低压系统接地故障的保护设计和等电位联结

　

摘要：将建筑物电气装置内外露可导电部分、电气装置外可导电部分、人工或自然接地体用导体连接起来以达到减少电位差称为等电位联结。等电位联结也有不与人工或自然接地体连接的，称为不接地的等电位联结。

关键词：人工接地体 自然接地体 电位差 等电位联结
3.4.2.1 等电位联结概念
　　将建筑物电气装置内外露可导电部分、电气装置外可导电部分、人工或自然接地体用导体连接起来以达到减少电位差称为等电位联结。等电位联结也有不与人工或自然接地体连接的，称为不接地的等电位联结。
　　等电位联结有总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结之分。
　　所谓总等电位联结乃是将建筑物内的下列导电部分汇接到进线配电箱近旁的接地母排(总接地端子板)上而互相联结：?
　　——进线配电箱的PE（PEN）母排；?
　　——自接地极引来的接地干线（如需要）；?
　　——建筑物内的公用设施金属管道，如煤气管道、上下水管道，以及暖气、空调等的干管；
　　——建筑物的金属结构；?
　　——钢筋混凝土内的钢筋网。
　　需要说明，煤气管和暖气管可进行总等电位联结，但不允许用作接地体。因为煤气管道在入户后应插入一段绝缘部分，并跨接一过电压保护器；户外地下暖气管因包有隔热材料，与地非良好接触。
　　局部等电位联结是在建筑物内的局部范围内按总等电位联结的要求再做一次等电位联结。
　　辅助等电位联结则是在伸臂范围内有可能出现危险电位差的可同时接触的电气设备之间或电气设备与装置外可导电部分(如金属管道、金属结构件)之间直接用导体作联结。?



图3-1总等电位联结示意
3.4.2.2 等电位联结作用
　　(1)降低预期接触电压



图3-2TN系统等电位联结作用
　　以接地型式TN－C－S系统为例加以说明，图3-2为常用的TN-C-S系统，在电源进线处PEN线分成PE线和N线(N线从此处开始与PE线绝缘)，设有重复接地，不安装总等电位联结,如果设备发生接地故障，忽略接地故障点的阻抗，RA与RB串联后再与ZPEN并联，RA RB>>ZPEN；人体阻抗Zh与鞋袜和地板电阻Rp串联后再与ZPE并联，Zh Rp>>ZPE，接地故障电流Id流经相线和PE线、PEN线，返回变压器低压绕组，即??

??
　　式中－U0相对地标称电压，V ；
　　－ZT变压器零序阻抗，Ω ；
　　－ZL相线阻抗，Ω ；
　　－ZPE电气装置内部PE线阻抗，Ω ；
　　－ZPEN电气装置外部PEN线阻抗，Ω 。
　　预期故障电压UT1可用下式计算：

　　做了总等电位联结后预期接触电压为

　　从以上两式可知，做了总等电位联结后，减少的预期接触电压为?

　　从图3-2可知，做了总等电位联结后，在总等电位联结区内，作为总等电位联结组成部分的建筑物基础钢筋、金属结构件、金属管道、金属电缆桥架、电缆金属护套、敷设电缆或导线金属管等自然接地体，接地电阻值较小，已起到重复接地的作用。IEC标准没有规定必须为重复接地做人工接地体，也没有明确规定重复接地的电阻值。
　　电源线路中PEN线上的电压降虽不在建筑物内产生接触电压，但它能使接地母排对地电位升高。由于在总等电位联结范围内电气装置外露可导电部分和装置外可导电部分都和接地母排相连通，其电位都同样升高而基本处于同一电位上，人体接触这些导电部分时，没有接触不同电位，自然不存在电击危险的。


(2)消除自建筑物外沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压
　　TN系统内因绝缘损坏发生接地故障后有三种可能情况：一是故障点相接触的两金属部分因数百以至数千安的电流通过，熔化成团而脱离接触，接地故障自然消失；二是两金属部分熔化成团脱离接触后引燃电弧，形成大故障点阻抗的电弧性接地故障，由于相当大一部分的线路电压降落在电弧上，接触电压相对减少，它的后果大多是火灾而非人身电击；三是两金属部分熔化后互相焊牢，使故障继续存在，其故障点阻抗可忽略不计，其后果大多是人身电击，这就是接地故障。正是由于接地故障电压存在，沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压易引起的电击。

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　　－保护装置未动作而引起的接地故障电压；
　　－PEN线折断而引起的接地故障电压；
　　－当电源干线中的PEN线折断时(俗称断零)，由于三相负荷不均衡，负荷侧中性点漂移，也能使PEN线和设备外壳对地带电位。如果建筑物内有总等电位联结，使外露可导电部分都处于该电位，同样也可消除由此引起的电击危险；
　　－高压系统中性点不接地或经消弧线圈接地发生接地故障引起的低压系统接地故障电压；
　　－高压系统中性点经低电阻接地系统发生接地故障引起的低压系统接地故障电压。
　　虽然PEN线或PE线上存在危险故障电压，但由于PEN线或PE线在建筑物内均已等电位联结，在等电位联结范围内人体同时可触及的电气装置内、外外露可导电部分基本上处于同一电位，火灾及人身电击自然不会产生。
(3)减少保护装置据拒动带来的危害
　　保护装置据拒动是由于：
　　－保护装置内的电子元器件的老化，温度漂移或干扰等；
　　－保护装置的动作值改变，装置投入运行后，增加供电容量或串级保护需要，电子脱扣器受环境温度的影响等；
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