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380V低壓配電系統(tǒng)中接地技術(shù)的探討
2017-8-24 閱讀(1737)
電氣設(shè)備需要接地的部分與大地作良好的電氣連接稱為接地。接地是確保電氣設(shè)備正常工作和安全防護(hù)的重要措施。本文結(jié)合工作實(shí)際情況介紹了380V低壓配電系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式,分析了接地與不接地系統(tǒng)特性。對(duì)380V電網(wǎng)各種接地方式的安全性進(jìn)行了比較。zui后給出了不接地電網(wǎng)中低壓電器的選擇。
1、380V低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式
在低壓配電系統(tǒng)中,由于低壓設(shè)備的絕緣裕度大,不同的中性點(diǎn)接地方式都能使用同樣的電氣設(shè)備,所以中性點(diǎn)的接地方式將影響絕緣投資。而動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)采用小電流接地方式后,可明顯提高運(yùn)行可靠性。它不僅可避免單相接地時(shí)造成開關(guān)跳閘和電動(dòng)機(jī)突然停電,而且對(duì)于采取熔斷器保護(hù)的電動(dòng)機(jī),可以防止因單相短路熔斷一相而引起的電動(dòng)機(jī)兩相運(yùn)行(低壓電動(dòng)機(jī)由于兩相運(yùn)行導(dǎo)致?lián)p壞的要占70%左右)。但是鑒于以下兩個(gè)主要原因,過(guò)去很少采用小電流接地方式:一是為了能與照明混合供電;二是沒有經(jīng)濟(jì)適用的能正確指示接地回路的信號(hào)裝置。
1.1 動(dòng)力與照明混合供電
照明回路多為單相負(fù)載,而動(dòng)力設(shè)備多為三相負(fù)載。如果照明設(shè)備配置不當(dāng),大量的照明設(shè)備集中于一相,使線路三相負(fù)載不對(duì)稱,將造成中性點(diǎn)電位偏移,中性線電流過(guò)大。中性點(diǎn)電位偏移將引起三相電壓的不對(duì)稱,嚴(yán)重影響變壓器和電動(dòng)機(jī)的出力,也會(huì)造成某相電壓過(guò)高,使該相電器燒毀。由于中性線*通過(guò)大電流,而一般情況下中性線截面小于相線截面,還易使中性線斷線。
動(dòng)力設(shè)備的啟動(dòng)與停止,會(huì)造成線路電壓大幅度升降,這必然會(huì)影響照明設(shè)備的照明效果與照明功率,影響到照明設(shè)備的壽命。380V網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)直接接地后,各相對(duì)地電壓固定為220V,若采用小電流接地方式,盡管在正常情況下對(duì)地電壓不會(huì)超過(guò)250V,但在發(fā)生單相接地期間,另外兩相的對(duì)地電壓將上升到380V,這種情況被認(rèn)為是不允許的。當(dāng)照明負(fù)荷占的比例不超過(guò)10%時(shí),可以考慮從不接地的380V動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)隔離變壓器供電。
1.2 單相接地回路的信號(hào)裝置
中性線必須保證有足夠的截面和強(qiáng)度,從而保證通過(guò)較強(qiáng)電流時(shí)中性線不斷線,嚴(yán)禁無(wú)中性線運(yùn)行。過(guò)去在不接地的高壓網(wǎng)絡(luò)中,一般要采用“試?yán)?rdquo;的方法。即發(fā)生單相接地時(shí),依次短時(shí)切除各條線路來(lái)觀察接地故障是否消除,從而確定哪一條線路上發(fā)生接地。這種“試?yán)?rdquo;的方法在線路較少、接線比較簡(jiǎn)單的高壓網(wǎng)絡(luò)中還是可行的。對(duì)于380V網(wǎng)絡(luò),由于負(fù)荷的回路多,延伸面廣,采用“試?yán)?rdquo;方法尋找接地,工作量很大,要在短時(shí)間(2h)內(nèi)找到接地回路是困難的,還不如采用直接接地方式使單相接地變?yōu)閱蜗喽搪?以自動(dòng)切除接地故障回路來(lái)得方便。在不接地網(wǎng)絡(luò)中,單相接地時(shí),純粹是電容電流,而380V網(wǎng)絡(luò)電容電流的特點(diǎn)是數(shù)值小而變化范圍大,這與采用的電纜型式有關(guān)。對(duì)于無(wú)金屬保護(hù)層的全塑型電纜,其對(duì)地電容電流可以認(rèn)為是沒有的。以前,如果要采用能指示單相接地回路的信號(hào)裝置,由于電壓低,接地電容電流比高壓網(wǎng)絡(luò)小得多,要制造一種動(dòng)作正確、價(jià)格便宜的裝置在技術(shù)上存在一定的困難,但是,隨著技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已有可靠的能指示單相接地回路的信號(hào)裝置。
2、380V網(wǎng)絡(luò)的安全性對(duì)比
在接地故障時(shí),人身安全和設(shè)備安全必須得到保證。有關(guān)文獻(xiàn)曾提到:通過(guò)人體的工頻電流達(dá)到2～7mA,人會(huì)感到電擊處強(qiáng)烈麻刺,肌肉抽筋;當(dāng)電流增至8～10mA,針刺感、疼痛感增強(qiáng)發(fā)生痙攣而抓緊帶電體,但zui終能擺脫帶電體;當(dāng)接觸電流達(dá)到20～30mA時(shí),會(huì)使人迅速麻痹不能擺脫帶電體,而且血壓升高,呼吸困難;25～80mA時(shí),呼吸肌痙攣,電擊時(shí)間超過(guò)25～30s,可發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)或心跳停止,將危及生命;80～100mA,電擊時(shí)間超過(guò)0.1～0.3S,即可引起嚴(yán)重心室纖維性顫動(dòng)造成死亡。因而通過(guò)人體的工頻電流要在20mA以下,才能被認(rèn)為是安全的。
人體的電阻雖然很大,但人體的神經(jīng)系統(tǒng)是利用電信號(hào)工作的,只要很小的電流就可以干擾神經(jīng)系統(tǒng)的工作,而且心跳的激發(fā)和調(diào)節(jié),腦部工作等重要工作都是依賴生物電脈沖完成的,所以,人體對(duì)電流的耐受能力很差,只要稍微有點(diǎn)電流,就可以干擾到人體的正常功能。一般人能耐受的安全電流,國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)都是30mA,而成年人的電阻取1.2kΩ,算出安全電壓為36V,但有人說(shuō)兒童的電阻小,所以安全電壓也有24V或者更小之說(shuō)。
由于中性線不接地,所以漏電電流很小,即使對(duì)地漏電,也不破壞三相電的平衡,可以繼續(xù)供電運(yùn)行。IT系統(tǒng)中任何帶電部分均不能接地。對(duì)中性點(diǎn)不接地的380V網(wǎng)絡(luò),如果人體接觸到某一帶電相,則加在人體上的電壓可由圖l所示阻抗圖算得。圖1中c是每相對(duì)地的總電容,假設(shè)低壓配電電纜的變動(dòng)范圍為2～6km,電纜越長(zhǎng),電容值也越大,人體分得的電壓也越大。若按有金屬保護(hù)層的截面為3×70mm2,長(zhǎng)度為5km的電纜,則C=3.6F,X=0.89kΩ。
圖l 計(jì)算加在人體上的電壓
圖1中R為人體電阻和人足與大地接觸電阻之和,一般在2kΩ以上,計(jì)算中采用2kΩ,按矢量和復(fù)數(shù)分析法可推得加在人體的電壓為:UR=
當(dāng)電容C為3.6F時(shí),加在人體上的電壓UR=217V,略低于中性點(diǎn)接地網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)地電壓220V,其危險(xiǎn)程度與接地網(wǎng)絡(luò)相同,由上式可以看出當(dāng)X增大時(shí),UR將下降,若要達(dá)到一般環(huán)境下的65V安全電壓標(biāo)準(zhǔn),則XC應(yīng)大于19.4kΩ,相應(yīng)的每相對(duì)地電容應(yīng)小于0.16F。
按下列幾種狀態(tài)計(jì)算了380V中性點(diǎn)接地網(wǎng)絡(luò)和不接地網(wǎng)絡(luò)的電壓數(shù)據(jù),即:(1)當(dāng)兩相碰殼時(shí)的外殼對(duì)地電壓;(2)一相接地,另兩相的對(duì)地電壓;(3)正常運(yùn)行時(shí)相對(duì)地電壓;(4)人手觸及一相時(shí)的接觸電壓。算得的數(shù)據(jù)列于表1。從表1可見,中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò)除在一相接地時(shí)另兩相的對(duì)地電壓較高外,其他狀態(tài)均等同于或優(yōu)于中性點(diǎn)接地網(wǎng)絡(luò),而1年中一相接地的時(shí)間概率僅為正常狀態(tài)的0.002以下,所以中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò)的人觸電幾率要低于中性點(diǎn)接地的網(wǎng)絡(luò)。
須注意的是過(guò)去習(xí)慣上認(rèn)為中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò)在相線碰殼時(shí)對(duì)人身的危險(xiǎn)性較中性點(diǎn)接地網(wǎng)絡(luò)為大,由表l可見,這一觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。當(dāng)設(shè)備外殼的保護(hù)接地線可靠連接時(shí)相線碰殼的外殼電壓是極低的,它等于接地電容電流與保護(hù)接地電阻的乘積,zui大值不超過(guò)9V。即使在保護(hù)接地線斷線的情況下,相線碰殼時(shí)的對(duì)地電壓也只有220V。對(duì)于相對(duì)地電容小于0.16F的網(wǎng)絡(luò),當(dāng)人觸及外殼時(shí),電壓將由220v下降到65V以下,而中性點(diǎn)接地網(wǎng)絡(luò)的接零線斷線并發(fā)生相線碰殼時(shí),外殼電壓恒定為220V。特別是采用熔斷器保護(hù)的電動(dòng)機(jī),當(dāng)發(fā)生碰殼單相短路一相熔斷后,若電動(dòng)機(jī)繼續(xù)兩相運(yùn)行,此時(shí)外殼電壓有可能達(dá)120V,遠(yuǎn)比不接地網(wǎng)絡(luò)要危險(xiǎn)。
3、不接地網(wǎng)絡(luò)中低壓電器的選擇
380V中性點(diǎn)如果不接地,那么當(dāng)一相發(fā)生接地故障時(shí),另外兩相對(duì)地電壓將升高為相電壓,并且由于無(wú)返回電源點(diǎn)的通路,故障電流僅為線地間的電容電流,保護(hù)電器無(wú)法動(dòng)作切除故障。但當(dāng)用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分做保護(hù)接地后形成IT系統(tǒng),故障電流小無(wú)法切除又變成一個(gè)優(yōu)勢(shì),當(dāng)發(fā)生*接地故障時(shí),由于故障電流小,不會(huì)引起電氣事故,只需給出信號(hào)而不必切斷電源,可維持供電的持續(xù)性。當(dāng)然由于故障時(shí)相地電壓的升高,在IT系統(tǒng)中對(duì)電氣裝置的絕緣要求要比TN和TT系統(tǒng)要高。380V中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò),只有單相接地,不存在單相短路,故不需校驗(yàn)保護(hù)電器對(duì)單相短路的靈敏度,也不需校驗(yàn)導(dǎo)線和電纜在單相短路時(shí)的熱穩(wěn)定。這兩個(gè)問(wèn)題對(duì)中性點(diǎn)接地網(wǎng)絡(luò)是必須考慮的,而在中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò)中就不存在。
4、結(jié)語(yǔ)
各種接地方法都有其優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn),目前還不存在一種特別的接地系統(tǒng),接地系統(tǒng)的選擇關(guān)鍵在于針對(duì)性。380V中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò)在合理解決照明供電問(wèn)題和選用可靠的單相接地回路的信號(hào)裝置的情況下,對(duì)于某些不間斷供電要求高的場(chǎng)所及對(duì)環(huán)境有防火、防爆要求的場(chǎng)所特別適用,這應(yīng)引起重視。
