电气设备的保护接地和保护接零
 

随着人们生活水平的日益提高，各种用途名目繁多的家用电器进入平常百姓家。如：彩电、冰箱、洗衣机、消毒柜等。这些电气设备的外壳金属或金属构架，一般来说是不带电的。但经常听说或报刊登载的报道时有发生触电伤亡事故、某人在家被电扇触电身亡、开冰箱时门带电麻手等等。

这些属于低压电气设备。我参加工作二十来年，在变电站工作也遇到过高压电气设备的外壳金属或其构架有放电、带电现象。如：巡视设备检查机构箱时感觉麻手；电缆头放电或击穿等。正常情况下，这些高压电气设备的金属外壳或构架，是不带电的。

出现上面现象的原因就是当设备的绝缘因受潮、老化，损伤或受到高温、电弧的破坏，或在超出额定工作电压下电气绝缘击穿、可能发生漏电，室外露天的电气设备因气候环境恶劣等因素，则可发生漏电；有时电器内部的电路与外壳相碰也造成了外壳带电。为了防止漏电造成人身触电事故或减轻触电的后果以及电气设备的损坏。所以必须对电气设备采用保护接地或保护接零的措施。 
　　
1 保护接地 
　　
所讲的保护接地就是将电气设备的金属外壳、构架与大地作良好的连接。保护接地在电力系统及变电运行中广泛应用和最常见，最普遍的保安措施。可以说一切高压设备，都应进行保护接地（保护接地还可以消除因静电感应或电磁感应而使外壳、构架上可能产生的感应电压）。

家用电器如冰箱、洗衣机等也采用了保护接地、厂家出的家电使用说明书，一再强调金属外壳接地，并留一根黑色导线并标有接地符号，采用三眼插头都是为了满足要求而设计的。保护接地电阻值应根据不同的情况达到相应的要求。保护接地在设备漏电时是如何起到保护作用的呢？就以几种情况加以分析。 
　　
1.1 变电运行中的的大接地电流系统 
　　
运行变电工作我是搞了二十多年，在变电站值班时，我们知道110KV及以上的高压系统中，电源的中性点通常采用直接接地方式，当电路中（或称回路）发生单相接地故障时，会有很大的接地短路电流（也称之为大接地电流系统），继电保护、微机保护会迅速动作跳闸。 
　　
在这样的系统中，设备进行了保护接地，当设备发生漏电碰壳故障时，即形成单相接地短路，继电保护装置会迅速动作跳闸，切断故障设备的电源，从而消除了危险。 
　　
1.2 小接地电流系统 
　　
在变电站、发电厂设置的35KV、10KV及以下的高压系统中，电源中性点通常是不接地或经消弧线圈接地的。这一系统中当电路发生单相接地故障时，接地电流不大，同时线电压的对称性不变，所以还可以维持对负载供电一段时间（2——8小时），在变电站控制室要发异常信号（接地信号，不跳闸）。这一系统称之为小接地电流系统。 
　　
设备外壳进行了保护接地，设备发生碰壳故障时，相当于发生了单相接地，这时有接地电流Id（其性质为非故障两相对地电容电流之和）通过保护接地电阻Rb。

故障设备的外壳对地电压Ud=Id*Rb。由于小接地电流系统中，Id一般不超过30A，（10KV系统、35KV系统分别为Id<30A；Id<10A），所以只要限制Rb的数值，便可将Ud限制在一定的范围内。我参加验收的两个变电站，实测接地电阻Rb都小于10欧姆（符合规程要求）。当设备碰壳时，设备外壳未进行接地时，其接地电压Ud=U/√3，对设备绝缘不利，损坏电器设备，危险要大得多。 
　　
以上分析可知，在小接地系统中，保护接地的原理是：当设备发生漏电、碰壳故障时，保护接地大大降低了故障设备外壳对地电压，所以减轻了触电的危险程度。

但应指出这个对地电压对人仍有一定的危险性，并不能绝对保证人的安全。（规程指出：室外工作，接近故障点8m、室内4m，进入上述范围要有绝缘措施）。由于电路并不跳闸，故障会持续存在，危险并不能消除。

关于保护接地的原理，也可从电流的角度来进行分析：如人触及了故障设备外壳，接地电流Id将沿着设备接地电阻Rb和人体电阻Rr两条支路通过。由于Rr（=1000欧姆以上）>>Rb（=10欧姆以下）。所以Ib>>Ir，所以流过人体的电流大大受到了限制，所以减轻了触电伤害。 
　　
保护接地在低压系统及家用电器的应用原理也是一样的。 
　　
1.3 中性点不接地的低压系统 
　　
原理和上面谈的是一样，在我国没有这种接线方式（特殊行业以外）普遍应用。 
　　
1.4 中性点直接接地的低压系统 
　　
我们日常生活用电就是这样的接线方式。 
　　
电动机的保护接地电阻为Rb，当其发生碰壳故障时，由于电源中性点是接地的，则碰壳即形成单相短路。短路电流Id=U∮/（R0+Rb）=220/8=27.5A，（U∮=220V，Rb=R0=4欧姆）。可以看出短路电流不很大，电动机的熔丝或自动开关不会动作，故障可以持续存在。 
　　
这时，故障设备外壳的对地电压U∮*Rb/（R0+Rb）=110V （U∮=220V，R0=Rb=4欧姆）可以看出，由于有了保护接地，故障设备外壳的对地电压得到降低，保护的作用就非常明显，但仍有缺点存在（Ud、Id的存在），由于在家用电气设备上不是很理想的。 
　　
2 保护接零 
　　
常用的低压电网是中性点直接接地的，低压电气设备又与人们接触最多，使用不当，往往造成严重的触电事故。触电事故的统计资料表明，多数发生在低压设备和电路上，所以对低压系统的安全保护应有较多的要求：一旦发生设备漏电、碰壳故障，最好能迅速切断电源。由上面对保护接地的分析可知，在中性点接地的低电压网中，保护接地一般是达不到这一点的。

如果采用降低保护接地电阻Rb和中性点接地电阻R0来提高故障电流达到保护切断，从理论上来说虽然可以，但不经济。为了达到保护切断，简单有效的方法是将电气设备的金属外壳、构架与电路的零线作良好的连接——即保护接零。 
　　
设备一旦发生漏电碰壳故障，即形成单相金属性短路，一般都有足够大的短路电路，能使保护装置达到自动切断。根据保护装置的特性，要使自动开关迅速动作，短路电流应达其整定值的1.25倍；要使熔丝（保险或自动开关），短路电流应达熔丝（保险）额定值的3倍。当电路中零线的容量不小于相线容量的一半时，通常能达到上述要求。 
　　
保护接零是中性点直接接地的低压电网中较为可靠的保护方式，但采取这种方式必须具备下述两个条件。 
　　
（1）电源中性点必须是直接接地的。即保护接零方式不能用在中点不接地的低压系统中。如果在中点不接地的系统中，采用保护接零方式，当电路发生一相接地故障时，电源的中性点、中性线和所有接零设备的外壳上将呈现相电压数值的对地电压，这是非常危险的。 
　　
（2）采取保护接零方式时，零线一定要牢固可靠，有足够的机械强度，不能断线，一旦零线因故断线便失去了作用。
　　
采用保护接零方式，为了防止零线万一断线，应在零线的适当位置进行多处接地即重复接地。实践和理论分析证明，重复接地不仅是接零保护的后备保护，而且可以提高保护接零的效果，它可以降低故障设备的对地电压，也看作接零保护的重要组成部分。

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