上述來歷不明的故障電壓常來自電氣裝置外部,現(xiàn)列舉一二來進行說明。
圖2 為 TN 系統(tǒng)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(dāng)此電流不足以使保護電器切斷電路時,變電所的 RB 上將產(chǎn)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(dǎo)至用戶電氣裝置。當(dāng)用戶采用圖2 所示的 TN-C 系統(tǒng)時,PE線因源出于中性點也帶故障電壓,如果未設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié),電氣裝置內(nèi)帶故障電壓的設(shè)備的金屬外殼和敷線管槽在火災(zāi)危險場所和靠近可燃物質(zhì)處很易因?qū)Φ卮蚧鸲鸹馂?zāi),當(dāng)然也可引起爆炸、電擊等事故。
TN 系統(tǒng)的 PE(PEN)線作重復(fù)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(yīng),因為線路內(nèi)沒有出現(xiàn)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(dǎo)電部分的保護接地和低壓側(cè)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(tǒng),高壓側(cè)為不接地系統(tǒng)。當(dāng)高壓側(cè)發(fā)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(zāi)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(fā)生過一起三個起因同時起火的案例,損失達數(shù)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(jīng)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(zāi)。該廠采用 TN-C 系統(tǒng),如圖4 所示。
由于配電箱電纜芯線接線端子松動,長期發(fā)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(dǎo),導(dǎo)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(wěn)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(jīng)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(zāi)起源的接地故障發(fā)生處因沒有可燃物質(zhì)而未起火。這是一個很能說明接地故障起火特點的案例。