间接接触电击防护：IT系统

接地和接零
　
 IT 系 统

   IT系统即保护接地系统，保护接地是应用最广泛的安全措施之一，不论是交流设备还是直流设备，不论是高压设备还是低压设备，都采用保护接地作为必须的安全技术措施。

一、接地的基本概念

   接地，就是将设备的某一部位经接地装置与大地紧密连接起来。

1.接地分类

     接地分为临时接地和固定接地两种。临时接地又包含检修接地和故障接地。固定接地又分为工作接地和安全接地，安全接地包含保护接地、防雷接地、防静电接地、屏蔽接地等。工作接地是指为维持电力系统正常运行而在变压器或发电机中性点的接地。

2.接地电流和接地短路电流

    凡从接地点流入地下的电流即为接地电流。系统一相接地可能导致系统发生短路，这时的接地电流叫做接地短路电流。在高压系统中，接地短路电流可能很大，接地短路电流在500A及以下的称小接地短路电流系统；接地短路电流大于500A的称大接地短系统。
3. 流散电阻和接地电阻
    流散电阻是接地电流在土壤中遇到的全部电阻。接地电阻是接地体的流散电阻与接地线的电阻之和。接地线的电阻一般很小，可忽略不计，因此，在绝大多数情况下可以认为流散电阻就是接地电阻。
4. 对地电压和对地电压曲线
    对地电压就是带电体与电位为零的大地之间的电位差。显然，对地电压等于接地电流和接地电阻的乘积：Ud=Rd×Id。电流通过接地体向大地作半球形流散，与半球面积对应的土壤电阻随着远离接地体而迅速减小，在离开接地体20m以外，电流不再产生电压降。电气工程上通常说的“地”就是这里的地。如果用曲线来表示接地体及其周围各点的对地电压，这种曲线就叫做对地电压曲线。下图所示的是单一接地体的对地电压曲线。

5.接触电压

    接触电压是指加于人体某两点之间的电压，如上图所示。
6.跨步电压
    跨步电压是指人站在流过电流的地面上,加于人的两脚(人的跨距按0.8m计)之间的电压，如上图中的Uw1和Uw2。

二、 IT系统的安全原理

　　在不接地配电网中，当一相碰壳时，接地电流IE通过人体和配电网对地绝缘阻抗构成回路。如各相对地绝缘阻抗对称，即 Z1=Z2=Z3=Z，则运用戴维南定理可以比较简单地求出人体承受的电压和流经人体的电流。

1． 各种不接地配电网
保护接地适用于各种不接地配电网。在这类配电网中，凡由于绝缘损坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，除另有规定外均应接地。它们主要包括：
(1) 电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具的金属底座和外壳；
(2) 电气设备的传动装置；
(3) 屋内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架，以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门；
(4) 配电、控制、保护用的屏(柜、箱)及操作台等的金属框架和底座；
(5) 交、直流电力电缆的金属接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和电缆的金属护层，可触及的金属保护管和穿线的钢管；
(6) 装有避雷线的电力线路杆塔；
(7) 装在配电线路杆上的电力设备；
(8) 在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地短路电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔等。
2. 电气设备的某些金属部分
电气设备下列金属部分，除另有规定外，可不接地：
(1) 在木质、沥青等不良导电地面，无裸露接地导体的干燥的房间内，交流额定电压380V及以下，直流额定电压440V及以下的电气设备的金属外壳；但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其他物体时，则仍应接地；
(2) 在干燥场所，交流额定电压127V及其以下，直流额定电压110V及其以下的电气设备的外壳；
(3) 安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时不会在支持物上引起危险电压的绝缘子的金属底座等；
(4) 安装在已接地金属框架上的设备，如穿墙套管等(但应保证设备底座与金属框架接触良好)；
(5) 额定电压220V及其以下的蓄电池室内的金属支架；
(6) 由发电厂、变电所和工业企业区域内引出的铁路轨道；
(7) 与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。
    此外，木结构或术杆塔上方的电气设备的金属外壳一般也不必接地。

四、接地电阻的确定
保护接地的原理是限制漏电设备外壳对地电压在安全限值UL以内,即漏电设备对地电压UE=IERE≤UL。各种保护接地电阻就是根据这个原则来确定的。
1. 低压设备接地电阻
在380V不接地低压系统中，单相接地电流很小，为限制设备漏电时外壳对地电压不超过安全范围，一般要求保护接地电阻RE≤4Ω。当配电变压器或发电机的容量不超过100kVA时，可取RE≤10Ω。
2. 高压设备接地电阻
(1) 小接地短路电流系统
如果高压设备与低压设备共用接地装置，要求设备对地电压不超过120V，其接地电阻为              
RE≤120/IE≤10Ω
式中 : RE ——接地电阻, IE ——单相接地电流,A。
如果高压设备单独装设接地装置，设备对地电压可放宽至250V，其接地电阻为 RE≤250/IE≤10Ω
(2) 大接地短路电流系统
在大接地短路电流系统中，由于按地短电流很大，很难限制设备对地电压不超过某一范围，而是靠线路上的速断保护装置切除接地故障。要求其接地电阻为:                                                RE≤2000/IE
但当接地短路电流IE>400OA时，可采用RE≤0.5Ω
3. 架空线路和电缆线路的接地电阻
无避雷线的高压电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆的接地电阻RE≤30Ω。低压电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆的接地电阻RE≤10～30Ω。三相三芯电力电缆两端的金属外皮均应接地。

五、绝缘监视
    在不接地配电网中，发生一相故障接地时，其他两相对地电压升高，可能接近相电压，这会增加绝缘的负担、增加触电的危险。而且，不接地配电网中一相接地的接地电流很小，线路和设备还能继续工作，故障可能长时间存在。这对安全是非常不利的。因此，在不接地配电网中，需要对配电网进行绝缘监视，并设置声光报警信号。下图左为低压绝缘监视，右图为高压绝缘监视

     用三支电压表分别在线路三相和接地装置之间。电压表的要求如下：
①三只电压表的规格相同
②电压表量程选择适当。
③选用高内阻的电压表。
以上监视方法对一相接地故障很敏感，但其缺点：
①三相绝缘同时降低故障无反应。
②三相绝缘在安全范围内，但相差较大时，会出现误信号。
    在低压配电网中，为了比较准确地检测配电网对地绝缘情况，可以借用专用方法测量绝缘阻抗。下左图表示一种无源测量装置的基本线路。右图表示有源测量装置的基本线路。

　　
  
无源测量装置的基本线路         　　　　    有源测量装置的基本线路

六、过电压的防护

由第一章第四节的分析可知，不接地配电网，由于配电网与大地之间没有直接的电气连接，在意外情况下可能会使整个低压系统产生很高的过电压，将给低压系统的安全运行造成极大的威胁。

   不接地低压配电网中性点接地

    为了减轻过电压的危险，在不接地低压配电网中，应当如左图所示的那样，把低压配电网的中性点或者一相经击穿保险器接地。正常情况下，击穿保险器处于绝缘状态，配电网仍为不接地系统；故障时，保险器击穿击，配电网变成接地系统，只要RE≤4Ω，就能控制低压各相电压的过分升高，也可能引起高压系统的过流装置动作，切断电源。两只相同的内阻电压表是用来监视击穿保险器的绝缘状态的。