谈接地在电气防火安全中的重要作用

喜羊羊

谈接地在电气防火安全中的重要作用

    提　要：简述接地保护对低压供电系统电气防火安全的间接保护作用和原理，指出目前应该防止和纠正的主要问题。
    关键词：接地　接地短路　电气保护　火灾预防　　
    低压电气线路、设备接地(或接零)可以有效地消除短路、漏电等电气故障所导致的人身触电危险，因而接地防人身触电保护措施一直引起高度重视并广泛采用。但对于接地也可以避免电气故障所引起的电气火灾等其他损害，甚至对于同一电气系统的接地安装，有时可以防触电，但却未能达到防电气火灾的要求，以及国家最新有关电气规范对接地防电气火灾的进一步完善等等，都还未引起人们足够地重视。特别是随着目前城乡电气化的快速发展，由于接地保护措施不完善，使本来可以避免的电气火灾时有发生。因而了解常用供电系统接地方式以及电气防火安全接地的特点和要求显得十分重要。  
    一、供电系统接地形式
    目前， 我国工业与民用建筑低压供电系统按接地方式分为以下几种：
    1、TN-C-S系统　如图1，又称四线半系统，即在TN－ C系统的末端(一般是在进入建筑处)将PEN线分为中性线N和保护线PE，分开后不再合并，用电设备的外露可导电部分接到分开后的PE线上实现保护。

    2、TN-C系统　如图2，又称四线制系统，与TN－S 系统的差别是将N线与PE线合并成一根PEN线，用电设备的外露可导电部分接到PFN线上实现保护。　

    3、TN-S系统　如图3，又称五线制系统。即三根相线L1、L2、L3，一根中性线N及一根保护线PE，仅电力系统一点接地。用电设备的外露可导电部分接到PE线上，当发生常见的接地短路(相线与设备外壳相碰等)或设备绝缘失效发生对地漏电故障时，短路电流通过PE线使保护装置动作并使外壳对地电压降低，从而实现保护。　　

    4、TT系统　如图4，其电力系统直接接地，用电设备的外露可导电部分通过各自的PE线接地实现保护。

    5、IT系统　结构与TT系统相类似， 只是其电力系统不接地或经过高阻抗接地，用电设备的外露可导电部分通过各自的PE线接地。其保护原理是，通过接地检测装置，及时发现单相接地故障加以处置。多用于煤矿及希望尽量减少停电的特殊场所。
    二、防电气火灾接地的特点及要求
    工业与民用建筑低压供电系统的防电气火灾接地属于间接保护接地，要确保其重要的发挥，要求是多方面的，但从防电气火灾的特点及目前容易忽略的问题而论，主要有以下方面：
    1、要根据用电场所环境正确选择相应的接地供电系统
    首先在易燃易爆危险及潮湿等特殊环境场所应选用如图1或图2所示的TN- S或TN-C-S系统。这是因为TN-S或TN-C- S系统的PE线上在正常工作时不呈现电流，因而用电设备的外露可导电部分也不呈现对地电压，这对于防止易燃易爆及潮湿等特殊环境场所设备带电，对地放电形成电火花、电弧引燃可燃物质造成燃爆事故具有重要意义，同时这两种系统对于常见的相线接地短路故障，容易做到使故障回路电阻小，从而使短路电流充分大，使保护装置迅速动作切断电源，避免线路和设备受大电流作用损坏，达到电气防火的目的。
    而在上述场所如采用如图2所示的TN-C系统， 则安全得不到充分保障。这是因为TN-C系统在运行时，当三相负载不平衡或仅有单相负载时(这是通常情况)，PEN 线上将有电流流过，从而导致用电设备外壳呈现对地电压，可能产生电弧或电火花；另外对迅速切断接地短路、漏电故障回路电流保护装置的安装调整维护也要求较高。稍有不慎都可能会造成电气火灾。
    2、要有条件的采用TT系统
    图4所示TT 系统的接地短路故障电流取决于电力系统的接地电阻和PE线的接地电阻，由于实际工程条件的限制，两个电阻不可能充分小，一般规定均为4欧。如果发生接地短路，则短路电流为220/(4+4)=27.5A， 这样小的故障电流往往不足以使数千瓦用电设备的保护装置迅速断开，从而有碍线路和设备保护及至防火安全。
    因此TT系统仅适用于电力负载小且距电源( 一般是变压器)较近的场所，否则应该在线路上加装残余电流开关或漏电保护器来保障安全。尤其目前许多采用TT系统的场所还达不到上述要求，应该引起重视并加以整改。
    3、要重视接地保护的辅助措施
    接地保护的辅助措施一般有总等电位联结( 有些还要加作局部等电位联结) 以及视线路保护装置安装情况而采用的重复接地。现行国家最新有关电气规范都将这些辅助措施正式列为内容加以规定，甚至规范有关线路保护装置的安装调整都是建立在这些辅助措施上的。因此，采取辅助措施绝不是可有可无。
    总等电位联结即是将建筑物内的主保护干线(PE、PEN线)、接地干线、主水管、主煤气管、采暖和空调的主管道，在进入建筑物处接向总等位联结端子加以联结，条件许可时还将建筑物金属构件也与总等位联结端子相联。总等电位联结的重要作用在于可以显著地降低接地故障设备的对地电压，还可以消除场所外部沿供电线路侵入的高电压所带来的危害，不仅对防人身触电安全有利，对易燃易爆场所防电弧、防电火花以及防设备损坏也有重要意义。
    重复接地即是对于TN系统，在线路进入供电场所处，将PEN线(对于TN-C)或PE线(对于TN-C-S、TN-S)与大地相联接，它的重要作用在于，对于TN-C系统当用电设备前的中性和保护合用线(PEN线)不慎断开，而线路没有作重复接地或重复接地不良时，由于断点以后一般三相负载不平衡，必然造成负载大的相电压低，负载小的相电压高，从而导致线路、设备的电压、电流超过其额定值而遭损坏，极易引发火灾。而当线路重复接地完善时，由于重复接地可以使断点后的中性线尽量保持与电源中性点电位相等，从而可有效地减轻三相负载遭受高电压或大电流作用的程度，保障了线路及设备的安全。另一方面，当设备发生常见的接地短路时，重复接地还可以进一步减小故障回路的电阻，从而加速线路保护装置动作切断电源，这对于提高供电距离长或保护装置灵敏度降低线路保护的可靠性也十分有利。另外重复接地，也还可以起到降低故障设备对地电压的作用，对安全有利。但应注意的是线路上安装有漏电保护器以后的PEN线禁止重复接地。
    4、要确保接地完善和可靠
    这一方面涉及内容较多，具体要求也较为庞杂，但要点主要有：
    (1)应该接地的设备和线路都应作接地联结。同时应该注意易燃易爆场所及直流系统接地的特殊要求；
    (2)要正确选择接地体和接地线。即主要应考虑最大接地电阻、机械强度、防腐蚀、导电容量及禁止采用输送易燃易爆物质的管道；
    (3)接地装置的敷设必须符合要求。即主要考虑防腐蚀、机械损伤、可靠性和便于检查维护；
    (4)接地体、接地线连接必须牢固可靠。主要应达到电气接触良好可靠的目的。
    电气线路和设备接地在电气防火安全中的作用十分重要，涉及的环节除上述方面外，还有接地与保护装置配合及保护参数的选择等方面。本文仅简述了电气防火接地的特点和目前应该纠正问题的主要方面，至于防静电、防雷接地限于篇辐，不再一一叙述。