低壓配電系統的保護接地與保護接零

 接地：出于不同目的，將電氣裝置中某一部位經接地線或接地體，與大地做良好的電氣連接。工作接地是指為運行需要而將電力系統或設備的某一點接地，如變壓器中性點直接接地等；保護接地是指為防止人身觸電事故而將電氣設備的某一點接地，如電氣設備的金屬外殼接地等。

電氣設備不接地的前提下，分別考慮電源中性點接地以及不接地兩種情況。

1.電源中性點直接接地的電網中，電氣設備不接地的危險性


如上圖所示，當電氣設備絕緣異常時外殼帶相電，人體觸及設備外殼時，電流流過人體的路徑為：設備外殼->人體->大地->電源中性點。假設人體電阻RB為1700Ω，接地電阻R0為4Ω,則流過人體的電流大小為：


超出安全范圍，造成人身傷害。

2.電源中性點不直接接地的電網中，電氣設備不接地的危險性


若電氣設備發生故障，外殼帶相電時，人體觸及設備外殼，電流流過人體的路徑為：設備外殼->人體->其他兩相線路對地分布電容->其他兩相電源。此時流過人體的電流大小為：


其值大小取決于電纜對地容抗?？偟膩碚f，這種情況下可能造成人身觸電。

電氣設備接地的前提下，分別考慮電源中性點接地以及不接地兩種情況。

1.TT系統

電源中性點直接接地，電氣設備的金屬外殼經各自的保護線PE直接接地的三相四線制低壓配電系統。


當電氣設備外殼帶電時，假設接地電阻RE=R0=4Ω，人體電阻RB=1700Ω，此時電源線路中故障電流為：


即使線路中安裝有斷路器，通常不足以發揮斷路器的過載保護功能，因而電源線路并未切斷，這將使得電氣設備外殼長期存在110V的對地電壓，當人體觸及帶電外殼時，流過人體的電流為：


會造成人身傷害。

2.IT系統

電源中性點不接地，而電氣設備的金屬外殼經各自的保護線PE直接接地的三相三線制低壓配電系統。


在IT系統中，當電氣設備的絕緣損壞使外殼帶電且人體觸及外殼時，電流同時從接地體和人體流過。由于人體的電阻要比接地電阻Re大很多，流經人體的電流也就比流過接地體的電流小很多，此時電氣設備接地保護發生作用，保護人身安全。

綜上所述，保護接地主要應用于中性點不接地的電網中（IT系統），工作原理就是并聯電路中電阻的分流作用。因此接地電阻的數值對于保護效果是至關重要的。

第二部分：保護接零

接零保護的工作原理：電氣設備正常工作時，零線不帶電（或者電壓很?。?，由于電氣設備外殼與電源零線連接，人體觸摸設備外殼并沒有危險。當電動機等用電設備發生“碰殼”故障時，相線與零線短接，短路電流足以使安裝在電源線路上的熔斷器或者斷路器發揮短路保護功能，從而切斷電源。


注意：當設備發生“碰殼”故障到熔斷器或斷路器切斷電源的時間間隔內，此時流過人體的電流如下圖所示。


不考慮電纜電阻時，很顯然此時電氣設備外殼對地電壓為220V，若人體觸及外殼時非常危險；若考慮電纜電阻，其中RΦ為相線電阻，RN為零線電阻，假設相線電纜截面為零線電纜截面的2倍，設備外殼電壓：


此時人體觸及外殼時將承受147V的電壓，同樣很危險。總的來說，保護接零的有效性在于線路的短路保護裝置能否快速切斷電源。

TN系統：電源的中性點接地，負載設備的金屬外殼通過保護線連接到此接地點的低壓配電系統。

接零保護的三種形式

1.TN-C系統

這種配電系統的零線N和保護線PE為同一根線，成為PEN線。


存在的問題：若PEN某一點P處斷開，在P點以后的設備外殼上，由于負載中性點的偏移，可能出現危險電壓。更為嚴重的是，若P點以后的某一設備發生“碰殼”故障，即使線路上安裝有斷路器或熔斷器也不會動作，導致后面的設備外殼上長期帶有相電壓，非常危險。

2.TN-S系統

TN-S系統的零線N和保護線PE是分開設置的，所有設備的外殼只和公共的PE線連接。


這種配單系統中，零線N的作用是通過單相負載的電流或者三相不平衡電流，成為工作零線；PE線為保護零線。零線N斷開時只會影響單相負載的正常使用，并不會使其他設備外殼帶電（前提是保護線PE不能斷開）。

3.TN-C-S系統