对机电设备保护中的接地分析

邓文志

[摘 要]对于机电设备的保护接地是电力公司重点的项目。保护接地主要指的是家用电器、机电设备等由于绝缘的损坏可能导致其金属外壳带电，为了防止这种电压危及人身安全而设置的接地称为保护接地。保护接地分为接地保护和接零保护，将金属外壳用保护接地线与接地极直接连接的叫接地保护；将金属外壳用保护线与保护中性线相连接的则称之为接零保护。两种不同的保护方式使用的客观环境不同，因此如果选择使用不当，不仅会影响设备使用的保护性能，还会影响电网的供电连续性。

[关键词]机电设备；保护接地；故障分析

中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0006-01

1 机电设备接地类型

1.1 安全接地

机电设备的安全接地是很重要的，通过与设备的绝缘机构成为设备安全的双重保证。例如外置的摄像和车检器的控制设备以及配电柜，外壳都要通过接地实现安全的要求。在以往例子中，会发现由于配电箱的绝缘层的破坏，外壳未能接地，造成当环境湿度较大时，配电箱对地的电压偏高，造成危险。

1.2 工作接地

随着技术的进步，电子元件的安全性越来越高，基本排除了设备需要接地的困难，但是因为雷电的影响，目前还是要求设备使用接地的方式，通过建立接地，保证设备稳定。在实际的高速公路管理中，可以通过对车道，监控室，数据显示屏以及配电室的联合工作接地，既可以达到数据信号反馈以及处理过程的统一，也可以确保接地的稳定性，通过设备的扁钢带的有效接地，同时能够避免雷击的电流流入大地后地电位的升高反击机电设备，造成安全隐患。

1.3 防雷接地

第一种是直雷击，对于直雷击的解决方法是使用避雷针或者避雷线的使用，通过人工接引或者使用建筑的金属骨架作为接引的导线，把雷击产生的巨大电流接入大地，达到避免雷击对设备造成的危害。

第二种是感应雷，感应雷除对设备的危害之外，还会危害信号电缆。虽然目前的高速公路开始大面积使用光缆，但是在局限内继续使用电缆，电话线的作为传输介质。如果雷击正好位于附近，静电感应以及电磁感应引起的瞬时电流会造成设备的危险。

1.4 联合接地

所谓联合接地就是通过建筑接地系统和设备的接地系统互相的链接形成一个有机的整体，而且将设备的接地和建筑物的防雷接地相连，通过这样一个共同的接地系统，完成对高速公路设备的接地改造。

2 接地保护与接零保护统的不同点主要表现在三个方面

2.1 保护基本原理不同

接地保护的基本原理是限制漏电设备对地的泄露电流，使其不超过某一安全范围，一旦超过这一安全范围断路保护器就能自动切断电源；接零保护的原理是借助接零线路，当设备在绝缘破坏后外壳形成短路时，配线上的断路保护系统因为瞬间短路电流形成断路。

2.2 适用范围的区别

根据电力负荷密度、负荷性质和负荷分布等有关因素，目前我们国家现行的低压公用配电网络，通常采用的是电源中性点直接接地或TN-C系统，实行单相、三相混合供电方式，即三相四线制供电配线方式，同时对动力系统负载和照明电路负载供电。

2.3 路的设计结构不同

接地保护系统中如果只有动力线和中性线，三相动力设备中的中性线可以不进行配线，但必须保证使用设备的接地线路导通，设备中的中性线保证电源中性点接地，不能再进行接地保护导通；在接零保护系统中，保护中性线必须进行配线，此外在实际的操作使用过程中还能对接零保护线与保护中性线独立进行配线，而且必须保证使用的设备系统的保护中性线能进行多处重复接地导通。

3 要根据进口设备使用方所在的供电系统，正确选择接地保护和接零保护方式

如果进口设备使用方所在的公用配电网络是TT系统，设备使用方则需全部采取接地保护；如果设备使用方所处的公用配电网络是TN-C系统，则需全部使用接零保护。TT系统和TN-C系统由于不同的特点，虽然两个系统都可以为设备使用方提供单相、三相混合动力电源，但彼此间不能互为补充，对于保护措施的需求也是完全不一样的。原因就在于如果有是在一个配电系统中，假设两种保护系统同时使用，使用接地保护的机电设备一旦发生动力线触碰金属外壳导致的设备故障，零线的对地电压将会迅速升高，这時接零保护系统上的所有设备便会等电位，促使设备外壳的金属部件出现较高的对地电压，从而危及设备操作人员的人身安全。因此，在同一个配电系统中只能采取同一种保护系统，不能同时混用两种不同的保护系统。

4 要依据两种保护方式的不同设置要求，规范设计、施工工艺标准规范进口设备使用方配电线路设计、施工工艺标准和要求，通过对新建或改造的进口机电设备设备使用场地的室内配电部分，实施以局部单相三线制或三相五线制代替TT或TN-C系统中的三相四线制或单相配电模式，能够有效实现进口设备使用端的保护接地。所谓“局部三相五线制或单相三线制”就是在低压线路接入进口设备后，进口机电设备使用方要改变原来的传统配线模式，在原来的三相四线制和单相二线制配线的基础上，分别各添加一根保护线接入到进口设备使用方每一个需要实施接地保护电器插座的接地线端子上。

TT系统在国外被广泛应用，在国内仅限于局部对接地要求比较高的电子设备使用场合，最后再介绍低压配电TN系统中的TN-C系统、TN-S系统。

4.1 TN系统

电力系统的电源变压器的中性点接地，根据电气设备外露导电部分与系统连接的不同方式又可分三类：即TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统。

4.1.1 TN-C系统

其特点是：电源变压器中性点接地，保护零线与工作零线同时使用。（1）它是利用中性点接地系统的中性线（零线）作为故障电流的回流导线，当电气设备相线碰壳，故障电流经零线回到中点，由于短路电流大，因此可采用过电流保护器切断电源。TN-C系统一般采用零序电流保护；（2）TN-C系统适用于三相负荷基本平衡场合，如果三相负荷不平衡，则PEN线中有不平衡电流，再加一些负荷设备引起的谐波电流也会注入PEN，从而中性线N带电，且极有可能高于50V，它不但使设备机壳带电，对人身造成不安全，而且还无法取得稳定的基准电位；（3）TN-C系统应将PEN线重复接地，其作用是当接零的设备发生相与外壳接触时，可以有效地降低零线对地电压。

由此可知，TN-C系统存在以下缺陷：（1）当三相负载不平衡时，在零线上出现不平衡电流，零线对地出现较高电压。当三相负载不平衡时，触及零线可能出现电击。（2）工作零线接入漏电保护开关后不再作为电气设备的保护零线，这是由漏电开关的工作原理所决定的。（3）对接有二极漏电保护开关的单相机电设备，如用于TN-C系统中其金属外壳的保护零线，禁止与该电路的工作零线相导通，也禁止接在漏电保护开关前面的PEN线上，在配线中经常会出现误配线。（4）重复接地系统的连接线，禁止与通过漏电开关的工作零线连接。

4.1.2 TN-S系统

整个系统的中性线与保护线独立的。（1）当电气设备动力线触碰金属外壳，直接形成设备短路，过流保护装置可以迅速切断电源；（2）当中线断开时，如果三相负荷不平衡，中性点电位升高，但设备外壳无电位，接地线也无电位；（3）TN-S系统PE线首末端应做重复接地，以减少PE线断线造成的危险。（4）TN-S系统经常用于工业企业、大型民用建筑等。

参考文献

[1] 中国航空工业规划设计研究院组.工业与民用配电设计手册[M].中国电力出版社，2005.

[2] 徐永根.工业与民用配电设计手册[M].水利电力出版社，2005.