低压电气装置的接地设计.ppt

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1、低压电气装置保护接地设计的若干问题黄妙庆2013-01-18,主要内容 1 低压电气装置的接地系统 2 低压电气装置的接地故障保护 3 高低压接地系统的配合 4 剩余电流保护器的应用 5 特殊情况的电击防护 6 接地装置的选择,主要引用和参考的标准和规范 低压电气装置:基本原则、一般特性的评估和定义 GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1:2005 低压电气装置:电击防护 GB 16895.21-2011/IEC 60364-4-41:2005 低压电气装置:接地配置和保护导体 GB 16895.3-2004/IEC 60364-5-54:2011（注：将修订发布 GB 1

2、6895.3-2013）电压骚扰和电磁骚扰的防护 GB 16895.10-2010/IEC 60364-4-44:2007 交流电气装置的设计规范 GB 50065-2011 低压配电设计规范 GB 50054-2011 民用建筑电气设计规范 JGJ 16-2008,低压电气装置的接地系统,思考是非题 1.电气设备的金属外壳必须接地。2.低压配电变压器中性点应在变压器就地接地。3.电气设备的功能接地和保护接地应共用接地。4.低压电源进线的PE和PEN线宜在进线端重复接地。5.室外照明宜采用TT系统。6.IT系统不应配出中性线。.,供电系统在电源的一点(例如中性点)直接接地，电气装置的外露可导电

3、部分在整个系统中采用单独的保护(PE)线连至该电源的中性点。,单电源TN-S系统,低压电气装置的接地系统,GB 16895.1-2008,同上；三角形接法，不配出中性线。,单电源TN-S系统：,在系统中一部分采用将中性线和PE线的功能合并成单个导体，另有一部分采用单独的保护线。,PEN,单电源TN-C-S系统,同上；中性线和PE线不在电气装置进线端分开。,单电源TN-C-S系统,在整个系统中采用将中性线和PE线的功能合并成单个导体。,单电源T N-C系统,多电源TN系统,此处虚线不表示一定是双电源“并联”,GB 16895.1-2008,多电源中性线(PEN)两点和PE线连接后形成环流,TN

4、C-S TN-C,变成,TN-S TN-C,变成,无中性线的三相供电系统,PE线可多点接地,TN S,（采用三相四极开关）,TN C-S,（采用三相四极开关）,变压器PEN线的连接方式,TT系统的电源中性点直接接地，电气装置外露可导电部分所连接的接地极，不与供电系统的接地极相连接。,PE线可附加接地,单电源TT系统,由同一个保护电器保护的所有外露可导电部分，这些外露可导电部分共用的接地极上。多个保护电器串联使用时，每个保护电器所保护的所有外露 可导电部分，要分别符合这一要求。,单电源TT系统,多电源TT系统,路灯,思考：室外照明是否应采用TT系统？,IT供电系统中所有带电部分对地绝缘或中性点通

5、过足够大的阻抗接地。,注：1.中性线（N）可配出或不配出；2.中性点不接地或经高阻抗接地；3.一相接地，其余两相对地电压升3倍；4.PE线可附加接地。,IT系统,IT系统,IT系统,IT系统,外露可导电部分的PE线共同连接至同一的接地系统,IT系统,外露可导电部分单独地或分组地接地,IT系统,第2次发生N线接地故障时，则IT系统变为TN系统。,IT系统,第2次发生N线接地故障时，则IT系统变为TT系统。,高低压系统接地电阻的配合,注：式中的 R 相当于 RE；IG 相当于 IE。,交流电气装置的接地设计规范GB 50065:2011,高低压接地系统的配合,交流电气装置的接地设计规范（续）,低压

6、系统内设备的绝缘配合 GB 61935.1,图1 高压系统与低压TN系统共用接地,图2 高压系统与低压TN系统分开接地,图3 高压系统与低压TT系统共用接地,图4 高压系统与低压TT系统分开接地,图5 高压与低压IT系统共用接地,图6 高压系统与低压IT系统分开接地,GB16895.10 2010 电压骚扰和电磁骚扰的防护,GB 16895.10 2010,低压系统接地故障与电击防护,电击防护=基本防护+故障防护（直接接触防护）（间接接触防护）,低压系统接地故障与电击防护,基本防护（直接接触防护）带电部分的基本绝缘；遮拦或外壳（外护物）；防护等级至少为 IPB或IP2；阻挡物（用于专业人员）；

7、置于伸臂范围之外。兼有基本和故障（接地）防护 安全特低电压 SELV 和保护特低电压PELV；功能特低电压 FELV。,（用于专业人员）,基本绝缘 能够提供基本防护的危险带电部分上的绝缘。附加绝缘 除了基本绝缘外，用于故障防护附加的单独绝缘。,双重绝缘 既有基本绝缘又有附加绝缘构成的绝缘。加强绝缘 危险带电部分具有相当于双重绝缘的电击防护等级的绝缘。,II类设备,电气设备的分类,置于伸臂范围之外防护措施,注：只适用于防止无意识触及带电部分（用于有电气熟练专业人员监控的场所）。,安全净距,注意要点：1.带电部分包括绝缘导体；2.维护通道注意有无外壳或遮拦的电气装置的安全措施;3.最小水平和垂直安

8、全净距另应考虑运输等情况。,思考：举例有裸导体与需经常维护的管道和设备的水平净距不应小于1.8 m，即可满足安全要求？。,（接地）故障防护（间接接触防护）自动切断电源；双重或加强型绝缘；向单台用电设备供电的电气分隔；供电给多台设备的电气分隔（用于专业人员）；不接地的等电位联结（用于专业人员）；非导电场所（用于专业人员）。正常情况下一般人不同时接触两个外界可导电 部分或外露可导电分和外界可导电部分。在非导电场所不应有PE线。附加保护 剩余电流保护器；辅助等电位联结。,应具备的条件：基本保护：基本绝缘或遮拦或外壳（外护物）等；每种接地系统的外露可导电部分应接PE线；保护等电位联结；同时可触及的外露

9、可导电部分单独或集合地连接至同一接地系统。除有特殊规定，在有关回路或设备内的相线和外露可导电部分（金属外壳）或PE线之间发生阻抗可忽略的故障，保护电器应在规定的时间内自动切断电该回路或设备的相线。,低压系统接地故障自动切断电源,32 A终端回路 规定最长的切断电源时间，s,配电回路和不包括上述终端回路允许的切断电源时间如下：TN系统：5 s；TT系统：1s。如果自动切断电源保护不能满足所有上述规定的时间，则要求作辅助等电位联结。,图20 电流路径左手到双脚的交流电流（15Hz至100Hz）对人效应的约定的时间/电流区域,电流对人和家畜的效应第1部分：通用部分,TN系统自动切断电源,保护动作电流

10、 Ia U0/ZS,式中：ZS：故障回路的阻抗，它包括下列部分的阻抗：电源；电源至故障点的相线；和 故障点和电源之间的PE线；Ia：在前述规定的时间内能使切断电器自动动作 的电流，A。U0：标称对地电压，V。,TN系统,式中：RB-所有与系统接地极并联的接地电阻（）；RE-相导体与大地之间的最小接触电阻）。,判断：当不能符合上式的要求时，应或采用局部TT系统？,TT系统通常应采用剩余电流保护器。在故障回路的接地 阻抗值稳定且足够低的条件下，可采用过电流保护器。采用剩余电流保护器 RAIn 50 V 式中：RA 接地极和外露可导电部分PE线的电阻之和，；Ian 剩余电流保护器的额定剩余动作电流，

11、A。采用过电流保护器 ZS Ia U0 式中：ZS 故障回路阻抗（包括电源、相线、PE线、接地线、用电设备和电源接地极的阻抗）；Ia 在规定的时间内使切断电源保护电器自动动作的电流，A；U0 标称线对地电压，V。,TT系统自动切断电源,IT系统 IT供电系统中所有带电部分对地绝缘或中性点通过足够大的阻抗接地。电气装置的外露可导电部分单独地或成组地或集合地接地。,中性线（N）可配出或不配出高阻抗值一相接地，其余两相对地电压升3倍PE线可附加接地,保护整定值：RA Id 50 V 式中：RA 接地极和外露可导电部分的PE线的电阻之和，；Id 不计相线与外露可导电部分之间阻抗的第一次接地、故障电流，

12、计入泄漏电流和电气装置的接地阻抗的总和，A。IT系统单一接地故障电流很小，不动作于切断电源。当 人体同时触及同时发生接地的外露可导电部分就会遭受危，此时应自动切断电源。,IT系统自动切断电源,第2次发生接地故障时自动切断电源的条件如下：1.外露可导电部分的PE线集合地连接至同一的接地 系统，而且交流系统不配出中性线：2 Ia ZS U 当配出中性线：2 Ia ZS U0 式中：U0 相线对中性线的标称电压，V；U 线电压，V；ZS 故障回路相线和PE线的阻抗，；ZS 故障回路中性线和PE线的阻抗，；Ia 按TN系统规定的时间内使切断电源的保护电器自动 动作电流，A。2.外露可导电部分单独地或分

13、组地接地：RA Ia 50 V 式中：RA 接地极和外露可导电部分PE线的电阻的总和，；Ia 按TT系统规定的时间使切断电源的保护电器自动动作 的电流，A。,总等电位联结 每个建筑物的接地线、总接地端子（MET）和下列可导电部分应接成保护等电位联结：进入建筑物的供水、燃气等金属管；正常使用时可触及的电气装置外可导电的构筑 物和集中供热系统和空调系统的金属部分；可利用的结构钢筋等；通信电缆金属护套应作保护等电位联结，这时 需考虑业主和管理者的要求。总保护等电位联结线的截面=0.5PE线的截面；最大为25 mm2;最小为 6 mm2。,保护等电位联结,总等电位联结示意图,辅助等电位联结线 联结两个

14、电气设备外露可导电部分的保护等电位联结线，其电导不应小于接到该外露可导电部分较小的PE线的电导。联结外露可导电部分和外界可导电部分的保护等电位联结线，其电导不应小于连接该外露可导电部分相应的PE线二分之一截面所具有的电导。,无辅助等电位联结,思考：这是特大重要用户的供电系统，有没有问题？,中性线的隔离 TN C：PEN不允许装电器 TN C S：单电源 N线不需隔离 TN S：单电源 N线不需隔离（防火等特殊场所 除外）TN S：双电源切换N线应隔离（与发电机组或装剩余电流保护器无关）TT：N线维修时应隔离 IT：N线维修时应隔离,不同接地系统电源无法自动转换,保护电器的整定值转换时不能突变。

15、,泄漏电流：0.5 mA（新、干燥）6 mA（寿命末期）,过电压类别,隔 离 电 器,注:+可用；-禁用,以上均由采用简单分隔防护的不接地电源供电。电气分隔的防护措施：基本防护（通用）；故障防护。,电气分隔,故障防护 分隔的回路的电压不应 500 V；分隔的回路的带电部分不应连接至其他回路的任何 一点或PE线；分隔回路最好采用分隔的敷设线路配置。如果需要分隔的回路与其他回路同敷设在一起，应采用非金属护套的多芯电缆、敷设在绝缘导管、绝缘线槽中的绝缘导线，而且还要满足如下要求：1.回路的额定电压不低于最高的标称电压，和 2.每个回路具有过电流保护。分隔的回路的外露可导电部分不应连接至其他回路的PE

16、线或外露可导电部分或接地。,供电给多台用电设备的电气分隔 与供电给单台用电设备的电气分隔的防护要求相同；分隔回路之间的外露可导电部分应采用不接地的等电位联结线相连接，该导体不应连接至其他回路的PE线或外露可导电部分或任何外界可导电部分；所有电源插座应有PE线接点，并应接至按上述要求的等电位联结系统。除了采用双重或加强绝缘的供电设备，所有软电缆应包含按上述要求的PE线作为等电位联结线。如果发生两个由不同相或极接地故障影响两个外露可导电部分，则应确保按在规定的时间内切断电源；推荐产品的线路标称电压不应超过100000 V/m，线路的长度不应超过500 m。,特低电压（ELV）：50 V a.c.1

17、20 V d.c.500 V 1 min 绝缘耐压试验 安全特低电压（SELV）在正常情况 在单个故障情况 电压不超过 50 V(a.c.)在其他回路接地故障情况 SELV的二次侧不应接地。保护特低电压（PELV）在正常情况、单个故障情况情况下电压不超过50 V a.c.PELV的二次侧接地；采用等电位联结。,特低电压系统,特低电压,特低电压设备,外部接地故障的转移电位传到特低电压侧,思考：那类移动设备的外露可导电部分不接地？,SELV和PELV回路 带电部分之间以及与其他SELV和PELV回路之间采用基本绝缘；与其他非SELV和PELV回路带电部分的保护分隔，采用双重或加强绝缘或按现有最高电

18、压的基本绝缘和保护屏蔽；SELV回路的带电部分与地之间应具有基本绝缘；PELV回路和由PELV供电的设备外露可导电部分可以 接地。,如果标称电压 高于 25 V a.c.或60 V d.c.或设备浸在水中，SELV和PELV回路应采用如下的基本绝缘：符合标准的绝缘，或 符合标准的遮拦或外护物。如果满足如下条件的干燥场所，不需要基本防护措施：SELV回路的标称电压 25 V a.c.或60 V d.c.；PELV回路的标称电压 25 V a.c.或60 V d.c.，其外露可导电部分和（或）带电部分用PE线连接至总接地端子。如果SELV和PELV回路的标称电压 12 V a.c.或30 V d.

19、c.，在所有情况下不要求采用基本绝缘。,SELV和PELV回路的布线系统和具有基本绝缘的其他回路带电部分的保护分隔，可采取下列措施之一：SELV和PELV回路的导体应封闭在非金属护套或采用基本绝缘，且在绝缘外护物中；SELV和PELV回路的导体应与高于50 V a.c.或120 V d.c.回路的导体采用接地的金属护套或接地的金属屏蔽层予以分隔；电压高于 50 V a.c.或120 V d.c.的回路导体可包含在多芯电缆或其他导线组合，但SELV和PELV回路的导体应按其中的最高电压加以绝缘；其他回路的布线系统符合双重或加强绝缘布线系统有关标准的规定；实体空间分隔。,SELV或PELV系统的插

20、座和插头:用于其他电压系统；SELV系统的插座和插头不应有PE线的接点。功能FELV回路 用于标称电压 50 V a.c.或120 V d.c.的功能性回路（例如含有变压器、继电器、控制电器等的回路），但不能满足SELV或PELV的要求的情况下，可采用FELV回路。FELV回路的防护要求如下：基本防护（通用）；故障防护：设备外露可导电部分连接至电源一次侧回路的PE导体，一次侧回路采用自动切断电源防护；插头和插座不能用于其他电压系统，并有PE触头。,下列部件可以不采用故障防护措施：附设在建筑物上且位于伸臂范围之外的架空线绝缘子 的金属支架；杆中的钢筋触及不到的架空线钢筋混凝土杆；尺寸小（约 50

21、 mm 50 mm）的外露可导电部分（如金属外壳）或人体不可能抓住或足够面积接触其配置，而 且要连接PE线很困难或不现实（例如螺丝、铆钉、名牌及 电缆夹子）；保护采用双绝缘或加强型绝缘设备的金属管或金属外 护物。,接地装置、接地线、保护线和保护联结线,接地极 电气装置内设置接地极时，应将该接地极用接地线连接到该电气装置的总接地端子上。通过接地故障电流和PE线的接地装置，应能承受热的、机械的和电应力以及引起电击的危险。此外，还应耐腐蚀和具有足够的机械强度。采用不同材料的接地装置时，应考虑会产生腐蚀的问题。可燃液体或可燃气体用的金属管不应用做接地极。但是可做等电位联结。,可用作接地极的举例如下：埋

22、入地基的金属结构（基础接地）；埋地的板、管、棒、带或线状的金属物体；埋在地下混凝土中的钢筋（预应力钢筋混凝土除外）；根据当地条件或要求，可采用的电缆金属护套和其他 金属护层；根据当地条件或要求，可采用的其他适用的地下金属结构。,附表:考虑了耐腐蚀和机械强度，埋入土壤中的接地极的最小规格（暂缺）见接地配置和保护导体GB 16895.3-201X。,附录C.4：混凝土结构中的钢筋，和埋地的铜接地极的化学电位相等。因此，两者相近并且连起来会造成埋地的钢接地极被腐蚀的危险。,接地配置和保护导体 IEC 60364-5-54:2011,埋在土壤中的接地的最小截面,接地线,总接地端子 高低压电气装置的功能

23、接地和保护接地；信息技术设备的功能接地和保护接地；防雷装置的接地等。总接地端子的每个接线接头应采用工具可靠地单独拆卸,保护线 保护线的截面应按下列公式进行热稳定校验：S I 2 t k 式中:S:截面，mm2；I:通过保护电器的故障电流方均根值，A；t：自动切断电源保护电器的动作时间（5 s)，s；注：需考虑回路阻抗的限流影响和保护电器的I2t的限值。k：由保护线、绝缘和其他部分的材料以及初始和最终温度 决定的系数（k值见GB 16895.3 附录A）。,保护线的最小截面,不包含在电缆本身的或不与相线共处于同一外护物（例如导管）内的每根保护线，其截面不应小于：有防机械损伤防护时，铜：2.5 m

24、m2；铝：16 mm2；没有防机械损伤防护，铜：4 mm2；铝：16 mm2。保护线可由下列一种或多种导体组成：多芯电缆中的导体；与带电导体共用外护物的绝缘导体或裸导体；固定安装的裸导体或绝缘导体；符合标准的电缆金属护套、电缆屏蔽层、电缆铠装、同心导体、金属导管等。,下列金属部件不允许用作保护线或保护等电位联结线：金属水管；含有可燃性气体或液体的金属管道；正常使用中承受机械应力的结构部分；柔性或可弯曲的金属导管；柔性金属部件；支撑线索。采用过电流保护器作为电击防护时，其PE线应与带电部 分敷设在一起或相互靠近。L=0 l（ln D+1）R 4,如果电气装置中包含有金属外护物的设备，例如低压开关

25、柜、控制盘柜或母线槽，若其金属外护物或框架同时满足如下三项要求，则可用作保护线：应利用其结构或良好的连接，以保证其机械、化学或电化学损伤的防护性能，确保其电气的连续性；应符合标准规定的最小截面的要求；应在每个预定的分接点上，便于与其他保护线连接。,采用电气检测接地状态时，不应将专用器件（如动作传感器、线圈）与保护线串联。,器具的外露可导电部分不应用于构成其他设备PE线的一部分，但符合上条规定的除外。,PEN线 只能在固定安装的电气装置中采用PEN线；而且考虑到机械强度的原因，其截面不应小于：铜10 mm2或铝16 mm2。,如果从电气装置的任意一点起，中性线和PE线分别采用单独的导体，则不允许

26、将该中性线再连接到电气装置的任何其他的接地部分（例如，由PEN线分接出的PE线）。外界可导电部分不应用作PEN线。,固定式接线的用电设备的PE线电流超过10 mA时，应按如下规定设置加强型保护线：PE线全长的截面至少为铜10 mm2 或铝16 mm2；或第2根至少按照电击防护要求相同截面的PE线直至PE线的截面不小于铜10 mm2 或铝16 mm2。要求用电设备有专用于第2根PE线的端子。,PEN线的绝缘水平应按可能遭受的最高电压确定。从变压器低压侧中性点引出的PEN线，按照过去的设计一般不采取绝缘措施，而直接敷设在金属支架或墙上，这是不符合本条的规定。,现行的有关规范和标准规定：电气设备（例

27、如开关柜）内的PEN线的绝缘方式宜由产品标准确定。这个规定不符合现在关于多电源的PEN线必须绝缘的规定，以防产生杂散电流可能对敏感设备的电磁干扰、埋地的保护线腐蚀以及在火灾或爆炸危险场所起火。,低压开关柜产品标准规定，开关柜内母线的截面：400 mm2 800 mm2 时，PEN线最小为相线的 25%。,固定式接线的用电设备的PE线电流超过10 mA时，应按如下规定设置加强型保护线：PE线全长的截面至少为铜10 mm2 或铝16 mm2；或第2根至少按照电击防护要求相同截面的PE线直至PE线的截面不小于铜10 mm2 或铝16 mm2。要求用电设备有专用于第2根PE线的端子。,保护导体电流的最

28、大交流限值 接自额定电流值 32 A的单相或多相插插座系统的用电设备。,：,对于没有为PE导体设置专门措施的固定式用电设备，或接自额定电流值32 A的单相或多相插座系统的用电设备。,剩余电流保护器,剩余电流保护器（RCD）选择原则 RCD的型式及特性 保护要求：故障保护；附加保护 供电的连续性 使用的人员 RCD的型式 其动作与供电电压无关 其动作与供电电压有关,判断:住宅宜采用电子式剩余电流保护器作为接地故障 保护装置？,保护要求 单相RCD：确保供电电压 1.1 UN 85 V 三相RCD：确保供电电压 1.1 UN 0.7 UN 采用依靠供电电压动作的RCD（例如电子式RCD），应校验接

29、地故障时的残压是否满足上述要求。同时应加强对控制线路的监护，确保其动作可靠。为避免由于剩余电流（PE线电流和泄漏电流）的误动作，需注意RCD负荷侧的设备累计的剩余电流要小于 RCD额定剩余动作电流的0.4倍。IT系统：RCD的额定剩余动作电流至少应大于第1次接地故障电流的 2倍（第1次故障不动作）。RCD应防止由于电磁干扰而误动作。,单相,单相平波,三相星形,二脉冲桥,同上半控,相间二脉冲桥,六脉冲桥,相控,各种类型剩余电流保护器的应用范围,猝发控制,有火灾危险场所的剩余电流保护器,根据英国标准，以下两种情况生产厂家可选择:1.当N线断开时,开关可以立即动作；2.当N线断开时,开关不立即动作,待有接地故障或漏电发生时断开。海格的带功能接地的单模RCBO产品选择第二种方案,带功能接地的剩余电流保护器内部原理图,谢谢各位的关注欢迎批评指教黄妙庆 电话：01065822833 电子邮箱：,