地點進行電氣連接，叫保護接零。

（1）保護接零原理

保護接零的原理是借助接零線路，使設備在絕緣損壞后碰殼形成單相金屬性短路時，利用短路電流促使線路上的短路保護裝置迅速動作，在規定時間內將故障設備的電源斷開，以消除電擊危險，如圖1-3-10所示。

保護接零適用于TN系統。

（2）保護接地和保護接零不能同時使用

通常，將金屬外殼用保護接地線（PE）與接地極直接連接成為接地保護；而將金屬外殼用保護線（PE）與保護中性線（PEN）相連接的，則稱之為接零保護。

保護接地和保護接零同時使用時

當A相絕緣損壞碰殼時，接地電流

式中 R₀——保護接地電阻，R₀=4Ω；

R₀′——工作接地電阻，R₀′=4Ω。

圖1-3-10 保護接零原理圖

圖1-3-11 保護接零與保護接地在一個系統中

設備外殼對地電壓為

U=I_eR₀=27.5A×4Ω=110V

此電流不足以使大容量的保護裝置動作，而使設備外殼長期帶電，其對地電壓為110V。

（3）采用保護接零時應注意事項

1）同一臺變壓器供電系統的電氣設備不宜將保護接地和保護接零混用，而且中性點工作接地必須可靠。

2）保護零線上不準裝設熔斷器。

3.重復接地

在電源中性線做了工作接地的系統中，為確保保護接零的可靠，還需相隔一定距離將中性線或接地線重新接地，稱為重復接地。

從圖1-3-12a可以看出，一旦中性線斷線，設備外露可導電部分帶電，人體觸及設備外露可導電部分同樣會有觸電的可能。而在重復接地的系統中，如圖1-3-12b所示，即使出現中性線斷線，但外露可導電部分因重復接地而使其對地電壓大大降低，對人體的危害也就大大下降。不過應盡量避免中性線或接地線出現斷線的現象。

圖1-3-12 重復接地的作用

a）未進行重復接地的系統 b）進行重復接地的系統

（1）重復接地的作用

1）降低漏電設備外殼的對地電壓；

2）減輕PEN線斷線后可能出現的危險；

3）縮短故障持續時間。

由于重復接地在短路電流返回的途徑上增加了一條并聯支路，可增大單相短路電流，從而可縮短漏電故障持續時間。

4）改善防雷性能。

由于重復接地對雷電流起分流作用，可降低雷擊過電壓，改善架空線路的防雷性能。

（2）對重復接地的要求

對以下場合應裝設重復接地：

1）架空線路干線和分支線的終端、沿線路每1km處、分支線長度超過200m分支處。

2）線路引入車間及大型建筑物的第1臺配電裝置處（進戶處）。

3）采用金屬管配線時，金屬管與保護零線連接后做重復接地；采用塑料管配線時，另行敷設保護零線并做重復接地。

當工作接地電阻不超過4Ω時，每處重復接地電阻不得超過10Ω；當允許工作接地電阻不超過10Ω時，允許重復接地電阻不超過30Ω，但不得少于3處。

（3）對重復接地電阻的要求

獨立的防雷保護接地電阻應≤10Ω；

獨立的安全保護接地電阻應≤4Ω；

獨立的交流工作接地電阻應≤4Ω；

獨立的直流工作接地電阻應≤4Ω；

防靜電接地電阻一般要求≤100Ω。

（四）一些常見的錯誤連接

在實際工作中，常有一些不規則的保護接地和接零，甚至是錯誤的保護接地和接零，起不到保護作用或作用不可靠，甚至導致相反作用使事故范圍擴大。常見的錯誤連接如下：

1.將家用電器的金屬外殼用導線和自來水管連接

這種保護措施是不可靠的，甚至是危險的。因為陸地低壓電網采用的是系統中性點接地的供電方式，自來水管的接地電阻遠達不到國家規定的要求，尤其采用屋頂水箱供水的自來水管，接地電阻更大。一旦用電器外殼帶電，勢必導致觸電危險，也可能導致其他用電器帶電。

2.同一系統中存在兩種不同的保護方式

在同一段母線供電的線路中，一部分設備采用保護接地，另一部分采用保護接零，在這種狀況下，一旦當某一接地設備的金屬外殼漏電而導致零線電位上升，將會使外殼和零線相接的所有處于接零狀態下的設備外殼帶電。

（五）電氣設備的接地范圍

根據安全規程規定，下列電氣設備的金屬外殼應該接地或接零：

1）電機、變壓器、電器、照明器具、攜帶式及移動式用電器具等的底座和外殼，如手電鉆、電冰箱、電風扇、洗衣機等。

2）交流、直流電力電纜的接線盒，終端頭的金屬外殼，電線、電纜的金屬外皮，控制電纜的金屬外皮，穿線的鋼管；電力設備的傳動裝置，互感器二次繞組的一個端子及鐵心。

3）配電屏與控制屏的框架，室內、外配電裝置的金屬構架和鋼筋混凝土構架，安裝在配電線路桿上的開關設備、電容器等電力設備的金屬外殼。

4）在非瀝青路面的居民區中，高壓架空線路的金屬桿塔、鋼筋混凝土桿，中性點非直接接地的低壓電網中的鐵桿、鋼筋混凝土桿，裝有避雷線的電力線路桿塔。

5）避雷針、避雷器、避雷線等。

三、習題

（一）判斷題

1.接地是指帶電部分與大地之間的任意處連接。（ ）

2.工作接地和故障接地都是設計中就有的接地。（ ）

3.接地電阻就是接地線的電阻與接地體（極）的電阻之和。（ ）

4.保護接地方式適用于電源中性點不接地的配電網。（ ）

5.在不接地電網中，帶電部位對地絕緣電阻很高，因此人站在地面上觸及帶電部位不會受到致命傷害。（ ）

6.TT系統能將設備外殼任意處帶電的對地電壓限制在安全范圍以內。（ ）

7.TT系統應裝設剩余電流動作保護器。（ ）

8.保護接零的安全原理是將設備漏電時外殼對地電壓限制在安全范圍內。（ ）

9.保護接零適用于電源中性點直接接地的三相四線配電網中。（ ）

10.保護接零是將設備金屬外殼與配電網的工作接零線緊密連接起來。（ ）

11.保護接零不能降低漏電設備對地電壓。（ ）

12.正常情況下，TN-S系統中的PE線上有不平衡電流流過。（ ）

13.TN-S系統中，三相四孔插座的保護接地線孔應連接專用的PE線。（ ）

14.在保護接零系統中，單相三孔插座的工作零線（N）接線孔應與保護零線（PE）接線孔連接在一起。（ ）

15.在三相四線配電網中，PEN線表示工作與保護共用的零線。（ ）

16.在三相四線配電網中，PEN線表示專用的保護零線。（ ）

17.在保護接零系統中，N線和PE線是同一條線。（ ）

18.在同一接地的三相四線配電網中，根據施工條件，無條件允許一些設備采取接零方式，一些設備采取接地方式。（ ）

19.由專用變壓器配電的建筑施工現場應采用TN-S系統。（ ）

20.重復接地的作用之一是減輕PEN線斷線后可能出現的危險。（ ）

21.重復接地能進一步降低漏電設備外殼的對地電壓。（ ）

22.重復接地與工作接地在電氣上是相連接的。（ ）

23.即使PEN線斷線，如果沒有設備漏電，設備是不會帶危險電壓的。（ ）

24.重復接地的接地電阻不應超過0.5MΩ。（ ）

25.TN系統中，N線或PEN線斷線有可能造成負載的三相電壓不平衡。（ ）

26.配電變壓器低壓中性點的接地叫做工作接地，其接地電阻一般不應超過每伏工作電壓1000Ω。（ ）

27.在帶電作業中，人體與接地部位應保持安全距離。（ ）

28.因為絕緣電阻決定于絕緣結構及其狀態，所以絕緣電阻可在停電后測量，也可在不停電的情況下測量。（ ）

29.不得利用電氣設備的金屬外殼串聯在保護線中作為保護線的一部分。（ ）

30.采用單芯鋁導線作PEN線時，其截面積不應小于10mm²。（ ）

31.采用單芯銅導線作PEN線時，其截面積不應小于6mm²。（ ）

32.當相線截面積S≤6mm²時，PE線截面積應與相線截面積相等。（ ）

33.若干臺電氣設備的金屬外殼應當用一條保護線依次串聯起來后再與保護干線連接。

（ ）

34.PE線和PEN線上都不得裝設單極開關和熔斷器。（ ）

35.低壓三相四線系統中，可以只采用三芯裸鉛包電纜的鉛皮作為零線。（ ）

36.金屬蛇皮管、管道保溫層的金屬外皮均可用作接地線。（ ）

37.接地體之間的連接必須采用焊接。（ ）

38.工作絕緣和保護絕緣的絕緣電阻都不得低于1MΩ，加強絕緣的絕緣電阻不得低于2MΩ。（ ）

39.雷電沖擊波具有高頻特征。（ ）

40.裝設獨立避雷針以后就可以避免發生雷擊。（ ）

41.閥型避雷器是防止雷電侵入波的防雷裝置。（ ）

42.避雷針是防止雷電侵入波的防雷裝置。（ ）

43.在TN系統中，配電箱內應分別裝有N線端子排和PE線端子排。（ ）

44.以氣體放電燈為主的三相線路中，其中性線截面積不應小于相線截面積。（ ）

45.單相三孔插座的保護線應接在插孔的下方的左側接線端子上。（ ）

46.施工現場采用TN-S系統的架空線路，面向電源側的導線排列順序為U、N、V、W、PE。（ ）

（二）選擇題

1.保護接地系統屬于（ ）系統。

A.TN-S B.TN-C C.TT D.IT

2.IT系統屬于（ ）系統。

A.PE線和N線全部分開的保護接零

B.PE線和N線共用的保護接零

C.PE線和N線前段共用后段分開的保護接零

D.保護接地

3.TN-S系統屬于（ ）系統。

A.PE線和N線全部分開的保護接零

B.PE線和N線共用的保護接零

C.PE線和N線前段共用、后段分開的保護接零

D.保護接地

4.TN-C-S系統屬于（ ）系統。

A.PE線和N線全部分開的保護接零

B.PE線和N線共用的保護接零

C.PE線和N線前段共用、后段分開的保護接零

D.保護接地

5.TN-C系統屬于（ ）系統。

A.PE線和N線全部分開的保護接零

B.PE線和N線共用的保護接零

C.PE線和N線前段共用后段分開的保護接零

D.保護接地

6.（ ）系統是不準許存在的。

A.TN-S-C B.TN-C C.TT D.IT

7.在TN-S系統中，N線表示（ ）。

A.相線 B.中性線 C.保護零線 D.保護地線

8.在TN-S系統中，PE線表示（ ）。

A.相線 B.中性線 C.工作零線 D.保護地線

9.在TN-C系統中，PEN線表示（ ）。

A.工作與保護共用的零線 B.中性線

C.保護零線 D.保護地線

10.TN系統分為（ ）種方式。

A.1 B.2 C.3 D.4

11.在TN-S系統中，用電設備的金屬外殼應接（ ）干線。

A.PEN B.N C.PE D.接地

12.在TN-C系統中，用電設備的金屬外殼應接（ ）干線。

A.PEN B.N C.PE D.接地

13.在同一保護接零系統中，如某設備接零確有困難而采用接地保護，則應采取（ ）作為補充安全措施。

A.電源主開關改用低壓斷路器 B.改用小容量熔斷器

C.加裝剩余電流動作保護器 D.降低接地電阻

14.重復接地的接地電阻值一般不應超過（ ）。

A.10Ω B.100Ω C.0.5MΩ D.1MΩ

15.低壓配電系統的銅質PEN線的截面積不得小于（ ）mm²。

A.2.5 B.4 C.6 D.10

16.低壓配電系統的鋁質PEN線的截面積不得小于（ ）mm²。

A.4 B.6 C.10 D.16

17.利用低壓配電系統的多芯電纜的芯線作為PE線或PEN線時，該芯線的截面積不得小于（ ）mm²。

A.1.5 B.2.5 C.4 D.6

18.低壓配電系統的N線應為（ ）色線。

A.粉 B.淡藍 C.黑 D.白

19.低壓配電系統的PE線應為（ ）色線。

A.黃 B.藍 C.黑 D.綠/黃雙

20.插座回路保護線的顏色應當是（ ）色。

A.深藍 B.淺藍 C.綠/黃雙 D.黑

21.單相三孔插座的（ ）應當接在保護線專用的接線端子上。

A.相線 B.工作零線 C.保護線