保护接地与保护接零在工程中的应用

田静

摘 要：详细介绍了电气设备“保护接地”和“保护接零”的概念、工作原理以及它们所适用的供电系统，着重从原理上澄清“保护接地”和“保护接零”的概念，使人们比较清晰地认识保护接地和保护接零的区别，并能在工程实践中正确使用这两种保护。

关键词：电气保护；保护接地；保护接零；接地电阻

中图分类号：TM862 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.158

随着我国社会经济的快速发展，种类繁多、性能各异的电气設备已进入社会生产、生活的各个领域。人们对电气设备的依赖性越来越高。但如果电气设备的绝缘一旦损坏，发生一相碰壳事故，人身触及因漏电而带电的电气设备的金属外壳，将会发生触电危险。因此，安全用电已成为一个严重的社会问题。在此情况下，人们自然会想到电气设备的“保护”。通常，电气设备的保护主要有保护接地和保护接零两种。但因为对这两种保护的概念不清，往往把两者混为一谈，有时用保护接地代替保护接零，致使供电系统存在许多不完善或错误的保护，埋下极大的安全隐患。本文着重从原理上澄清概念，使人们比较清晰地认识保护接地和保护接零的区别及这两种保护在工程中的应用。

1 两种电气保护的概念不同

保护接地是将平时不带电的电气设备的金属外壳通过接地体与大地连接起来，以确保绝缘损坏时，流过人身的触电电流降到安全值之内的一种技术性安全措施。

保护接零是将正常情况下不带电的金属部分与电网的零线连接起来，来防止意外带电体上触电事故发生的安全措施。

2 两种电气保护的原理不同

在变压器中性点不接地供电系统中，当电气设备采用保护接地时，漏电设备对地电压主要取决于保护接地电阻Rb的大小，由于Rb和Rr（人体电阻）并联，且Rb<

式（1）中：Ud为漏电设备对地电压；U为电网相电压；Rb为接地电阻；Z为电网每相对地绝缘的复数阻抗。

因Rb<<︱Z︱，所以设备对地电压大大降低，只要适当控制Rb的大小，就可以将漏电设备对地电压限制在安全范围之内。

在变压器中性点接地供电系统中，当某一相带电部分与设备外壳相碰时，通过设备外壳形成该相对零线之间的单相短路，短路电流Idd能使线路上的保护装置迅速动作，切断电源，从而把故障部分与电源隔开，防止出现触电危险。

保护接地的原理是人为地将短路电流导入大地，从而限制通过人体的电流强度；而保护接零的原理是当某一相与设备外壳相碰时，人为制造短路通路，强大的短路电流使系统中的保护装置动作，自动而迅速地切除短路故障，不允许将短路电流导入大地。可见，保护接地和保护接零的保护方式从原理上是截然不同的。

3 两种保护适用的供电系统不同

通过以上分析可知，因为保护接地和保护接零的保护原理不同，所以在变压器中性点不接地的供电系统中采用保护接地，在变压器中性点接地的电网中则采用保护接零。如果在变压器中性点接地供电系统中采用保护接地，因为通常低压供电系统的相电压为220 V，而Rd和Ro一般不超过4 Ω。如果按4 Ω计算，如果某相发生碰壳短路，其接地电流为：

式（2）中：I为单相接地电流；U为相电压；Rd为设备接地电阻；Ro为系统接地电阻。

这时，电气设备外壳的对地电压为：

所以，27.5 A的单相接地电流只能保证15 A以下的熔断器和整定电流不超过20 A的自动开关迅速动作。事实上，供电系统中的熔断器或自动开关的额定电流值往往比此值大得多，27.5 A的单相接地电流不足以使其动作，因而近110 V的电压将长期存在于设备外壳上，对人身存在着很大危险。可见，迅速地切断供电网络中的事故段，是保证人身安全的最好办法。因此，在变压器中性点接地供电系统中，电气设备应采用保护接零，严禁采用保护接地。

通过以上分析可知，保护接地与保护接零虽然都是为了防止接触电压和跨步电压对人的危害，但在同一个配电系统中，不允许一部分电气设备采用保护接地，而另一部分电气设备采用保护接零。如果在中性点接地的供电系统中，同时采用保护接地和保护接零措施，当某一相与电气设备A发生碰壳时，其接地电流经设备A的外壳和保护接地电阻R1流入大地，又从工作接地极R2流回电源变压器的中性点。这时，接地电流将在R2上产生电压降。如果R1=R2=4 Ω，则这时中性点对地电压为：

这个危险的电压通过零线加在整个供电系统所有采用保护接零的电气设备外壳上，不仅起不到安全保护作用，相反会造成更大的危险。

4 结论

根据不同的用电场合，分为变压器中性点接地和中性点不接地两种供电系统。变压器中性点不接地的供电系统只用于煤矿井下等少数地方。目前，人们普遍接触的是变压器中性点接地的380 V/220 V三相四线制供电系统。在这种供电系统中，零线要求有足够的机械强度，并且不允许装设熔断器，以避免零线发生断裂。为了防止零线断裂后发生触电危险，工程中常用的措施是重复接地，即在低压配电线路中相隔一定距离，零线接地一次。这样，在重复接地极以前零线发生断裂且又发生相线单相碰壳时，短路电流通过重复接地极和系统接地极构成回路。这与不设重复接地相比较，优点在于降低了碰壳时的接触电压。但零线断裂后的危险性依然存在，保护接零还存在不完善之处。因此，现在有一些工程已采用三相五线制和单相三线制。这种新的方法是从电源处同时引出2根零线，1根作为工作零线，1根作为保护零线。这种方法具有以下3个优点：①避免了零线断裂时，将相电压引出金属外壳的危险。②在三相不平衡时，零线中有较大的电流通过，零线存在高电位。将工作零线和保护零线分开，避免了人接触有高电位零线的危险。③在单相三线制中，相线和工作零线都可以装设熔断器，避免了相零混接，使相线失去保护的可能。这种方法使保护接零更加完善，值得在实际工作中采用和推广。

综上所述，我们只有在工程实践中正确使用“保护”，才能真正做到安全用电。

参考文献

[1]曲世惠.电工安全作业技术[M].青岛：青岛出版社，1993.

[2]赖昌干.矿山电工[M].北京：煤炭工业出版社，1991.

〔编辑：刘晓芳〕