接地的目的:
1、在電力系統中,運行需要的接地,如中性點接地等,稱為工作接地。
2、電氣設備的金屬外殼,鋼筋混凝土桿和金屬桿塔等,由于絕緣損壞有可能帶電,為了防copy止這種電壓危及人身安全而設的接地,稱為保護接地。保護接地是中性點不接地的低壓配電系統和電力高壓系統中,電氣設備和電氣線路最采用的一種保安措施。
3、接地電壓保護裝置,如避雷針、避雷器和保間隙等,為百了消除過電壓危險而設的接地,稱為過電壓保護接地。
4、易燃油、天然氣貯罐和管道等,為了防止靜電危險影響而設的接地,稱為防靜電接地。
接地的作用:
1.防止電磁耦合干擾:如數字設備度接地;射頻電纜布線屏蔽層接地等;
2.防止強電和雷擊通信設備:如列架及一般通信設備機殼接地,防止設備、儀表、人身傷害;
3.通信系統工作需要:如海纜中繼設備的遠供系統采用導線——大地制方式。
電氣接地的原理和目的
首先,我們要知道接地的目的是什么!看下圖:
仔細觀察,我們會發現右圖的電池負極線路有接地標識。這說明,電池負極為零電位,它為全電路定義了電壓參考點。這種接地叫做工作接地,工作接地的目的就是為系統構建零電位點。
這張圖中,T是電力變壓器的低壓側繞組。低壓繞組的中性線實施了工作接地,注意是接大地。我們把工作接地后的中性線引出,它就是大名鼎鼎的零線,符號是PEN,定義名稱是保護中性線。注意:圖中的配電系統,有了工作接地,線路中各處的對地電位就是明確的,不會發生偏移。
圖中的負載電阻Ra、Rb和Rc不相等,如果零線沒有工作接地,它的末端電位就會偏離零電位點。有了工作接地,零線的電位被強制性地限定為大地的零電位。這就是工作接地的目的。
這張圖中,我們看到了變壓器低壓側繞組的中性線N執行了工作接地,并且以PEN零線的形式引出。注意到在負載側的引入端,零線再次重復接地,其目的是確保零線線路末端的電位依然為零。這樣做的就能夠防止零線過長引起零線末端的零電位偏離,防止因為零線斷裂而引起的零電位偏離。
注意到一個重要事實:盡管零線電位為零,但零線電流絲毫不受影響。也就是:零線電流的大小與零線電位為零無關!為何如此?因為零線的電壓是節點電壓,不是歐姆定律定義的電壓。零線電壓遵循基爾霍夫第二定律KVL,不遵循歐姆定律。
這張圖就是TN-C接地系統。圖中左起第一個負載,我們看到零線首先引入到用電設備的金屬外殼,然后再引入到零線接線端子,于是用電設備外殼的電位為零。這種接法叫做保護接零。
保護接零的目的是什么?
其一:若用電設備的內部發生火線碰殼事故,由于外殼接零,于是外殼的電位為零。此時,若有人正在觸摸用電設備的外殼,由于外殼為零電位,以此保障了人身安全。
其二:注意到零線電流與零線電壓無關。當上述碰殼事故發生后,接零電流相當于火線對零線短路,于是線路中的保護裝置(斷路器或者熔斷器)就會執行線路保護切斷故障線路。
這張圖中,我們看到變壓器低壓側繞組工作接地后,以中性線N的形式引出。也就是說,TT接地系統具有工作接地。
用電設備的外殼單獨接地,與N線無關。這種接地叫做保護接地。
用電設備的外殼執行保護接地后,一旦發生碰殼事故,由于用電設備的外殼為零電位,確保了人身安全防護。同時,故障電流形成接地電流,經過地網再返回變壓器中性點。由于地網的阻抗較大,因此故障電流較小,無法啟動斷路器或者熔斷器執行線路保護。這時,就需要在系統中安裝漏電保護器來執行線路保護。
一般地,漏電保護器的動作電流設定為30mA。
IEC提出了另外一種接地形式,以滿足配電系統的接地需求,這就是TN-S接地系統。
注意看圖中的變壓器中性點,它工作接地后以中性線N和保護線PE的形式引出。
在負載側,負載的外殼接到PE線上。由于PE線就是地線,所以用電設備的這種防護也叫做保護接地。
TN-S的保護接地與TT的保護接地有何不同?
當TN-S接地系統中用電設備的外殼發生碰殼事故,故障電流沿著PE地線返回電源,線路阻抗很小。又因為地線PE與中性線N在電源側是接在一起的,接地電流相當于相線對N線的短路,故障電流較大,能夠啟動線路中的保護裝置執行線路保護。同時,TN-S接地系統是可以安裝漏電保護器的。TN-S接地系統中的人身安全防護相對其它接地系統要完善得多。
值得注意的是:IEC規定X相X線的線制中,“X線”指的是正常運行時有電流流過的線路。PE線在正常運行時沒有電流流過,因此它不算線。故而,TN-S接地系統屬于三相四線制。
IEC還把TN-C系統與TN-S接地系統聯合起來,形成TN-C-S接地系統。
注意看圖中的負載,靠左側的用電設備屬于保護接零,系統中存在零線PEN;靠右側的用電設備屬于保護接地(保護接PE地線),局部系統中沒有零線,只有中性線N和地線PE。
一般地,在零線分開為中性線N和地線PE時,分開點需要配套重復接地。
下面看一張居家配電系統的TN-C-S接地系統圖。
在圖中,我們看到了電力變壓器T,它的中性線接地,然后以PEN零線的形式引出。同時,三條相線引入到總斷路器中。在總斷路器下端的出線側,三條相線(火線)和PEN線(零線)一起,經過電纜引入到居家配電的入口處。此處的接地系統符合TN-C接地系統。
在居家配電的入口處,零線PEN首先接到重復接地的扁鋼LEB處,在這里一分為二,成為PE地線和N中性線。從這里開始,接地系統變成TN-S。由于它是經由TN-C改變接線而得到的,因此IEC把它叫做TN-C-S接地系統。
注意到圖中的相線經過總開關QF0后,和中性線一起引入到電度表中。在電度表的出口處,系統中的相線L、中性線N和PE地線一起入戶,到達我們居家的配電箱中。
居家配電箱中,安裝了總進線開關,總漏電開關,還有若干饋電開關。圖中的電冰箱就接在最右側的饋電回路末端。我們看到,電冰箱的外殼是接PE地線的。
當電冰箱的外殼發生碰殼事故后,地線PE將流過故障電流,而相線中的電流也會增加,于是總進線開關處的漏電保護器會執行保護動作,驅動總開關跳閘;同時,電冰箱回路的饋電開關也會跳閘。由于我們設計總漏電開關的動作時間略微滯后于饋電開關,因此電冰箱回路所在的饋電開關會先跳閘,由此實現了上下級開關動作的選擇性。
接地方式有哪幾種?電氣接地的幾種方式?
接地的類型和作用不同的電路有不相同的接地方式,電子電力設備中常見的接地方式有以下幾種:
1、安全接地
安全接地即將高壓設備的外殼與大地連接。一是防止機殼上積累電荷,產生靜電放電而危及設備和人身安全,例如電腦機箱的接地,油罐車那根拖在地上的尾巴,都是為了使積聚在一起的電荷釋放,防止出現事故;二是當設備的絕緣損壞而使機殼帶電時,促使電源的保護動作而切斷電源,以便保護工作人員的安全,例如電冰箱、電飯煲的外殼。三是可以屏蔽設備巨大的電場,起到保護作用,例如民用變壓器的防護欄。
2、防雷接地
當電力電子設備遇雷擊時,不論是直接雷擊還是感應雷擊,如果缺乏相應的保護,電力電子設備都將受到很大損害甚至報廢。為防止雷擊,我們一般在高處(例如屋頂、煙囪頂部)設置避雷針與大地相連,以防雷擊時危及設備和人員安全。安全接地與防雷接地都是為了給電子電力設備或者人員提供安全的防護措施,用來保護設備及人員的安全。
3、工作接地
工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。這個基準電位一般設定為零。該基準電位可以設為電路系統中的某一點、某一段或某一塊等。當該基準電位不與大地連接時,視為相對的零電位。但這種相對的零電位是不穩定的,它會隨著外界電磁場的變化而變化,使系統的參數發生變化,從而導致電路系統工作不穩定。當該基準電位與大地連接時,基準電位視為大地的零電位,而不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不合理的工作接地反而會增加電路的干擾。
4、信號
信號地是各種物理量信號源零電位的公共基準地線。由于信號一般都較弱,易受干擾,不合理得接地會使電路產生干擾,因此對信號地的要求較高。
5、模擬地
模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線。模擬電路中有小信號放大電路,多級放大,整流電路,穩壓電路等等,不適當的接地會引起干擾,影響電路的正常工作。模擬電路中的接地對整個電路來說有很大的意義,它是整電路正常工作的基礎之一。所以模擬電路中合理的接地對整個電路的作用不可忽視。
6、數字地
數字地是數字電路零電位的公共基準地線。由于數字電路工作在脈沖狀態,特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時,會產生大量的電磁波干擾電路。如果接地不合理,會使干擾加劇,所以對數字地的接地點選擇和接地線的敷設也要充分考慮。
7、電源地
電源地是電源零電位的公共基準地線。由于電源往往同時供電給系統中的各個單元,而各個單元要求的供電性質和參數可能有很大差別,因此既要保證電源穩定可靠的工作,又要保證其它單元穩定可靠的工作。電源地一般是電源的負極。
8、功率地
功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高,如果接地的地線電阻較大,會產生顯著的電壓降而產生較大的干擾,所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設置,以保證整個系統穩定可靠的工作。
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