保护接零和保护接地的重要性

1.保护接地的作用及应用范围

为防止电气设备绝缘损坏而使人身遭受触电的危险，用接地装置将电气设备的金属外壳、框架等与接地体可靠连接，这种接地称为保护接地。保护接地适用于中性点不接地的电网。

在中性点不接地的电网中，在电气设备的绝缘正常时，电网对地的绝缘阻抗R_Z可看作无穷大，设备外壳对地电压很小，但金属外壳带电时，电路与大地间的阻抗R_Z降低，此时若有人体接触没有采用保护接地的金属外壳时，外壳与地间的电压直接加于人体，使人体承受的电压很高，同时此漏电电压通过人体、阻抗R_Z形成电流通路，易造成人身触电。图8-1a所示为无保护接地。

若电气设备采用了保护接地，并且接地电阻很小，再有人接触到漏电外壳时，相当于人体与接地体并联，而人体电阻R_r与接地电阻R_d并联后的电阻很小，使得人体承受的电压很小，通过人体的电流也就很小了，不会造成人体触电。图8-1b所示为有保护接地。

图8-1 保护接地原理

a）无保护接地 b）有保护接地

2.保护接零的作用及应用范围

保护接零是将电气设备的金属外壳、支架等金属部分用导线与电源的中性线（从变压器的中性点引出）可靠连接。保护接零广泛用于三相四线制或三相五线制中性点直接接地的低压配电系统。

在中性点直接接地的电网中，若设备未采用保护接零，当人碰到绝缘损坏的金属外壳时，加在人体上的电压接近于相电压，很可能造成触电；若设备采取了保护接零，当设备的任何一相发生漏电故障时，相当于故障相与中性线间短路，由于相线与中性线间的阻抗很小，短路电流会使电路上的过电流保护装置动作，切断电源，消除触电的危险。保护接零原理如图8-2所示。

在三相四线制系统中（见图8-2），保护接零是将中性线N（工作零线）与保护零线PE合一（简称PEN），中性线要通过工作电流、三相不平衡电流及短路电流，容易出现断线，仍有触电的危险。为提高三相四线制低压电网的安全，工程中正逐步推广三相五线制。

图8-2 保护接零原理

三相五线制供电是将中性线N和保护零线PE分开，一根中性线，一根保护零线。其设置方法如图8-3所示，即从电源变压器处（如图8-3a所示）或电源进户处（如图8-3b所示，在变压器至进户前这一段电路是合用的）引出保护零线，设备的金属外壳都接在保护零线上，这样中性线只通过工作电流和三相不平衡电流，而保护零线的作用是提供绝缘损坏时的漏电或触电等非正常电流，中性线和保护零线又在规定地点重复接地，重复接地电阻不大于10Ω。因此可以大大减少用电设备外壳带电的可能性。

图8-3 三相五线制的设置

a）在变压器处直接引出保护零线 b）电源进户处引出保护零线

3.保护接零的安装要求

1）保护接零只能用于中性点直接接地的电网中，中性点的接地电阻应符合规定，且保护接零应与电路短路保护相配合，以保证有足够大的电流使过电流保护装置动作。若中性点不接地或与短路保护不配合，绝缘损坏的电气设备仍可以继续运行，还有触电的危险。

2）中性线和保护零线上严禁装设开关和熔断器，否则当熔断器熔断或开关接触不良时，相当于切断了负载零线与电源中性点之间的通路，一方面使接零保护不起作用；另一方面，若发生三相负载不对称，三相电压不平衡，可能烧毁用电设备。保护接零系统中性线和保护零线上严禁安装开关和熔断器，如图8-4所示。

图8-4 保护接零系统中性线和保护零线上严禁安装开关和熔断器

a）错误接法 b）正确接法

3）设备的接零线应接在保护零线的干线上，而不是支线上，以防止保护接零失去作用。保护接零设备零线的设置如图8-5所示。

图8-5 保护接零设备零线的设置

a）三相四线制 b）三相五线制

4）严禁电气设备的保护零线串联，如图8-6a所示的电路中，M₁的接零线断路或接触不良时，与其串联的另一台设备也将失去接零保护，正确的接法如图8-6b所示。

5）1000V以下的同一低压电网中，由于中性点采用了直接接地，设备应采用保护接零，不允许将保护接零与保护接地混用，否则如果个别设备采用了保护接地，当接地的设备漏电，接地短路电流又未使熔断器等过电流保护装置动作时，接地电流将通过大地流回变压器的中性点，从而使电源中性线上的电位升高，使在同一供电系统中所有采用接零保护的设备外壳带有危险电压，更容易造成触电事故。在同一低压电网中，保护接地、保护接零不能混用，如图8-7所示。

图8-6 几台电气设备保护接零的接法

a）错误接法 b）正确接法

图8-7 在同一低压电网中，保护接地、保护接零不能混用

a）错误接法 b）正确接法

6）保护接零电路的阻抗及机械强度要符合规定。即保护零线的主干线及分支线的截面积不应小于相线截面的一半；架空敷设的保护零线应选用截面不小于10mm²的铜线，穿管敷设的保护零线应选用截面不小于4mm²的铜线；若采用铝心线时，应比铜线高一等级，且不得使用独股线；与电气设备连接的保护零线，采用裸导线时，其直径不得小于4mm²；采用绝缘线时，其截面不得小于2.5mm²。

7）中性点接地系统，采用保护接零后，中性线（零线）一旦断线，采用保护接零的电气设备将失去保护，可能造成人身触电。所以中性线应在规定地点重复接地。重复接地是将工作中性线通过接地装置再次（不应少于3次）与大地可靠连接。例如架空电路每隔1km处、电源进户处均应重复接地，重复接地的电阻一般不应大于10Ω。重复接地的作用有以下几点：

①中性线出现断线时，带电的机壳可以通过重复接地装置与系统中性点构成回路，产生短路电流使过电流保护装置动作。

②降低漏电设备外壳的对地电压，增大接地时的短路电流。

③减轻或消除三相负载严重不平衡时，中性线上的对地电压。

4.接地装置的结构、安装方法及要求

（1）结构及安装方法

保护接地或保护接零系统都有接地装置，接地装置包括接地体和接地引线，如图8-8所示。接地体是埋入地下的金属导体，接地体一般由两根或两根以上的导体组成。按其结构可分为自然接地体和人工接地体。(www.xing528.com)

图8-8 接地装置

1）自然接地体包括直接与大地可靠接触的各种金属构件、金属管道等。安装时，应尽量使用符合要求的自然接地体，但不能使用易燃、易爆的管道；在自然接地体不能满足要求时，再装设人工接地体，但发电厂和变配电所都必须单独安装人工接地体。

2）人工接地体。

①人工接地体的布置。人工接地体由钢材或镀锌材料制成放射形、环形等形状，人工接地体一般应垂直敷设，如图8-9a所示。在多岩石地区，接地体可水平敷设，常用的水平接地体的布置如图8-9b所示。

图8-9 常用人工接地体的布置

a）垂直接地体 b）水平接地体

②人工接地体的敷设。垂直敷设的接地体常用的规格有：直径为48～60mm、管壁不小于3.5mm的镀锌钢管，或50mm×50mm×5mm的镀锌角钢。垂直接地体的长度不应小于2.5m，间距不应小于其长度的2倍（5m）。为了提高可靠性，接地体在地中部分不可涂漆，不要埋在有垃圾、炉渣或强烈腐蚀性的土壤中，应尽量靠近潮湿或有地下水的地方。

垂直接地体埋深一般不应小于0.6m，且位于冻土层以下潮湿的土壤中。在埋设垂直接地体之前，应先挖一个深约1m的坑沟，然后将接地体打入地下，上端露出坑底约0.2m，供连接接地线。垂直人工接地体的敷设如图8-10所示。

水平敷设的接地体通常采用40mm×4mm镀锌扁钢或直径为10～16mm的镀锌圆钢组成，水平敷设的接地体的相互间距一般不应小于5m。敷设水平接地体时，应先挖深约1m左右的坑，然后将接地体放于沟底，再填土夯实。如能铺设厚50～80mm、宽超过接地装置2m的沥青层或采用沥青碎石地面更好。

图8-10 垂直人工接地体的敷设

③人工接地体的尺寸应符合要求。钢材人工接地体和接地线的最小规格见表8-1。

表8-1 钢材人工接地体和接地线的最小规格

3）接地引线则是与接地体可靠连接的导线或导体，一般为钢质的，也应尽量利用自然导体，如配线用的钢管、建筑物的钢结构架等，但应保证全长有可靠的金属性连接，中间不许有接头。铜、铝接地线只能用于低压电气设备地面上的外露部分，不能用于地下。接地线与接地体的连接一般为搭接焊；接至设备上的接地线，应用镀锌螺栓连接；有色金属接地线不能采用焊接时，也用螺栓连接，但螺栓连接的部位，应有防松装置；在车间等电气设备较多的场所，应使用镀锌扁钢沿车间墙体明设接地干线；携带式设备因经常移动，其接地线应采用不小于1.5mm²的多股软铜线。

（2）接地装置的一般要求

1）必须保证接地装置全线畅通并有良好的导电性，各种接地系统的接地电阻符合表8-2的规定。接地电阻越小，电气设备绝缘损坏时的对地电压越低，越不易造成触电。若土壤电阻率较大，不能满足接地电阻值的要求，可在接地体附近放置食盐、木炭等并加水，来降低土壤的电阻率。

表8-2 接地电阻规定值

2）保持安全距离。接地装置与其他物体的最小距离应符合安全要求。如接地体与建筑物的距离不应小于1.5m；避雷针的接地装置埋设位置应距建筑物或道路不小于3m；垂直接地体的间距不宜小于其长度的2倍，水平敷设的间距不应小于5m；接地线沿建筑物墙壁水平敷设时，距离地面高一般为300mm，与墙壁的间距为10～15mm。

3）接地装置应防腐，应尽量安装在不易接触到和不易受有害物侵蚀的地方，但又必须是在明显处，以便于检查，以免受机械损伤，否则应加强防护。如接地体应采用防腐性较好的镀锌或镀铜件，焊接处应涂以沥青；明敷的裸接地线可以涂漆防腐；在公路、铁路交叉处，可用钢管或角钢加以保护；接地线穿墙壁、沿墙、沿杆敷设处，也可加装钢管或角钢保护，或涂以标志色；不使用腐蚀性较强的土壤埋设接地体等保护措施。

4）所有电气设备，都应直接与接地装置相连，也可用单独的接地线与接地干线相连，多台设备与接地干线应采用并联连接，严禁在一条接地线上串接几个需要接地的设备，否则容易使后面串联接地的设备失去接地保护。多台设备与接地干线的连接如图8-11所示。

5.保护接零与保护接地比较

（1）不同点

1）工作原理不同。保护接零是通过中性线使漏电设备形成阻抗很小的短路回路，产生很大的单相短路电流，使短路保护装置动作，将漏电设备切除；而保护接地是限制漏电设备的对地电压，限制流过人体的电流。

图8-11 多台设备与接地干线的连接

a）错误接法 b）正确接法

2）应用范围不同。保护接零适用于三相四线制或三相五线制中性点直接接地的低压配电系统，而保护接地适用于中性点不接地的电网中，在中性点接地电网中，应采用保护接零、重复接地，而不采用保护接地。

3）电路结构不同。保护接地的保护地线是单独设立的，且无重复接地，只有相线、接地线和接地体；保护接零在三相五线制电路中有中性线N（工作零线）、保护零线PE、相线、接地线和接地体，工作零线只提供用电设备的电流回路，保护零线用于设备的保护回路，用电设备的金属外壳应接保护零线；在三相四线制中，中性线即是工作零线，又是保护零线，即中性线与保护零线合二为一。

（2）相同点

1）作用相同。无论采用哪种保护措施，都是为了减轻或防止电气设备漏电时发生的间接触电。

2）接线部位相同。都是将电气设备的金属外壳、框架、支架等金属部分引出接地线或接零线。必须进行接地或接零保护的设备有：

①电动机、变压器、高低压电器、照明器具的金属底座和外壳。

②电气设备的传动装置、机械加工设备的外壳、移动式电气设备的金属外壳和底座。

③互感器的二次线圈及测量仪器的外壳。

④室内外配电装置的金属框架、金属围栏、钢筋混凝土杆、配线用的钢索、配线用的金属管等。

⑤电缆头或电缆盒的外壳、金属外皮。

⑥装有避雷线的电力电路的杆塔、居民区内的铁塔、混凝土的构架、电杆上的开关设备和电力电容器的外壳等。