接地系統及應用

摘要：隨著科學技術的發展、社會的進步，人們對家用電器、建筑設備、通信設備及電力系統等其他領域設備的安全性要求越來越高。掌握接地技術并合理應用，才會使我們的生產、生活更加安全。

關鍵詞：接地 形式 分類 應用 安全

1 接地的基本概念

接地是為達到安全和功能的目的，將電氣裝置的某些金屬部分用導體（接地線）與埋設在土壤中的金屬導體（接地極）相連接，并與大地做可靠的電氣連接。

接地是用來保護人身及電力、電子設備安全的重要措施，過接地導體將過電壓產生的過電流通過接地裝置導入大地，從而實現保護。

接地系統通常由接地線、接地極組成。

接地線：電工設備需接地點與接地體連接的金屬導體稱為接地線。主要形式為利用建筑結構內鋼筋、鋼結構構架以及單獨敷設的接地線。當前建筑使用鋼質接地線均采用鍍鋅以增強防腐性能。特別重要的場所接地采用扁銅帶作為接地干線。以及設備接地、管道跨接用軟銅線及編織軟線等。

接地體：可分為自然接地體和人工接地體兩類。當前自然接地體主要為建筑物的樁基、基礎梁、板等。人工接地體可用垂直埋置的角鋼、圓鋼或鋼管，以及水平埋置的圓鋼、扁鋼、鋼板等。人工接地體的頂端埋入地表面下0.5～1.5米，這個深度以下，土壤電導率受季節影響變動較小，接地電阻穩定，且不易遭受外力破壞。對于土壤電阻率高的地區，為了節約金屬材料，可以采取改善土壤電導率的措施，在接地體周圍土壤中填充電導率高的物質或在接地體周圍填充一層降阻劑（含有水和強介質的固化樹脂）等，以降低接地電阻值。

2 配電系統的接地形式

國際電工委員會（IEC）對建筑工程使用的供電系統作了統一規定，根據低壓配電系統按接地方式的不同分為TT系統、TN系統、IT 系統。其中TN系統又分為TN-C、TN-S、TN-C-S系統。

2.1 TT系統：電力系統中性點直接接地；電氣設備外露正常不帶電的金屬外殼與大地直接連接。

TT 系統特點是當電氣設備絕緣損壞漏電致使設備的金屬外殼帶電時，由于外殼有直接接地作保護，減少了觸電的危險性。但是，低壓斷路器（自動開關）不一定能跳閘，造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓，仍屬于危險電壓。當漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護器作保護，接地裝置耗用鋼材多，困此TT系統難以推廣。

2.2 TN系統：電氣設備外露正常不帶電的金屬外殼與工作零線相接，稱作接零保護系統。

TN系統特點是一旦設備出現外殼帶電，相當于發生單相對地短路故障，產生的電流很大，是TT系統的數倍，低壓斷路器的過流保護脫扣器會立即動作，使故障設備斷電。且該系統節省材料，在我國得到廣泛應用。TN系統根據其保護PE線是否與工作零N線分開而劃分為TN-C、TN-S、TN-C-S。

①TN-C系統用工作零線兼作接零保護線，可以稱作保護中性線，可用PEN表示。

TN-C系統使用漏電保護器時，漏電保護器后不能設置重復接地，否則漏電開關合不上；而且，工作零線在任何情況下都不得斷開。所以，實用中工作零線只能讓漏電保護器的上側有重復接地。

②TN-S系統供電系統是把工作零線N和專用保護線PE嚴格分開的供電系統。

TN-S供電系統系統正常運行時，專用保護線上不有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE 線對地沒有電壓，所以電氣設備金屬外殼接零保護是接在專用的保護線PE上，安全可靠。干線上使用漏電保護器，工作零線不得有重復接地；而專用保護線PE不許斷線，也不許進入漏電開關作工作零線， PE 線有重復接地，但是不經過漏電保護器。所以TN-S系統供電干線上也可以安裝漏電保護器。TN-S 方式供電系統安全可靠，適用于工業與民用建筑等低壓供電系統。

③TN-C-S供電系統工作零線N和專用保護線部分是合一的，局部采用專用保護線。通常為前端為TN-C系統，后端為TN-S系統。

TN-C-S系統的特點如下。由于三相負載不平衡，工作零線上有不平衡電流，在線路上產生一定的電位差，所以與保護線所聯接的電氣設備金屬外殼對大地有一定的電壓。如果工作零線斷線，則保護接零的漏電設備外殼帶電（對地220V）。如果電源的相線碰地，則設備的外殼電位升高，使中性線上的危險電位蔓延。當三相電力變壓器工作接地情況良好、三相負載比較平衡時，TN-C-S系統在使用中效果還是可行的。但在三相負載嚴重不平衡時，應采用TN-S方式供電系統。

2.3 IT系統：

電源側沒有工作接地，或經過高阻抗接地。負載側電氣設備進行接地保護。

IT方式供電系統在供電距離不是很長時，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴格地連續供電的地方，例如連續生產裝置、大醫院的手術室、地下礦井等處。地下礦井內供電條件比較差，電纜易受潮。運用IT方式供電系統，即使電源中性點不接地，一旦設備漏電，單相對地漏電流仍小，不會破壞電源電壓的平衡，所以比電源中性點接地的系統還安全。

但是，如果用在供電距離很長時，供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。在負載發生短路故障或漏電使設備外殼帶電時，漏電電流經大地形成回路，保護設備不一定動作，這是危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。

3 接地系統的分類

接地系統按照功能通常劃分為工作接地、防雷接地、保護接地，屏蔽接地，防靜電接地等。

3.1 工作接地

工作接地是在工作正常或事故情況下，為保證電氣設備正常運行，必須在系統中某一點進行接地，稱為工作接地。此種接地可直接接地或經特殊裝置接地。

工作接地的作用：保證電氣設備可靠地運行；降低人體接觸電壓；迅速切斷故障設備；降低電氣設備或送配電線路的絕緣水平。

在變配電系統中如變壓器、互感器的中性點接地等都屬于工作接地，也稱交流工作地。該接地不能與其它接地系統，如直流接地、屏蔽接地、防靜電接地等混接；也不能與PE線連接。

在數字電路中，為了使各個電子設備的準確性好、穩定性高，除了需要一個穩定的供電電源外，還必須具備一個穩定的基準電位。該直流工作系統與大地的接法不外乎兩種：一是直流地懸浮；二是直流地接大地。

3.1.1 直流地懸浮：直流地懸浮就是直流地不接大地，與地嚴格絕緣。因為如果數字電路的直流地與交流地接在一起，有可能引入交流電力網電壓的干擾。直流地懸浮的缺點是由于交流電電網的中線一般接地這就等于把數字電路的直流地也接大地，這樣容易形成漏電，使交流與直流兩者之間形成電流回流，還可能因直流地懸浮使這些設備帶有瞬態電壓，通過相互間連線的電容耦合去干擾鄰近設備，萬一發生交流火線與機柜相碰現象，就會使機柜帶有很高的交流電壓。

3.1.2 直流地接大地

直流地接大地就是將計算機機房中數字電路的等位地與大地相接，為了取得一定的公共電位，以減少電路的耦合，降低干擾影響，減少電氣元件的電腐蝕和因線路對地絕緣不良而產生的串音等現象，一般接地電阻應＜4Ω。直流地接大地方式克服了直流地懸空所帶來的問題。由于直流地與機柜外殼是分開的，因此機柜外殼接大地為高頻干擾提供了低阻通路，對防止高頻干擾和防止靜電也起到一定的保護作用。

3.2 保護接地

保護接地是將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分（即與帶電部分相絕緣的金屬結構部分）用導線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式。

接地分為接地保護和接零保護，兩種不同的保護方式使用的客觀環境又不同，因此如果選擇使用不當，不僅會影響客戶使用的保護性能，還會影響電網的供電可靠性。

保護接地與保護接零的主要區別是：

①保護原理不同 保護接地是限制設備漏電后的對地電壓，使之不超過安全范圍。保護接零是借助接零線路使設備漏電形成單相短路，促使線路上的保護裝置動作，以及切斷故障設備的電源。此外，在保護接零電網中，保護零線和重復接地還可限制設備漏電時的對地電壓。

②適用范圍不同 保護接地即適用于一般不接地的高低壓電網，也適用于采取了其他安全措施（如裝設漏電保護器）的低壓電網；保護接零只適用于中性點直接接地的低壓電網。

③線路結構不同 如果采取保護接地措施，電網中可以無工作零線，只設保護接地線；如果采取了保護接零措施，則必須設工作零線，利用工作零線作接零保護。保護接零線不應接開關、熔斷器，當在工作零線上裝設熔斷器等開斷電器時，還必須另裝保護接地線或接零線。如果客戶所在的公用配電網絡是TT或TN-S系統，客戶應該統一采取接地保護；如果客戶所在的公用配電網絡是TN-C系統，則應統一采取接零保護。

隨著社會的發展，我們日常室內接觸的低壓配電系統所采用的三相五線制逐步淘汰了過去三相四線制的供電方式，日常生活中不僅插座回路增加了單獨的PE線，照明回路也逐步開始設置單獨的PE線。使日常接觸的用電設備金屬外殼均能通過PE線進行接地保護，用電安全更加得以保證。

3.3 防雷接地

防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應或線路引入）時，為防止造成損害的接地系統。其作用是把雷電流引入大地。建筑物和電氣設備的防雷主要是用避雷器(包括避雷針、避雷帶、避雷網和消雷裝置等)。避雷器的一端與被保護設備相接，另一端連接地裝置。當發生直擊雷時，避雷器將雷電引向自身，雷電流經過其引下線和接地裝置進入大地。此外，由于雷電引起靜電感應副效應，為了防止造成間接損害，如房屋起火或觸電等，通常也要將建筑物內的金屬設備、金屬管道和鋼筋結構等接地；雷電波會沿著低壓架空線、電視天線侵入房屋，引起屋內電工設備的絕緣擊穿，從而造成火災或人身觸電傷亡事故，所以還要將線路上和進屋前的絕緣瓷瓶鐵腳接地。

3.4 屏蔽接地

屏蔽接地是消除電磁場對人體危害的有效措施，也是防止電磁干擾的有效措施。高頻技術在電熱、醫療、無線電廣播、通信、電視臺和導航、雷達等方面得到了廣泛應用。人體在電磁場作用下，吸收的輻射能量將發生生物學作用，對人體造成傷害。對產生磁場的設備外殼設屏蔽裝置，并將屏蔽體接地，不僅可以降低屏蔽體以外的電磁場強度，達到減輕或消除電磁場對人體危害的目的，也可以保護屏蔽接地體內的設備免受外界電磁場的干擾影響。

屏蔽與接地配合使用，才能起到屏蔽的效果，比如靜電屏蔽，當用完整的金屬屏蔽體將帶正電導體包圍起來，在屏蔽體的內側將感應出與帶電體等量的負電荷，外側出現與帶電體等量的正電荷，因此，外側仍有電場存在，如果將金屬屏蔽體接地，外側的正電荷將流入大地，外側將不會有電場存在，即帶正電導體的電場被屏蔽在金屬屏蔽體內。

防止靜電干擾，必須單點接地，單點接地的靜電放電速度是最快的。如果接地點多于兩個，就形成一個或多個電勢差，相當于增加了干擾源。

4 接地方式

4.1 分散接地方式

分散接地就是將大樓的防雷接地、電源系統接地、通訊設備的各類接地以及其他設備的接地分別接入相互分離的接地系統，由于地線系統不斷增多，地線間潛在的耦合影響往往難以避免，分散接地反而容易引起干擾。當某一設施被雷擊中，容易形成地下反擊，損壞其他設備。

4.2 聯合接地方式

聯合接地即所有接地系統共用一個接地裝置。它是把需要接地的各個系統統一接到一個接地裝置上，或者把各系統原來的接地裝置通過地下或地上用金屬導體連接起來，使他們成為暢通的電氣接地統一地網。聯合接地是目前應用最廣的接地方式。一般聯合接地方式接地電阻非常小，通常≤1Ω。

聯合接地的特點：

①各個接地電極聯接的等效接地電阻小。如果是利用建筑結構體作為共用接地裝置，因其接地電阻很小，共用接地的效果就更顯著。

②當有一個接地電極失效時，其他接地電極也能補充，提高了接地的可靠性。

③一般聯合接地方式接地電阻非常小，通常≤1Ω.不存在各種接地體之間的耦合影響，有利于減少干擾；

④減少接地電極的總數，節省了設備施工費用。

作者簡介：蔡麗娜，女，1975年9月出生，河北石家莊人，畢業于河北科技大學，獲工業自動化學士學位，主要研究電廠節能減排方向。

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