接地系统安全和火源分析

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(一)TT系统

TT系统如图4－4－4所示，通常变压器低压侧中性点的工作接地电阻R₀=4Ω，电气设备外壳接地电阻R_d也为4Ω，且电气设备外壳与地同电位，不会产生电弧或火花。但当外壳出现单相接地故障时，就不同了。如果忽略导线电阻不计，则单相接地电流为：

如果电气设备已进行了接地措施，接地电流将同时沿著人体和接地装置流过，流经人体和接地装置电流大小，与电阻成反比关系。

当设备的某一相与金属外壳相碰，形成该相对中性线的单相短路时，短路电流I_d=I_dL将通过设备外壳和中性线形成闭合回路。由于外壳、中性线和相线的合成电阻很小，短路电流将很大，往往都大于三倍的熔丝(片)额定电流，从而使保护设备迅速动作，使故障设备从线路中切除，就是在故障瞬间，人体触及故障设备外壳，通过人体的电流也是很小的，从而达到对人身和设备的保护作用。

1．TN－C系统

TN－C系统是我国广泛采用的系统，在这个系统，由于中性线与保护线是合一的，为了防止触电事故，必须将电气设备外壳与PEN线作良好的电气连接。如果电气设备外壳既不与PEN线连接，又不与大地作良好电气连接时，则是不安全的。

如图4－4－9所示，当电气设备绝缘损坏，使外壳带电时，漏电流很小，不足以使熔断器熔丝熔断，设备外壳也将长期存在电压，当人体触及该外壳时，就会有电流流过人体，其值为：

而前面图4－4－8所示的是一个无重复接地的TN系统。当接零电气设备发生单相短路时，从短路起，到保护装置动作完毕，切断电源的短时间内，其对地电压，即短路电流在PEN线上产生的电压降为：

再一个问题是，这种系统单相电流比较小，三相电压的对称性并不被破坏，单相短路持续时间可达两小时。在此时间内由短路电流形成的间歇电弧，及由间歇电弧产生的过电压使绝缘的击穿都将产生点火源，从而扩大事故，形成火灾。

2．在，TN系统中，不能采用有的设备接地，有的设备接零的不合理接地方式。

由同一台发电机，同一台变压器，同一段母线供电的线路也不应采用两种工作制，如图4－4－13所示。如果采用保护接地措施的D设备发生碰壳接地，I_d很小，保护装置不能及时动作，设备外壳和接地线上，就会长期存在危险电压。该电压不但危及人身安全，而且在车间还会向金属构件放电，形成火花。另外，凡是与N线联接的设备外壳电压也都升高，从而使故障范围扩大。

3．TN－C系统中的中性线是兼作保护线的，在线路上接有很多三相对称负荷和单相负荷，这些负荷很容易造成系统三相负荷的不平衡。正常时PEN线中除有不平衡电流通过外，还有漏电流和电容电流，因此PEN线上有电压降，约为10～40V。该电压就是与PEN线联接的各设备的对地电压。它虽对人不会造成危险，但在有易燃易爆物的地方，产生火花放电却是危险的。

尤其在PEN线断线的情况下，会构成潜在的电点火源。

例如：某油库车站，靠装卸台停有一列载有五节汽油、两节机油的列车。当工作人员联接好管道，将1号泵房鹤管与油槽车罐口相碰时，突然发出长达10cm的强烈火花，幸好油槽车内装的是机油，未酿成事故。该强烈火花，是由于PEN线断线造成的，如图4－4－14所示。

油库区所有电气设备和输油管道均采用保护接零，并有重复接地。

由于铁轨也是接地的，可视轨道对地电位为零。输油管(鹤管)与铁轨油槽车之间电压就是PEN线与大地间的电压，经实测为2～12V。当用金属导线将输油管与铁轨连接，立即产生与卸油时同样的火花。这个电压是由于三相负荷不平衡，引起PEN线电位偏移造成的。不同负载下，PEN线与铁轨之间的电压，如表4－4－1所示。

表4－4－1PEN线与铁轨间的电压

正常时PEN线电阻远小于接地电阻，三相不平衡电流绝大部分通过PEN线回到变压器，通过接地装置的分流近于零。当PEN线断线时，不平衡电流被迫经接地装置和大地回到变压器。不平衡电流I₀₁就在1号泵房电机的接地电阻R_d1上产生电压降I₀₁R_d1，该电压就是鹤管与铁轨间形成异常火花的电压。

4．允许切断中性线的有关范围

严格讲，PEN线断开，会使接零设备上呈现危险的对地电压，所以在PEN线上装设开关和熔断器是不允许的，如在380／220V系统中的PEN线和具有接零要求的单相设备，就不允许装开关和熔断器。如果装设自动开关，只有当过电流脱扣器动作后能同时切断相线时，才允许在PEN线上装设过流脱扣器。

而对于分布很广的单相线路，如果用电环境正常，没有保护接零要求(如宿舍、办公楼、商店和仓库等)就可以在PEN线和相线上同时装设开关和熔断器，这样就有利于控制短路事故的持续时间，减轻火灾的威胁。如果只在一相上装设开关和熔断器，由于相线和PEN线容易互相接错，而使相线处于无保护状态，当都接上后就减少了这种危险。就是在PEN线熔断器熔断、相线带电的情况下，由于设备外壳不接零，故是不会带电的(但绝缘损坏时有危险)。为了提高安全的可靠性，PEN线用绝缘导线；为达其PEN线，相线都切断的目的，可采用双极刀闸开关，以避免PEN线切断而相线未断的情况。

5．中性线的选择

变压器中性点引出的中性线可用钢母线；车间内若为TN－C－S系统，则行车轨道、金属结构构架可选作保护接地线，设备外壳都与它相连接，外壳不会有危险电压；专用中性线的截面应大于相线截面的一半；四芯电缆的中性线与电缆钢铠焊接后，也可做为TN系统的N(PEN)线；金属钢管也可作为中性线使用，但爆炸危险环境N线和PEN线必须分开敷设。