低壓電氣接地故障及其防護(hù)措施

陶穎彤

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200125）

低壓配電系統(tǒng)中存在接地故障，簡(jiǎn)單來說就是由于電線對(duì)地或者是與地面相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電體之間出現(xiàn)了短路問題，從而引發(fā)的一種電氣故障。一旦發(fā)生接地故障，所產(chǎn)生的負(fù)面影響是較大的，會(huì)影響到與其相關(guān)的電氣設(shè)備，致使設(shè)備都出現(xiàn)故障性的電壓情況。不僅僅會(huì)損壞電氣設(shè)備的性能，中斷設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)，而且會(huì)對(duì)周圍的居民生活的人身安全產(chǎn)生一定威脅，容易使人遭受電擊。甚至有可能會(huì)因?yàn)榻拥攸c(diǎn)所形成的電弧電火花而點(diǎn)燃附近的易燃易爆物品，造成大型火災(zāi)事故的發(fā)生。從所產(chǎn)生的負(fù)面影響來看，做好低壓配電系統(tǒng)中接地故障的分析和保護(hù)是一項(xiàng)非常重要的工作，這也是目前電氣設(shè)計(jì)行業(yè)著重關(guān)注的實(shí)際問題。

1 狀態(tài)區(qū)分

做好低壓配電系統(tǒng)中接地故障的分析，首先要能夠良好地區(qū)分配電系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)和故障工作狀態(tài)，這也是低壓配電線路和電氣設(shè)備的兩種常見表現(xiàn)形式。為了更好地對(duì)這兩種狀態(tài)進(jìn)行辨別，必須要對(duì)他們所表現(xiàn)出來的特征進(jìn)行一定的總結(jié)和概括，根據(jù)這些特征屬性就能夠直接觀察到系統(tǒng)和設(shè)備所處的工作狀態(tài)。首先來看正常工作狀態(tài)及其特點(diǎn)表征。如果低壓配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備都處在正常的工作狀態(tài)下，在對(duì)其技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行審核時(shí)，能夠明顯的發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)都是符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。

要明確所審查的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該包括哪些部分，常見的有電壓偏差，總體變率，各次諧波含量等幾個(gè)因素。尤其需要對(duì)電壓的各個(gè)特征進(jìn)行觀察，如對(duì)稱性電流的限值，溫度的限制，這些因素雖小，卻都是決定系統(tǒng)和設(shè)備是否能處在工作狀態(tài)的重要條件。其次是故障工作狀態(tài)，一旦低壓配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備處在了故障故作故障工作狀態(tài)下，他所有的技術(shù)指標(biāo)情況都呈現(xiàn)出與正常工作狀態(tài)完全相反的特點(diǎn)。這主要是因?yàn)?，一旦技術(shù)指標(biāo)中的一項(xiàng)或某幾項(xiàng)不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，就會(huì)引起電氣故障，隨之會(huì)造成后續(xù)傷害，如人體電擊，設(shè)備損害火災(zāi)爆炸等事故。在這種狀態(tài)下應(yīng)該立即停止對(duì)配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的供電并及時(shí)地進(jìn)行維修搶救。

2 故障分析

2.1 接地周圍設(shè)備

在對(duì)故障進(jìn)行分析時(shí)，為了能夠深入了解接地故障產(chǎn)生的原因，必須要采取多角度，多層次的觀察思維方式。由于目前人們對(duì)電力系統(tǒng)的要求越來越高，因此低壓配電系統(tǒng)從整體上來看是一個(gè)環(huán)節(jié)復(fù)雜，體系龐大的運(yùn)行系統(tǒng)，而在整個(gè)供電系統(tǒng)之中有一個(gè)特殊的環(huán)節(jié)，名為保護(hù)接地。這一環(huán)節(jié)的作用主要體現(xiàn)在故障發(fā)生時(shí)，例如接地周圍設(shè)備的保護(hù)。如果低壓配電系統(tǒng)中帶電部分的設(shè)備發(fā)生了絕緣外殼破裂剝落等情況，這會(huì)導(dǎo)致帶電的金屬直接裸露在自然環(huán)境中。在這種情況下，如果其電位與設(shè)備本身的電帶電定位是一致的，在物理作用下會(huì)使得設(shè)備的線路與大地之間形成一個(gè)無形的巨大電容。這一電容是不可視的。

如果工作人員觸碰到金屬外殼，就會(huì)遭受到人體觸電的危險(xiǎn)。而保護(hù)接地簡(jiǎn)單來說就是通過借助大地的引流作業(yè)，以來限制通過人體的電流，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)人身安全的作用。

2.2 局限性

雖然保護(hù)接地的用途是十分可取的，但是也要明確這一環(huán)節(jié)它的應(yīng)用有哪些局限性。最大的局限性體現(xiàn)在它的應(yīng)用范圍是非常狹窄的，只能適用于已經(jīng)直接接地的配電系統(tǒng)中。產(chǎn)生這一局限性的原因是由于它的中線點(diǎn)已經(jīng)直接接地。那么在電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，短路的形成都是單相接地。如果在這種情況下，短路電流不能夠及時(shí)地熔斷保險(xiǎn)絲，或者沒能使空氣開關(guān)進(jìn)行跳閘，整個(gè)設(shè)備就會(huì)脫離操控，而處在一種長(zhǎng)期較大電流的狀態(tài)之中。這種情況下的危險(xiǎn)性是極高的，需要對(duì)這一環(huán)節(jié)給予更多的關(guān)注并強(qiáng)化把控力度。

3 保護(hù)措施分析

3.1 TN 系統(tǒng)

明白了低壓配電系統(tǒng)中接地故障產(chǎn)生的誘因之后，需要對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性保護(hù)措施的分析。這些保護(hù)措施的根本目的是為了降低事故產(chǎn)生時(shí)對(duì)周圍電氣設(shè)備和人體產(chǎn)生的安全危害，包括人體觸電，電各類電器火災(zāi)事故和爆炸事故的發(fā)生。這些保護(hù)措施除了基本的一些操作如選擇合適的配電線路和保護(hù)電器開關(guān)之外，還要特別關(guān)注一些特殊系統(tǒng)的應(yīng)用。首先TN 系統(tǒng)接地故障的保護(hù)當(dāng)中，由于TN 系統(tǒng)與其他低壓配電系統(tǒng)相比是有其自身獨(dú)特之處的，所以說在進(jìn)行相關(guān)接地故障的保護(hù)措施研究時(shí)，首先要做的就是對(duì)這一配電系統(tǒng)本身特色的深入貫徹研究。在此基礎(chǔ)之上才能夠把握好系統(tǒng)的特點(diǎn)，做出更有利于這一系統(tǒng)故障的保護(hù)措施。通過調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)中的回路阻抗與其他系統(tǒng)相比是更小的，阻抗小也就意味著它的短路電流很大。因此一旦產(chǎn)生故障，進(jìn)行故障切除和相關(guān)保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作之前，短路電流會(huì)在PE 線上產(chǎn)生壓降。所產(chǎn)生的直接后果就是使得故障設(shè)備的外部金屬和帶上危險(xiǎn)的電位。值得一提的是，在TN 系統(tǒng)中，PE 阻抗在整個(gè)故障線路中的總阻抗中所占的比例是非常重的，往往在50%以上，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了安全電壓SON 對(duì)其所做出的要求。除了這一關(guān)鍵點(diǎn)外，PE 線上的電位還會(huì)沿著線路進(jìn)行傳播,這也就意味著一些連接在同一條線路上的非故障設(shè)備的金屬外殼也會(huì)產(chǎn)生電位，人體觸及之后也會(huì)發(fā)生觸電事故。為了避免人體對(duì)其進(jìn)行觸及，需要保護(hù)設(shè)備快速準(zhǔn)確地對(duì)故障線路進(jìn)行切除，這樣不僅僅能夠很好地保護(hù)整個(gè)配電系統(tǒng)和輸電線路，還能夠大大降低各類安全事故發(fā)生的概率。

3.2 IT 系統(tǒng)

除TN 系統(tǒng)之外，還有一個(gè)較為特殊的系統(tǒng)，名為IT 系統(tǒng)。首先要做的也是對(duì)這一系統(tǒng)的進(jìn)行特色進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)這一系統(tǒng)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在電源中性點(diǎn)不接地上。除此之外，系統(tǒng)中所有設(shè)備的直接外露部分都會(huì)進(jìn)行直接接地的處理，或是選擇一些較大阻抗的點(diǎn)直接進(jìn)行接地。受系統(tǒng)本身運(yùn)行特色的影響，IT 系統(tǒng)的使用范圍也較為狹窄，多為三箱三線制電路。在客觀環(huán)境的保障下，設(shè)備即使發(fā)生故障，設(shè)備外殼所帶的電壓也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于安全電壓的。這就意味著IT 系統(tǒng)的實(shí)際工作原理是在設(shè)備故障發(fā)生之后，能夠借助接地裝備的輔助作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的分流。這是因?yàn)榻拥匮b置的電阻是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人體電阻的，一旦故障發(fā)生，大部分的接地電流都會(huì)被接地裝置的電阻進(jìn)分流而無法流入到人體。這樣就起到了一種間接的人身安全保護(hù)作用。目前很多環(huán)境條件較差，并且對(duì)電力持續(xù)性要求較高的場(chǎng)所大部分使用的都是IT 供電系統(tǒng)，這主要是考慮到IT系統(tǒng)的安全性好，性能好等諸多優(yōu)勢(shì)。并且隨著IT 系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，這一系統(tǒng)已經(jīng)越來越受到人們的青睞。

3.3 具體案例分析

隨著人們對(duì)低壓配電系統(tǒng)接地故障所產(chǎn)生負(fù)面影響的認(rèn)識(shí)越來越深入，對(duì)于這一方面的理論更新速度也越來越快，隨之而來的是技術(shù)水平的快速上升和設(shè)備的不斷更新?lián)Q代。在這種條件下，最突出的問題就是如何才能夠正確的認(rèn)識(shí)問題并且良好地解決這些問題。在低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范就已經(jīng)明確規(guī)定接地故障保護(hù)在整個(gè)保護(hù)內(nèi)容之中所占據(jù)的地位是非同小可的，所以在配電線路中必須要配置合理的保護(hù)裝置，這是解決問題的關(guān)鍵所在。值得一提的是，一定要分清等電位聯(lián)結(jié)和安全接地這兩個(gè)完全不同的概念。等電位連接簡(jiǎn)單來說，就是能夠在其所起到作用的保護(hù)范圍內(nèi)降低兩個(gè)接觸所產(chǎn)生的電壓差，由此實(shí)現(xiàn)人身免受電擊的一種方式，而安全接地則是借助設(shè)備直接接地，依靠大地作用采取的一種電流分流安全措施。并且這兩種方式的關(guān)鍵作用部分也不同，等電位聯(lián)結(jié)是等電位而不是接地。用相同的概念去理解等電位，不僅僅會(huì)出現(xiàn)概念性的偏差錯(cuò)誤，而且在實(shí)際應(yīng)用過程中也會(huì)產(chǎn)生一些不良影響。在相關(guān)接地故障解決的過程當(dāng)中，一定要根據(jù)實(shí)際情況做好等電位和接地措施這兩者之間的選擇。在某地區(qū)，因?yàn)榈蛪弘姎庠诮拥胤矫娉霈F(xiàn)故障而引起的電氣火災(zāi)現(xiàn)象，該火災(zāi)造成了造成該地區(qū)大面積的損壞，因此帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在其過程中會(huì)出現(xiàn)接地故障，且故障過程中不僅僅會(huì)引起電氣火災(zāi)現(xiàn)象，而會(huì)引起其他自然災(zāi)害。根據(jù)該案例的警示可以知道在低壓電器接地故障方面要提供更多的重視，來減少災(zāi)害的出現(xiàn)概率。其電氣事故主要包括雷電靜電和電磁場(chǎng)等危害，會(huì)引起多種故障現(xiàn)象，甚至引發(fā)大的自然災(zāi)害，如電氣火災(zāi)對(duì)工作人員的生命健康財(cái)產(chǎn)安全都造成了極大的危險(xiǎn)。因此要對(duì)防護(hù)措施進(jìn)行準(zhǔn)備，來減少接地故障出現(xiàn)的概率，進(jìn)而減少帶來的損失，如果產(chǎn)生了損失也要進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)，使損失降到最小化。就目前的數(shù)據(jù)來看，在接地故障方面引起電氣火災(zāi)事件是常有發(fā)生的。要追究其產(chǎn)生接地故障的具體原因，才能提出針對(duì)性的防護(hù)措施。

4 結(jié)語

綜合全文所講，相信讀者對(duì)于低壓電氣中所出現(xiàn)的故障及其應(yīng)對(duì)措施能有一個(gè)更全面，更有深度的認(rèn)識(shí)，希望本篇的淺析能夠起到一定的借鑒價(jià)值，這也是本文的最大意義所在。