上述來歷不明的故障電壓常來自電氣裝置外部,現列舉一二來進行說明。
圖2 為 TN 系統的一電氣裝置的電源線路墜大地,按圖2所示接地電阻值,接地故障電流為Id =U0/(RB+RE) =220/(4+4) =27. 5A
當此電流不足以使保護電器切斷電路時,變電所的 RB 上將產生電壓降
Uf = Id?RB = 27. 5×4 = 110V
變壓器中性點對地電壓隨之升高為 110V,此電壓即接地故障電壓,沿 N 線傳導至用戶電氣裝置。當用戶采用圖2 所示的 TN-C 系統時,PE線因源出于中性點也帶故障電壓,如果未設置總等電位聯結,電氣裝置內帶故障電壓的設備的金屬外殼和敷線管槽在火災危險場所和靠近可燃物質處很易因對地打火而引起火災,當然也可引起爆炸、電擊等事故。
TN 系統的 PE(PEN)線作重復接地后可降低一些故障電壓,但效果不明顯。電氣線路上的剩馀電流保護器對這種外來的故障電壓毫無反應,因為線路內沒有出現剩馀電流。
圖3中變電所的高、低壓柜和變壓器外殼等外露導電部分的保護接地和低壓側中性點的工作接地共用一接地極,接地電阻 RB為 4Ω,低壓為TN接地系統,高壓側為不接地系統。當高壓側發生諸如鼠、蛇引起的接地故障時,其接地電流人可達 30A,在接地極 RB 上的電壓降可達 Id?RB = 30×4 = 120V,可同樣引起火災和電擊之類的電氣事故。
接地故障可通過上述三個起因起火,在70年代東北某紡織廠就發生過一起三個起因同時起火的案例,損失達數百萬元。開始時認為是一般的線路短路起火,但無法解釋為何三處同時起火,經消防研究單位仔細分析才弄清原來是一起接地故障引起的火災。該廠采用 TN-C 系統,如圖4 所示。
由于配電箱電纜芯線接線端子松動,長期發熱,絕緣擊穿造成接地故障,但故障電流不夠大,保護電器未動作,由于故障電流和故障電壓的竄導,導致三處同時起火。一處是該配電箱的PEN線端子連接不緊密,通過故障電流時打出火花,濺落在化纖堆上起火;一處是一段 3×185mm2 低壓電纜的 16mm2 金屬外皮被用作 PEN 線,熱穩定不夠,被故障電流燒紅引燃該處的飛揚的纖維起火;還有一處是照明線路金屬套管(經計算其上對地電壓為 147V)與其鄰近的暖氣管打火,火花濺落在化纖堆上起火。這就是三處同時起火的由來,但火災起源的接地故障發生處因沒有可燃物質而未起火。這是一個很能說明接地故障起火特點的案例。
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