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单相变压器

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高压接地电流一般不超过30安

2019-04-03

  接地和接零的基本目的有两条,一是按电路的工作要求需要接地;二是为了保障人身和设备

  安全的需要接地或接零。按其作用可分为四种。A.工作接地;b.保护接地;c.保护接零;d.重复接地。

  在采用380/220V的低压电力系中,一般都从电力变压器引出四根线,即三根相线和一根中性线,这四根兼做动力和照明用。动力用三根相线,照明用一根相线和中性线。在这样的低压系统中,考虑当正常或故障的情况下,都能使电气设备可靠运行,并有利人身和设备的安全,一般把系统的中性点直接接地,如图-1中的R。即为工作接地。由变压器三线圈接出的也叫中性线即零线,该点就叫中性点。

  作接地的作用有两点,一是减轻一相接地的危险性;稳定系统的电位,限制电压不超过某一范围,减轻高压窜入低压的危险。

  如图-2所示,如果电网的中性点不接地,当有一相碰地时,接地电流不大,设备仍可运行,故障可能长时间存在,但这时电流通过设备和人体回到零线而构成回路,这是很危险的。应当看到,发生上述故障时,不只是某一接零设备处在危险状态,而是由该变压器供电的所有接零设备都处在危险状态中,同时,没有碰地的两相对地电压显著升高,大大增加触电的危险。如果是如图-3那样,变压器的中性电直接接地,即变压器有工作接地,上述危险就可减轻或基本消除,这时,接地电流ID主要通过碰地处接地电阻Rd和工作接地电阻Rd构成回路,接零设备对地电压为:Uo=IdR=U/Rd+Ro*R。(式-1)由此可见,减少R。可限制U。在某一安全范围以内。

  如图-4所示,高压为10千伏电网,低压为380/220V电网,当绝缘损坏时,高压电意外窜入低压边时,整个低压系统对地电压都将升高,如果低压系统不接地,其对地电压可升高到数千伏,这对大量接触低压设备的工作人员是非常危险的。如果象图-4示那样,低压边中性点直,则低压边对地电压将受到工作接地电阻阻的限制,不会太高。这时,高压接地电流Ic通过低压工作接地和高压线路对地分布电容构成回路。低压零线对地电压Uo=Idro(式-2)一般情况下,要求在发生高压窜入低压时U。不得超过120伏,这就要求工作接地电阻:ro≤120/Icd(式-3),对于中、小容量的10千伏电网,高压接地电流一般不超过30安,r。≤4欧姆是能满足上述要求的。

  保护接地就是电气设备在正常运行的情况下,将不带电的金属外壳或构架用足够粗的金属线与接地体可靠地连接起来,以达到在相线碰壳时保护人身安全,这种接地方式就叫保护接地,对于保护接地电阻值的要求是:R。<4欧姆。该接地方式适用于三相电源中性点不接地的供电系统和单相安全电压的悬浮供电系统的一种安全保护方式。这种系统必须有独立的变压器供电,具体的应用场合,矿山地下作业,有爆 炸危险的化工单位,以及其他高度危险环境的供电场所。图-5即为保护接地的示意图。

  图-6所示,在不接地的低压系统种,当一相碰壳时,接地电阻Id通过人体和电网对地绝缘阻抗形成回路。如各相对地绝缘阻抗相等,运用电工学的方法,可求得漏电设备的对地电压:Ud=3URr/3Rr+Z(式-4)。式中:U--电网电压Rr--人体电阻;Z--电网每相对地绝缘阻抗。

  电网对地绝缘阻抗Z由电网对地分布电容和对地绝缘电阻组成,并可看作式二者的并联。一般情况下,绝缘电阻大于分布电容的容抗,如果把绝缘电阻看作式无限大,则对地电压:Ud=3URr/3Rr-JXc=3URr/√9R 设(式-5)式中:C--每相对地分布电容;Xc=1/wc;ω=2лƒ 电源角频率。当电网对地绝缘正常时漏电的设备对地电压很 Id低,但当电网绝缘性能显著下降,或电网分布很广时,对地电压可能就会上升到危险的程度。这就由必要采取图-7所示的保护接地措施。

  有了保护接地以后,漏电设备对地电压主要决定于保护接地电阻Rb的大小。由于Rb和Rr并联,且Rb﹤Rr,可以近似的认为对地电压:Ud=3URb/3Rb+Z(式-6)。又因Rb﹤Z,所以设备对地电压大大降低。只要适当控制Rb的大小,即可限制漏电设备对地电压在安全范围内。

  例如,对于长度1KM的380V电缆电网,如人体电阻为1500欧姆,当发生漏电且人体触及设备时,人体承受的电27V,通过人体的电流约为84.5MA,这对人体时很危险的。这种情况下,如果加上保护接地,且接地电阻Rb=4欧姆,则人体承受的电压降低为0.415V,通过人体的电流降低0.277MA,对人体就没有危险了。在不接地的电网中,单相接地电流的大小主要取决于电网的特征,如电压的高低、范围的大小、敷设的方式等。一般情况下,由线路对地分布电容决定的电抗都比较大,而绝缘电阻还要大得多,数以兆欧计,计算时可看作时无限大。因此,单相接地电流一般都很小,这就有可能采用保护接地把漏电设备对地电压限制在安全电压以下。但重要的一条是----在有接地的电网中,这以规律是不一定成立的。

  保护接地的适用于不接地的电网。在这种电网中,无论环境如何,凡由于绝缘破坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分,除另有规定外,都应采取保护接地措施,主要包括:

  (1)、电机、变压器、开关设备、照明器具及其它电气设备的金属外壳、底座及与其相连的传动装置;

  (2)、户内外配电装置的金属构架或钢筋混凝土构架,以及靠近带电部分的金属遮拦或围栏;

  (4)、电缆接头盒的金属外壳、电缆的金属外皮和配线的钢管;此外,某些架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔、互感器的二次线圈等,也应予以接地。

  什么是保护接零呢?保护接零就是电气设备在正常运行的情况下,将不带电的金属外壳或构架与电网的零线紧密地连接起来,这种接线方式就叫保护接零。如图—8所示。

  从图-8中可知,万一某一相线碰壳时,短路电流要比 保护接地时大得多,使相线的熔丝熔断,以达到保护人身 的安全。在中性点接地的系统系统中宜采用该接地方式。

  图-9为保护接零的原理图,从图中可以看出,当有某一相带电的相线碰连上外壳时,通过设备外壳形成该相线对零线的单相短路(即碰壳短路),短路电流Id总是比较大,这样促使安装在相线线路上的保护装置,如熔断器Rd迅速动作,从而把故障部分与电源分断开来,消除隐患保障了人身的安全。

  我们再进一步地来分析不采用该接地方式会出现怎样情况。在三相四线制变压器中性点直接接地的电网中,如果用电设备不采取任何的安全措施,则设备漏电时,触及设备的人体将承受近220V的相电压,这样的情况显然是非常危险的。如图-10所示,当有一相带电部分碰连设备外壳时,事故电流经过人体和变压器的工作接地构成回路,其大小为:IR=U/Rr+Ro(式-7)式中的U为220V相电压;

  Rr为人体电阻;R。为工作接地电阻。这样一来,工作接地电阻R。通常在4欧姆以下,比人体电阻Rr要小得多,可以忽略不计。而人体的电阻如果按1000欧姆考虑的话,则通过人体的电流就为IR=220/1000=0.22安=220毫安。已知,20-25毫安以上的工频电流对人体就有危险了,而100毫安的电流就足以使人致命,这里的220毫安的电流给人带来的危险就更可想而知了,所以,在变压器的中性点直接接地的系统中,没有安全装置是绝对不允许的。

  变压器中性点直接接地的系统中,如果不采用保护接零而采用保护接地,情况又会怎样呢?

  我们也可以来分析一下,在变压器中性点直接接地的系统中,不采用保护接零而采用保护接地所出现的情况是什么。图-11中电动机设有保护接地装置,接地电阻为Rd,当一相带电部分碰连外壳时,人体处在和保护接地装置并联的位置,其简化电路图如图-10所示。这时,事故电流大部分经过保护接地电阻Rd和工作接地电阻R。形成回路,有很少一部分通过人体。通过人体的电流决 定于人体电阻和人体的接触电压。按照图-12的 情况,人体接触电压即电动机的外壳对地电压 亦即降在接地电阻Rd上的电压,为了要知道人体承受的电压,壳先求出事故电流。因为Rr比Rd

  要大得多,所以能近似地认为事故电流为:ID=U/Ro+Rd(式-8),根据规定,R。和Rd都不得超过4欧姆。如果都按4欧姆考虑,可以得到:ID=220/4+4=27.5(A)从这里可以近似求出人体承受得电压:UR=IDRd=27.5 *4=110(V),如果人体电阻按1000欧姆考虑,则通过人体得电流为:IR=UR/Rr=110/1000=0.11(A)=110(MA)这个数值对人来说还是非常危险的,另一方面,这27.5安的事故电流不足以引起中等容量以上的线路的保护装置动作,设备上的危险电压就会长期存在,一般采用自动开关作保护装置的线路,要求事故电流大于其整定电流的1.25倍;采用熔断器作保护装置的线路,要求事故电流大于其额定电流的4倍。只有这样,才能保证在发生事故时,保护装置迅速切断电源。因此。从安全角度考虑,对于上述27.5安的电流,只能使用整定电流为27.5/1.25=22安以下的自动开关或27.5/4=6.9安以下的熔断器。这在实际当中显然是不能让人满意的。

  那么,能不能用降低接地电阻R。和Rd的办法来增加事故电流,以使保护装置迅速动作呢?理论上是可以的,但在实际上却是困难重重的。例如,对于100A的熔断器,事故电流应大于400A,要求接地电阻为:Ro+Rd≤U/ID=220/400=0.55欧姆,要求达到这样小的接地电阻,不但不经济在土壤电阻较高的地方,简直就是不可能的事。因此,这个办法也是难以行通的。

  类似地,采用降低保护接地电阻YD以降低事故设备对地电压的办法也是难以行通的。假如限制事故设备对地电压UD=36V,则降在工作接地电阻上的电压U。=U-UD=220-36=184V,若工作接地电阻R。仍按4欧姆考虑,可求得:RD=UD/U。*R。=36/184*4=0.78欧姆。显然,这样的做法也是不合适的。由以上的分析可知:

  保护接零的适用范围。该接地方式的应用范围可以说是十分的广泛。在220/380V三相四线制、且中性点直接接地的电网中,不论环境如何,凡由绝缘损坏而可能呈现对地电压的金属外壳部分均应采用接零保护。 例如,电动机的外壳、与电动机相连的金属构架和机器、车间的配电箱、配电室的开关柜、穿有电线的金属管、电缆的金属外皮等等,都必须要有可靠的接零保护。

  它们都是维护人身安全的两种技术措施,虽也有相似的地方,但二者在本质上是不同的;

  1. 保护原理不同 低压系统保护接地的基本原理是限制漏电设备对地电压,使其不超过某一安全范围,高压系统的保 护接地,除限制对地电压外,在某些情况下,还有促成系统中保护装置动作的作用。 保护接零的主要作用是借接零线线路使设备漏电形成单相短路,促使线路上的保护装置迅速动作; 其次,保护接零系统中的保护零线和重复接地也有一定的降压作用。

  2.适用的范围不同 保护接地适用于一般的低压中性点不接地的电网及采用了其它安全措施的低压接地电 网,保护接 地也能用于高压不接地的电网之中。 保护接零适用于中性点直接接地的低压电网,不接地电网不必采用保护接零。

  3. 线路结构不同保护接地系统除相线外,只有保护地线。保护接零系统除相线外,必须有零线;必要时保护零线要与工作零线分开;其重复接地装置也应有地线。

  要求采取接地措施与要求采取接零措施的项目大致相同。 接地和接零都要求有一定的接地装置,而且各接地装置的接地体和接地线的施工、连接都基本相同。

  为什么在同一配电系统中,保护接地和保护接零不能混用呢?如图-12所示,设备A采用的是保护接零, B采用的是保护接地且同为一配电系统之中,当设备B发生碰壳时,电流通过Rd和R。形成回路,电流不会太大线路可能不会断开,但故障将长时间存在。这时,除了接触该设备的人员有触电的危险外,由于零线读地电压升高达到Uo=(U/Rd+Ro)*Ro(式-9)的值,致使所有与接零设备接触的人员都有触电的危险。因此,

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