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现在,我们可以回答题主的问题了。
我们来看图 4:
零线的准确名称是保护中性线
图 4 中,变压器中性点接地,而用电设备的外壳直接接地。
正常运行时,我们看到,用电设备的外壳根本就不会有任何电流流过。
现在,我们来分析 L3 相对用电设备的外壳发生碰壳事故的情况。
我们首先遇见的是外壳接地电阻有多大这个基础参数。在国家标准 GB50054《低压配电设计规范》 中,把外壳接地后的电阻以及地网电阻合并叫做接地极电阻,并规定它的值不得大于 4 欧。但在工程上,一般认为接地极电阻为 0.8 欧。
其次,我们需要知道保护性中性线电缆的电阻是多少。这个值可以根据具体线路参数来考虑。方便起见,不妨先规定这条保护性中性线电缆的长度是 100 米,电缆芯线截面是 16 平方毫米,它的工作温度是 30 摄氏度,则它的电阻为:
有了这两个数据,我们就可以来进行实际计算了。
我们看图 4 的下图,我们发现当 L3 相对用电设备的外壳短路时,保护性中性线中有电流流过,地网中也有电流流过。
注意到保护性中性线电阻和地网电阻其实是并联的,按照中学的电学物理知识,我们知道并联电路的电流与电阻的阻值成反比,也即:
。由此推得:
—————- 式 1
由式 1 我们看到,地网电流与保护性中性线电阻和地网电阻的比值有关。我们把接地极电阻按 4 欧取值,把具体参数代入,得到地网电流为:
即便我们按工程惯例接地极电阻取为 0.8 欧,得到地网电流为:
也就是说,地网电流只相当于保护性中性线电流的 3%~15% 而已!我们取为中间值,则地网电流只有保护性中性线电流的 6%。
零线的准确名称是保护中性线
至此,我们已经回答了题主的问题。
现在,我来提个问题:
用电设备的外壳发生碰壳故障后,地网电流如此之小,与保护性中性线电流相比,几乎可以忽略不计,那么用电设备的外壳带电将长期存在。如此一来,必然会出现人身伤害事故。那么,在实际接线中,我们是如何来保护人身安全的?
提示:这个问题的涉及面有点广,与低压配电网的接地形式有关,与用电设备的保护接零及保护接地有关,与 TN- C 系统下到底采用断路器保护还是采用漏电开关保护也有关。
解答:从以上描述中我们看到,当发生单相接地故障时,地网电流很小,根本不足以推动断路器或者熔断器执行保护。怎么办呢?
国际电工委员会 IEC 提出了解决方案,这就是 接地系统。
在具体描述之前,我们先明确几个概念:
第一个概念,什么叫做系统接地或者工作接地?
系统接地(工作接地))指的是电力变压器中性点接地,用 T 来表示,没有就用 I 来表示。
第二个概念,什么叫做保护接地?
保护接地指的是用电设备的外壳直接接地,用 T 表示。若外壳接到来自电源的保护性中性线或者地线,则用 N 表示。
第三个概念,什么叫做接地形式?
接地形式有三种,分别是 TN、TT 和 IT。TN 下又分为 TN-C、TN- S 和 TN-C-S。
知晓这几个概念后,我们来看看 IEC 给出的有关 TN- C 和 TT 系统的原图。注意,这两幅图是不容置疑的,是有关接地系统的权威解释。
未完待续 ……
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