零線重復(fù)接地在不同供電系統(tǒng)中的設(shè)置與安全

1、零線重復(fù)接地在不同供電系統(tǒng)中的設(shè)置與安全 【摘要】 在不同供電系統(tǒng)中正確使用零線重復(fù)接地，對確保供電系統(tǒng)安全和保護(hù)人身安全具有十分重要的作用。本文就零線重復(fù)接地的概念和由來、零線重復(fù)接地的作用、和零線重復(fù)接地在不同供電系統(tǒng)中的設(shè)置與安全作以簡單介紹?！娟P(guān)鍵詞】 零線重復(fù)接地 設(shè)置與安全在供電電源為中性點直接接地的低壓系統(tǒng)中, 零線重復(fù)接地相當(dāng)于供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備的金屬外殼接零又接地，具有充分利用接地電阻降低漏電設(shè)備外殼上對地電壓的作用。同時零線重復(fù)接地還具有當(dāng)零干線斷線時，平衡系統(tǒng)中負(fù)載電壓降的作用。對確保供電系統(tǒng)安全和保護(hù)人身安全具有十分重要的作用，筆者總結(jié)多年的學(xué)習(xí)和工作實踐就零線重復(fù)接

2、地的概念和由來、零線重復(fù)接地的作用、和零線重復(fù)接地在不同供電系統(tǒng)中的設(shè)置與安全談一點體會.一、 零線重復(fù)接地的概念和由來（一）、零線重復(fù)接地的概念在中性點直接接地的低壓供電系統(tǒng)中，零線在供電變壓器處是接地的。在低壓供電線路的干線和支線的終端以及沿線或引入車間及大型建筑物時，零線上的一處或多處通過接地裝置與大地再次連接，稱為重復(fù)接地。重復(fù)接地是TN接地系統(tǒng)中不可缺少的安全措施。（二）、零線重復(fù)接地的由來對“零線重復(fù)接地”作出規(guī)定的國家標(biāo)準(zhǔn)是GBJ6583工業(yè)與民用電力裝置接地設(shè)計規(guī)范這是目前國內(nèi)唯一對零線重復(fù)接地和重復(fù)接地電阻大小作出規(guī)定的國家標(biāo)準(zhǔn)。它是在原水電部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SDJ879電力設(shè)備接地

3、設(shè)計技術(shù)規(guī)程基礎(chǔ)上，上升為國家標(biāo)準(zhǔn)的。GBJ6583第4.2.2條規(guī)定：“在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，采用接零保護(hù)時，零線宜在電源處接地，但移動式電源設(shè)備除外。架空線路的干線和支線的終端以及沿線每一公里處，零線應(yīng)重復(fù)接地。電纜和架空線在引入車間或大型建筑物處，零線應(yīng)重復(fù)接地（但距接地點不超過50米者除外），若室內(nèi)配電屏、控制屏有接地裝置時，也可將零線直接連接到接地裝置上。低壓線路零線每一重復(fù)接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于10。在電力設(shè)備接地裝置的接地電阻允許達(dá)到10的電力網(wǎng)中，每一重復(fù)接地裝置的接地電阻不應(yīng)超過30，但重復(fù)接地不應(yīng)少于三處。零線的重復(fù)接地，應(yīng)充分利用自然接地體。直流電力網(wǎng)中零線

4、重復(fù)接地應(yīng)采用人工接地體，并不得與金屬管道等有金屬連接，如無絕緣隔離裝置，相互之間的距離不宜小于1米”。這一條的前一部分對在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，采用接零保護(hù)時作出了規(guī)定， 后一部分對零線重復(fù)接地作出了規(guī)定，這樣電氣設(shè)備的金屬外殼與零線相連接, 零線又與接地裝置相連接,相當(dāng)于電氣設(shè)備的金屬外殼與零線相連接又與接地裝置相連接,即電氣設(shè)備的金屬外殼接零又接地.這樣做有什么好處呢?下面從五個方面來分析零線重復(fù)接地的作用： 二、 零線重復(fù)接地的作用（一）、零線未斷線時，重復(fù)接地可降低漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓。1、零線未斷線又未重復(fù)接地時（見圖1）圖1（零線未斷線又未重復(fù)接地時,漏電設(shè)備金屬

5、外殼上的對地電位分析示意圖）相線對地標(biāo)稱電壓為220伏的TN系統(tǒng)（供電電源中性點直接接地的低壓接零系統(tǒng)）當(dāng)配電線路發(fā)生接地故障時，切除故障回路的時間應(yīng)符合下列規(guī)定：、配電線路或僅為固定式電氣設(shè)備用電的末端線路，不應(yīng)大于5S。、供給手握式電氣設(shè)備和移動式電氣設(shè)備上的保護(hù)裝置的末端線路或插座回路，不應(yīng)大于0.4S?？梢?，從配電線路發(fā)生碰殼短路起，到線路上保護(hù)裝置動作完畢止的一段時間里（0.45S），電氣設(shè)備金屬外殼是帶電的?；蛘呔€路上保護(hù)裝置是不能動作的，此時電氣設(shè)備金屬外殼依然是帶電的。沒有裝重復(fù)接地的保護(hù)接零系統(tǒng)設(shè)備外殼上的對地電壓即短路電流在相線上的電壓降為：Ud=UL=IdZ0=UZ0/(

6、ZL+Z0)式中，Id為單相短路電流；Z0為零線阻抗； ZL為相線阻抗； U為相電壓。零線阻抗愈大，設(shè)備對地電壓愈高。這個電壓比安全特低電壓（交流50V）大的多。可以考慮用降低零線阻抗來降低設(shè)備上的對地電壓，使它達(dá)到安全特低電壓，從理論上講是可能的，但實際上是不現(xiàn)實的。假設(shè)：漏電設(shè)備上的對地電壓為50V，在380/220V的系統(tǒng)中，相線上的電壓降為220-50=170V，零線阻抗與相線阻抗之比為50/170=1/3.4；零線阻抗是相線阻抗的1/3.4；或者說零線截面是相線截面的3.4倍。這顯然是不現(xiàn)實的。GB14050-1993第4.1.7條規(guī)定，“零線導(dǎo)體截面必須小于：相線導(dǎo)體截面S小于等于

7、16MM2時，零線導(dǎo)體截面等于S；相線導(dǎo)體截面S大于16MM2小于等于35MM2時，零線導(dǎo)體截面等于16 MM2；相線導(dǎo)體截面S大于35MM2時，零線導(dǎo)體截面等于S/2?！蔽覀儼凑樟憔€與相線導(dǎo)體截面相等和零線導(dǎo)體截面為相線導(dǎo)體截面的一半兩種情況進(jìn)行分析可以看出零線線導(dǎo)體截面的不同對漏電的設(shè)備上的對地電壓的影響。當(dāng)TN系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，漏電的設(shè)備上的對地電壓就是零線上的電壓降零線未斷線又無重復(fù)接地時(見圖1)，零線與相線截面相等時，漏電的設(shè)備上的對地電壓Ud可為110V；零線導(dǎo)體截面為相線導(dǎo)體截面的一半時，零線阻抗Z0為相線阻抗ZL的2倍,此時漏電的設(shè)備上的對地電壓可為：Ud=220×

8、;2/3= 146.7V,是危險電壓。2、零線未斷線有重復(fù)接地時（見圖2） 圖2（零線未斷線有重復(fù)接地時,漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電位分析示意圖）零線未斷線有重復(fù)接地時，GBJ6583工業(yè)與民用電力裝置接地設(shè)計規(guī)范規(guī)定，重復(fù)接地電阻RC不大于10歐，中性點的接地電阻R0不大于4歐。為便于分析，我們假設(shè)，RC =10歐；R0=4歐；零線與相線截面相等時，漏電的設(shè)備上的對地電壓可為：110×10/（10+4）=79V,比無重復(fù)接地時的110V降低了31V；零線導(dǎo)體截面為相線導(dǎo)體截面的一半時，漏電的設(shè)備上的對地電壓可為：146.7×10/（10+4）=105V， 比無重復(fù)接地時的

9、146.7V降低了31.7V。這里重復(fù)接地的零線，是指TN-C系統(tǒng)中的PEN線，TN-S系統(tǒng)中的PE線（保護(hù)零線），不是TN-S系統(tǒng)中的N線（工作零線）。（二）、零線斷線時，重復(fù)接地可降低斷線后的采取接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓,但卻增加斷線前采取接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓1、零線斷線又無重復(fù)接地時（見圖3a.）a. 無重復(fù)接地時 b. 有重復(fù)接地時圖3（零線斷線時，斷點之后的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電位分析示意圖）當(dāng)斷點之后的設(shè)備發(fā)生漏電時，漏電的設(shè)備上的對地電壓可達(dá)220V。零線斷點之前的零線上的對地電壓是零。2、零線斷線有重復(fù)接地時（見圖3b）零線斷線有重復(fù)接地。我

10、們假設(shè)重復(fù)接地電阻RC =10歐；中性點的接地電阻R0=4歐；當(dāng)斷點之后的設(shè)備發(fā)生漏電時，漏電的設(shè)備上的對地電壓可為:220×10÷(10+4)=157V，比220 V降低了63V，零線斷點之前的零線上的對地電壓增加到63V?？梢?零線斷線時，重復(fù)接地可降低零線斷點之后的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓，但卻增加了零線斷點之前零線上的對地電壓。如重復(fù)接地的接地電阻RC=2，中性點接地電阻R0=4，在零線斷點之前，零線上的對地電壓為：U0=Id R0=220/（4+2）×4=147V。在零線斷點之后，漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓近似為220V-147V=73V。因此，零

11、線斷線時，重復(fù)接地的接地電阻降低了零線斷點之后的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓，卻增加了斷點之前零線上的對地電壓。這里重復(fù)接地的零線是指TN-C系統(tǒng)中的PEN線，TN-S系統(tǒng)中的PE線（保護(hù)零線）。不是TN-S系統(tǒng)中的N線（工作零線）。（三）、零干線斷線時，零線重復(fù)接地有穩(wěn)定三相嚴(yán)重不平衡的負(fù)載上電壓降的作用。這里的零干線“斷線”是指工作零線或同時具有工作零線和保護(hù)零線作用的一根零線?！傲憔€重復(fù)接地”是指TN-C系統(tǒng)中的PEN。故是對TN-C系統(tǒng)零干線斷線時的分析。（TN-S系統(tǒng)中的PE（保護(hù)零線）的斷線及重復(fù)接地不適用于此分析）。 a. 零線未重復(fù)接地時（RC=） b. 零線重復(fù)接地時（RC1

12、0） 圖4 （零干線斷線且三相嚴(yán)重不平衡時，零線重復(fù)接地穩(wěn)定系統(tǒng)工作電壓的分析示意圖）圖4中a為 零線未重復(fù)接地時（RC=）,b為零線重復(fù)接地時（RC10），圖的左側(cè)表示供電電源的低壓側(cè)繞組。假設(shè)每個繞組上的電動勢為EA0，EB0，EC0。O為供電電源的變壓器低壓側(cè)繞組電源中性點,它的接地電阻R04,設(shè)為R0=4，O/為零線斷線后的負(fù)載中性點。設(shè)接在A相的負(fù)載電阻為RA0/； 接在B相的負(fù)載電阻RB0/ ，接在C相的負(fù)載電阻為RC0/。 它們的電導(dǎo)分別為： YA=1/RA0/，YB=1/ RB0/ YC=1/ RC0/，Y0/0=1/ R00/。A相的負(fù)載電壓降為UAO/ = EA0- U0/

13、0- B相的負(fù)載電壓降為UBO/ = EB0- U0/0；-C相的負(fù)載電壓降為UCO/=EC0- U0/0- A相由A點流向O/點的負(fù)載電流為IAO/ =（EA0- U0/0 ）YA；- B相由B點流向O/點的負(fù)載電流為IBO/ =（EB0- U0/0 ）YB -C相由C點流向O/點的負(fù)載電流為ICO/=（EC0- U0/0 ）YC；- 由O/點流向O點的電流為I0/0 =U0/0 Y0/0-根據(jù)基爾霍夫電流定律，有：IAO/ +IBO/ +ICO/ -I0/0。=0-把各式代入，求得：U O/O=（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+YB+YC+Y0/0）-設(shè)三相電源電動勢：EA0

14、=2200O ;EB0=220-120O； ,EC0=220+120O 則有：EA0+ EB 0+EC0=O-為便于計算，設(shè)A相的電阻負(fù)載額定功率為2.42KW; 額定狀態(tài)（功率、電壓）時負(fù)載電阻為RA0/=20，YA=0.05(1/)； B相和C相電阻負(fù)載的額定功率相等，為484W。額定狀態(tài)（功率、電壓）時負(fù)載電阻RB0/= RC0/=100,YB= YC= 0.01(1/)；不考慮負(fù)載的實際功率達(dá)不到額定功率引起溫度變化對金屬電阻的影響，即三相負(fù)載電阻都按額定功率時考慮。 無重復(fù)接地時, Y0/0=1/=0.上述數(shù)字代入式得: UO/O =（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+Y

15、B+YC+Y00/）=2200O×0.05+ 220-120O×0.01+ 220+120O×0.01÷0.05+0.01+0.01=220×0.05-220×0.01÷0.05+0.01+0.01=(11-2.2)/0.07=125.70O V 其中: YAEA0=2200O×0.05=11EB0=220(-120O)=220cos(-120O)+jsin(-120O)= 220cos(120O)-jsin(120O)= 220 -sin(30O)- j cos(30O)=-110- j190.52EC0=220

16、(+120O)= 220cos(120O)+jsin(120O) =220-sin(30O)+j cos(30O)=-110+j190.52YBEB0+YCEC0= 220-120O×0.01+ 2201200×0.01=-220×0.01=-2.2.把UOO/=125.700O代入式得: UAO/ = EA0- U00/=94.30O；B相的負(fù)載電壓降為UBO/ = EB0- U00/=-110- j190.52-125.70O=-235.7- j190.52=303.07-141O； C相的負(fù)載電壓降為UCO/=EC0- U00/=-110+j190.52 -

17、125.70O=-235.7+ j190.52=303.07+141OA相負(fù)載兩端電壓94.3V,比額定電壓220V低125.7V,不能正常工作. B、C兩相的負(fù)載電壓303V, 比額定電壓高83V可能燒毀設(shè)備,也不能正常工作.有重復(fù)接地時, 重復(fù)接地接地電阻RC10,設(shè)RC=10, 中性點的接地電阻R0=4歐；Y00/=1/(10+4)=0.07143;代入式, UO/O =（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+YB+YC+Y0/0）=8.8÷(0.07+0.07143)=620O .把U O/O=620O代入式得: A相的負(fù)載電壓降 UAO/ = EA0- U00/=1

18、580O； B相的負(fù)載電壓降為UBO/ = EB0- U00/=-172- j190.52=256.7-132O； C相的負(fù)載電壓降為UCO/=EC0- U0/0=-172+j190.52=256.7+132O；A相負(fù)載兩端電壓158V,比額定電壓低62V,比無重復(fù)接地時的94.3V高了,基本能正常工作. B、C兩相的負(fù)載電壓256.7V, 比額定電壓高36.7V. 比無重復(fù)接地時的303V低了,基本能正常工作。重復(fù)接地電阻和中性點接地電阻, 我們分析時按最大考慮, 實際上可能很小，假如重復(fù)接地電阻和中性點接地電阻為2歐, 零點漂移電壓UOO/還要小的多，各相負(fù)載電壓可能接近220V，我們認(rèn)為

19、零線重復(fù)接地零干線斷線和三相嚴(yán)重不平衡時，零線重復(fù)接地有穩(wěn)定系統(tǒng)負(fù)載上工作電壓的作用。零干線不斷線時，零線電阻接近零, Y0/0=. UO/O =（YAEA0+YBEB0+YCEC0）/（YA+YB+YC+Y0/0）=0. 各相負(fù)載電壓是220V.就是三相嚴(yán)重不平衡時，零干線不斷線時，各相負(fù)載電壓也接近220V。這里重復(fù)接地的零線，是指TN-C系統(tǒng)中的PEN線。TN-S系統(tǒng)中，三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，零干線（N線）斷線時，PE線（保護(hù)零線）的重復(fù)接地不能起到穩(wěn)定負(fù)載上電壓降的作用。（見圖5）。圖5 （TN-S系統(tǒng)中，三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，工作零干線（N線）斷線時，PE線（保護(hù)零線）的重復(fù)接地不能起到

20、穩(wěn)定負(fù)載上電壓降的作用的示意圖）（四）、零線重復(fù)接地是接零保護(hù)的后備保護(hù)作用 TN-C系統(tǒng)中的PEN線，TN-S系統(tǒng)中的PE線（保護(hù)零線）的重復(fù)接地，相當(dāng)于電氣設(shè)備即采取了接零保護(hù)又采取了接地保護(hù)。接地保護(hù)有降低接零設(shè)備上對地電壓的作用。接零保護(hù)有在規(guī)定時間內(nèi)自動切斷供電電源的作用。TN-C系統(tǒng)中的PEN線，TN-S系統(tǒng)中的PE線（保護(hù)零線）斷線時,接零保護(hù)的設(shè)備失去了接零保護(hù), 也就失去了在規(guī)定時間內(nèi)自動切斷供電電源的防護(hù)。此時它還有降低接零設(shè)備上對地電壓的后備防護(hù)作用。但是在接零系統(tǒng)中，接地保護(hù)對降低設(shè)備上對地電壓的作用是有限的，不能達(dá)到系統(tǒng)安全，不能作為獨立的電擊防護(hù)（見圖2）。 PEN

21、線斷線后, 還有重復(fù)接地電阻RC，它仍然起到接地保護(hù)的作用。（五）、零線重復(fù)接地縮短了碰殼短路的持續(xù)時間有了重復(fù)接地電阻RC和工作接地電阻R0（中性點的接地電阻）構(gòu)成一個零線的并聯(lián)支路（見圖2）。在零線截面是相線的1/2時，接地短路時，零線上的電壓降是147V。這147V加在重復(fù)接地電阻RC和工作接地電阻R0上，產(chǎn)生了回路電流：147/（10+4）=10.5A。這是有了重復(fù)接地電阻RC后增加的線路故障電流。它使線路上的保護(hù)裝置能加速動作，縮短了碰殼短路的持續(xù)時間。三、 重復(fù)接地在IT、TT、TN系統(tǒng)中的設(shè)置戶外的架空線路一般采用集中重復(fù)接地。架空線路的終端分支線長度超過200米的分支處以及沿線

22、每1KM處，零線應(yīng)重復(fù)接地。高低壓同桿敷設(shè)時，共同敷設(shè)段的兩端低壓零線也應(yīng)重復(fù)接地。車間內(nèi)部宜采用環(huán)形重復(fù)接地或網(wǎng)絡(luò)重復(fù)接地。零線至少有兩點與接地裝置連接。除進(jìn)線一點外，對角線最遠(yuǎn)點也應(yīng)有效連接。車間邊長超過400米時，每200米連接一次。低壓線路零線每一重復(fù)接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于10。在供電變壓器低壓中性點接地電阻允許達(dá)到10的電力網(wǎng)中，每一重復(fù)接地裝置的接地電阻不應(yīng)超過30，但重復(fù)接地不應(yīng)少于三處。以上做法中重復(fù)接地的零線是指TN-C系統(tǒng)中的PEN線，TN-S系統(tǒng)的PE（保護(hù)零線）。在TN-C系統(tǒng)中，從電源變壓器中性點引出一根零線，它既是工作零線N，又是保護(hù)零線PE，工作零線N和保護(hù)零

23、線PE合用一根導(dǎo)線，用PEN表示。對PEN線設(shè)置重復(fù)接地，如圖4b所示,在零干線PEN斷線時，三相不平衡時，有平衡系統(tǒng)負(fù)載電壓的作用。在TN-C系統(tǒng)中，PEN線未斷線時，重復(fù)接地可降低接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓，如圖2所示。PEN線斷線時，重復(fù)接地可降低斷點之后的接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓,卻增加斷點之前的接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓，如圖3所示。在TN-S系統(tǒng)中，從電源變壓器中性點引出兩根零線，一根工作零線N，一根保護(hù)零線PE，在變壓器處，工作零線N和保護(hù)零線PE都是直接接地的。保護(hù)零線PE是接電氣設(shè)備金屬外殼用，工作零線N是220V電源接線用對PE線設(shè)置重

24、復(fù)接地，N線不重復(fù)接地。如圖5所示, 在零干線N斷線時，三相不平衡時，PE重復(fù)接地沒有平衡系統(tǒng)負(fù)載電壓的作用。因為，N線未重復(fù)接地。在TN-S系統(tǒng)中，PE線（保護(hù)零線）未斷線時，PE線重復(fù)接地可降低采取接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓。PE線（保護(hù)零線）斷線時，PE線重復(fù)接地可降低斷點之后的接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓,卻增加斷點之前的接零保護(hù)的漏電設(shè)備金屬外殼上的對地電壓，與N線斷線無關(guān)。因為PE線是接電氣設(shè)備外殼的，N線是接220V電源的電流回路的（見圖6）。圖6 （TN-S系統(tǒng)保護(hù)零線的重復(fù)接地示意圖）整個低壓電網(wǎng)是單一TT接地制式時，電源可給出三根相線，一根工作零線N，

25、工作零線N是供220V電源的電流回路用的。TT系統(tǒng)中電氣設(shè)備是獨立于電源中性點單獨與接地裝置連接的，連接線是接地線PE，不是從中性點引出的。這根接地線PE斷線時，可使電氣設(shè)備失去接地保護(hù)，漏電保護(hù)開關(guān)失去接地故障電流通路，是不允許的。為加強(qiáng)接地線PE的可靠性，接地線PE可重復(fù)接地，但它不是我們討論的零線的重復(fù)接地（見圖7）。圖7 （TT系統(tǒng)接地線PE的重復(fù)接地示意圖）TT系統(tǒng)中，必須設(shè)置漏電保護(hù)開關(guān)自動切除供電，并且，切除供電前電氣設(shè)備金屬外殼上的對地電壓不大于50V。零線的重復(fù)接地對上述條件無影響。因此，整個低壓電網(wǎng)是單一的TT接地制式時，不必要求零線的重復(fù)接地。為使單相用戶的電壓穩(wěn)定，防止因三相負(fù)載不平衡，N線斷線引起負(fù)載電壓降不穩(wěn)定，可對N線設(shè)置重復(fù)接地。但經(jīng)過漏電保護(hù)開關(guān)的零線不能重復(fù)接地，TT系統(tǒng)中電氣設(shè)備是獨立于電源中性點單獨與接地裝置連接的。為保持整個系統(tǒng)還是TT制式，N線重復(fù)接地和電氣設(shè)備單獨的接地裝置應(yīng)分開，一般相隔3米以上。沒有單相用戶時， N線可不必設(shè)置重復(fù)接地（見圖7）。在TN系統(tǒng)中局部改為TT系統(tǒng)保護(hù)的，如配電線路的末端，TN系統(tǒng)不能滿足自動切除供電的安全要求時，把配