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电气保护方式的应用研究
2008年05月08日
前言：随着改革开放的不断深入和经济的蓬勃发展，以及近几年国家投巨资进行城乡电网改造，我国电力事业取得了令人瞩目的成就，电网装备水平和健康状况明显改善，供电可靠性和供电质量提高。电力事业的长足发展，对促进两年文明建设发挥了重要作用。但随着用电数量的增加，电气事故日益增多，从大量事故安全分析可知，电气设备漏电造成危害极大。这主要是采取的保护措施不完善所致，针对此状况本文研讨了几种保护的作用和应用场合，旨在提高安全用电水平。
1. 保护接地
1.1保护接地的安全作用
保护接地就是把电气设备正常时不带电，而故障时可能出现危险电压的金属部分通过接地电阻进行接地，其目的是在故障时限制金属外壳对地电压在安全范围之内。其适用于是性点不接地电网（即三相三线制系统），在这类系统中常见的故障有如下两种：
1）一相与金属外壳相接造成漏电。当人体接触金属外壳时，设备对地电压主要取决于保护接地电阻与人体电阻的并联值和线路绝缘阻抗，其等效电路如图1。因为人体电阻远大于接地电阻，忽略人体电阻，漏电设备对地电压为接地电阻上的压降。其对地电压表达式为：
U0=3URb(3Rb+Z)
U――电网相电压；Rb――保护接地电阻；Z――电网每相绝缘阻抗。
图1
因为为Z＞＞Rb，故漏电设备对地电压大大降低，只要合适选择Rb，即可限制漏电设备对地电压的安全范围以内。
2）一相与金属外壳相接，另一相接地的情况。当人体接触金属外壳时，人体承受的电压是保护接地电阻上的电压降Ub，其等效电路见图2。此电压值为：
Ub= U1 Rb( Rd+ Rb)
U1――电网线电压；Rd――相接地电阻；Rr――人体电阻。
图2
由于一相接地电阻大于保护接地电阻，只要合适Rd，即可限制漏电设备对地电压在安全范围以内。
1.2接地电阻值的范围
接地电阻值的范围主要根据设备漏电后允许对地电压来确定。
1） 低压电气设备的保护接地的电阻值
在380V不接地电网中，单相接地电流很小，一般要求Rd≤4欧。当配电变压器（或发电机）的容量不超过100KVA时，因供电范围较小，单相接地电流更小，Rd≤10欧。
2） 高压电气设备的保护接地的电阻值
在高压电网中，接地电流一般很大，接地电流在500A及以下时，称小接地短路电流系统。在500A以上的称大接地短路电流系统。在小接地短路电流系统中，如果高低压设备共用接地装置，要求Rd Id≤120V（Id：接地短路电流）如果高低压设备分别单独设置接地装置，要求Rd Id≤250V。在大接地短路电流系统中，由于接地短路电流系统中，由于接地短路电流很大，一般很难限制设备漏电后对地电压不超过某一范围，只能靠线路中的保护装置切除接地故障，要求Rd Id≤2000V，当Id＞4000A时，Rd≤0.5欧。
3）在高电阻率土壤地区，接地电阻值难以达到规定范围时，允许低压电气设备和高压小接地短路电流系统中的电气设备接地电阻值不大于30欧。
在高电阻率土壤地区，可采用下列方法降低接地电阻；外引接地法、化学处理法、换土法、接地体延长法。
2. 保护接零
保护接零就是把电气设备正常时不带电，而故障时可能出现危险电压的金属外壳与电网的零线紧密相连，其目的是在相线与零线短路时，在短路电流的作用下，促使线路上的保护装置迅速动作，切断漏电设备的电源，消除触电危险。其适用于中性点接地电网（即三相四制系统）。
特别指出，在接地电网中不能采取单一保护接地的方法，若这样，当一相碰壳时，人体与保护接地电阻Rb并联，等效电路如图3所示。
图3
人体所承受的电压约为：Ur=URb/(Rb+R0＜/sub>)R0――电网中性点接地电阻。
由于R0与Rb约相等，故将有一半的相电压为人体所承受，是极其危险的。因此，在接地电网中，凡由于绝缘破坏或其他原因可能呈现危险电压的金属部分，除另有规定外，均应接零。
3. 重复接地
除变压器中性点以外，在零线上一处或多处再次接地称为重复接地。其安全作用主要为：
1） 降低漏电设备对地电压
在未装重复接地电网中，当发生一相碰壳时，若保护装置由于故障未能迅速动作，零线上的电压降为Ui=UZi/(Zx+Zi)
Zi――零线阻抗；Zx――相线阻抗。
显然，漏电设备对电压对人是危险的。同样的故障，在装有重复接地电网中，当发生一相碰壳时，其等效电路如图4所示（Rc：重复接地电阻）。
图4
其漏电设备对电压为：Ui*Rc/( Rc/+ R0
2） 缩短故障持续时间
采用重复接地后，降低了总短路电阻，使短路电流增加，加速了线路保护装置动作，缩短了故障持续时间，减轻了触电危险性。
3） 减轻了零线断线后的危险性
若未装设重复接地，当零线断后而某一台设备碰壳时，其后所有采取接零的设备外壳都呈现对地电压，若有人触及其中任一台接零设备，则事故电流通过人体和工作接地电阻构成回路，人体几乎承受全部相电压，危险性极大，若装有重复接地，事故电流通过重复接地电阻，经工作接地电阻构成回路，使得漏电设备对电压降低许多，从而减轻了触电危险程度。
4） 改善防雷性能
在架空低压线路上，零干线装有重复接地电阻时，对雷电流能起到分流作用，有利于限制雷电过电压，从而改善了雷性能。
4. 接地和接零装置的安全要求
* 保证导电的连续性和连接可靠性
* 保证足够的机械强度
* 保证足够的导电能力和热稳定性
* 防止损伤
* 防止腐蚀
* 保证必要的地下距离：
* 接零线与接地支线不得串接
* 接地电阻和线路保护装置符合要求
5. 总结
额定电压在1000V及以上的高压电气装置，在一切情况下均应进行保护接地；额定电压在1000V以下的低压电气装置，在中性点直接接地的电网中，应采用保护接零，在中性点直接接地的电网中，应采用保护接零，在没有中性线的情况下，亦可采用保护接地。
由同一台发电机、变压器或母线供电的低压线路中，只能采用同一种保护方式，不可对一部分采用保护接地，而对另一部分采用保护接零，否则，此种情况是相当危险的：当某设备采用保护接地而未接零发生碰漏电时，接地电流通过接地电阻和工作接地电阻构成回路，由于接地电流不大，线路上保护装置可能不动作，故障长时间存在，此时除接触该设备的人有危险外，由于零线对地电压升高到UR0/(R0+Rb)，所有与接零设备接触的人都有触电危险。
队了良好的保护接地、接零及重复接地外，还应正确装设漏电保护装置用以监视或切除漏电隐患，保证系统安全健康运行。