高电压技术实验室接地方案研究

高电压技术实验室接地方案研究

尹涛

湖北铁道运输职业学院， 湖北 武汉 430064

摘要：高电压技术实验室中，电子设备种类繁多，并且都具有一定危险性，因此必须要做好安全防护工作。就目前高电压技术实验室的接地安全来看，接地的方法有很多种，不同的方法有不同的作用，在具体的选择上需要依据实验室自身的结构构成和功能特点，确保接地方法运用的高效性，为实验人员创造安全良好的实验操作环境。

关键词：高电压技术；实验室；接地方案

引言

实验室是进行电子实验的办公场所，实验室中既有各种精密的电子电路，也有高压工作的仪器设备，正确良好的接地是办公人员生命财产安全的重要保障，也是实验结果准确可靠的前提。实践证明，在正确接地技术的指导下，系统的稳定性和可靠性明显提高。

1 电气实验室接地系统概述

电气实验室接地系统包括许多，比如模拟地、保护地、交流地、系统地、数字地等。模拟地主要是到模拟电路零电位，保护地主要是保证设备、仪器的外壳与大地的电位一致。交流地主要是指电气实验室的交流电源地，在绝缘性上要求比较严格。系统地主要是把几种地的交汇点与大地进行相连，保证电位的稳定性，数字地则主要是数字电路零电位，一般在电气实验室中要与模拟地分开，保证其信号不会相互影响。

2 高电压技术实验室接地方案

2.1 保护接地系统

2.1.1 IT接地系统简介

IT接地系统中“I”代表配电网中性点通过电阻接地或不接地，“T”代表实验设备金属外壳接地。根据国际电工委员会的建议，IT接地系统不设中性线,如果设置中性线，当N线出现接地故障，就会变化为其他接地方式。2.1.2IT系统保护性能分析IT接地系统主要应用于对供电的连续性要求较高且电源的中性点不接地的供电系统中,或用于对电气安全防护要求较高的场所，如冶炼电炉、地下矿井设备、重工业企业自动化生产线等处，极少应用于建设工程中的工作接地。如果高压电气设备的外壳漏电，配电系统电量参数按线电压380V、相电压220V、线路对地电阻无限大、对地的分布电容0.55μF、人体阻值为1700Ω计算，则流经接触实验设备的人体电流为93.2mA，超过30mA安全电流的3倍，因此，如果高电压实验室的工作供电系统采用这种接地方式，将潜在触电致命危险。

2.2 TT接地系统

2.2.1 TT接地系统简介

TT接地系统指电源中性点接地金属外壳也接地。前面的“T”表示电源中性点接地，后面的“T”表示金属外壳接地。电源中性点接地为工作接地，金属外壳接为保护接地。系统中的电气设备可以是独立使用接地装置，也可共用同一个标准接地体。

2.2.2 TT接地系统分析

在TT接地系统中，如果存在个别电气设备不接地或出现接地故障，在电气设备存在漏电情况下，实验人员将面临单相触电威胁，严重地影响实验操作安全。TT接地系统中，如果高压电气设备全部做保护接地处理，人体接触漏电设备外壳，电流经人体和设备并联再与系统中两个接地电阻串联形成电流回路，此时人体分压约为110V，也远高于30V安全电压，也将潜在触电致命危险。如果电气设备的绝缘破坏而带电，接地保护可大幅降低触电危险性，但线路中必须加装漏电保护装置，就是线路中加装熔断器和漏电保护装置，在漏电流较小时，线路中熔断器不一定能及时地熔断，断路器也不一定能跳闸。

2.2.3 TT接地系统应用

基于TT接地系统具有上述应用局限性，除非供电系统没有电力变压器采用其它电气保护措施困难，在接地极处的土壤电阻率又较低的情况下可考虑采用TT接地系统外，一般民用供电不采用这种接地系统。特殊的情况下，即电气设备正常运行时外壳不带电、故障时外壳高电位不会沿保护线传导至全系统，因此该接地系统适用于对电压敏感的数据处理设备与精密电子设备或用于具有爆炸、火灾等危险场所的供电系统。

2.3 保护接零系统

TN保护接零系统是我国应用最多、最广泛的电气保护措施。其安全保护的原理是将电路碰壳故障转变为电路短路故障（短路电流是TT接地系统的5～7倍），再通过短路保护装置（熔断器）或过流保护装置（断路器）切断电气设备与电源的联系。在这种接地系统中，电气技术保护分两种，一是保护电器迅速切断电气设备与电源的联系，二是降低漏电设备对地电压。当TN保护接零系统满足速断和限压要求时，就足以保护实验设备和实验技术人员安全。因此TN保护接零系统中的短路保护装置（熔断器）或过流保护装置（断路器）不仅用来保护实验设备和实验线路，还是避免实验技术人员触电的重要器件。根据TN保护接零系统中“PE”“N”线是否分开，可将TN保护接零系统分为TN-S保护系统、TN-C保护系统、TN-C-S保护系统，分析如下。

2.3.1 TN-C保护系统

TN-C保护系统又称“三相四线制”，将“PE”线和“N”线合二为一为“PEN”线，“PEN”线既作保护零线用，又作工作零线用。“PEN”线与电气设备的联结，既与设备中性点连接又与设备金属外壳连接。TN-C保护系统特点。设备外壳有漏电时，该保护系统以漏电流作为单相对地短路电流使熔断器动作或使漏电开关跳闸，切断电气设备与电源的联系；如果电气设备工作零线断线，那么电气设备的外壳将带电；如果供电电源的相线接地，则会使电气设备外壳的电位升高，导致危险电位蔓延；TN-C保护系统中的干线上安装漏电断路器时，工作零线以后的所有重复接地线必须拆除，系统中的设备漏电开关将不能合闸，且工作零线在任何情况下均不能断线，工程实践中工作零线只可在漏电断路器的前端进行重复接地。TN-C保护系统应用。这种保护方式适用于三相负载基本平衡，没有爆炸危险或电气运行环境较好的条件下，一般民用配电系统不采用这种方式。

2.3.2 TN-S保护系统

TN-S保护系统又称“三相五线制”,其中设有专门的“PE”线，“PE”线与“N”线分开，“PE”线与变压器或发电机的中性点共用接地。TN-S保护系统的特征是“N”线和“PE”线在中性点的接地体处分开，在其后续的电路中不再存在电气连接，系统的安全性高。TN-S保护系统适用于电气运行环境差或对电气安全防护要求较高的情况下。系统正常运行时，“PE”线上无电流。“N”线上电流所形成的电压降，不会加到电气设备金属外壳上。电气设备金属外壳对地电位为零，因此具有良好的防电气火灾和防触电功能。

2.3.3 TN-C-S保护系统

TN-C-S保护系统是TN-S保护系统和TN-S保护系统的组合形式，是为TN-C保护系统而采取的技术变通措施。在TN-C-S保护系统中，前半段采用TN-C保护系统，后半段采用TN-S系统。TN-C-S保护系统兼具TN-C和TN-S系统的优缺点，这里不再赘述。其多用于三相电力变压器工作接地良好、三相负载平衡的情况下。在三相负荷不平衡、工作场所附近设有专用的变压器时，应优先考虑选择使用TN-S方式供电。

3 结语

综上，结合高电压技术实验室的供电环境和高压电气设备运行要求，确定高电压技术实验室接地方案：一是所有电气设备的配电采用TN-S系统；二是在高电压高电压技术实验室外地表采用圆钢构建独立接地体；三是高电压技术实验室内所有电气设备的金属外壳通过多股铜接地线与扁钢引下线相连，扁钢引下线再与独立接地体进行电气联结。

参考文献：

[1]何金良,曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学出版社,2011.

[2]刘刚,邓春林.防雷与接地技术概论[M].广州:华南理工大学出版社,2011.

[3]张小青.风电机组防雷与接地[M].北京:中国电力出版社,2012.