低壓電氣裝置的接地

李玉梅

(天津市九河市政工程設(shè)計咨詢有限公司，天津 300170)

接地是電氣工作人員十分熟悉的電氣安全措施，也是個十分復(fù)雜的問題，它關(guān)系到人身、設(shè)備和財產(chǎn)的安全以及電氣裝置和設(shè)備功能的正常運行。

隨著用電技術(shù)的進步，接地被賦予新的概念:1)指電氣回路導(dǎo)體或電氣設(shè)備外殼與大地的連接;2)指需接地部分與代替大地的某一導(dǎo)體連接，以該導(dǎo)體的電位為參考電位。

1 接地裝置的組成

建筑物電氣裝置內(nèi)的接地裝置由接地極、接地線和接地母排三部分組成，用以實現(xiàn)電氣系統(tǒng)與大地的連接。與大地直接接觸實現(xiàn)電氣連接的金屬物體為接地極，對此接地極可實現(xiàn)某種電氣功能，如用作系統(tǒng)接地、保護接地或信號接地。它可以是人工接地極，也可以是自然接地極。

接地母排是一建筑物電氣裝置的參考點，通過它將一電氣裝置內(nèi)需接地的部分與接地極相連接，也可以將電氣裝置內(nèi)等電位聯(lián)結(jié)線互相連通，用以實現(xiàn)建筑物內(nèi)大件導(dǎo)電部分間的總等電位聯(lián)結(jié)。

接地極與接地母排之間的連線成為接地線。

2 供電系統(tǒng)的接地

任一電壓等級的供電系統(tǒng)都需要考慮系統(tǒng)接地(系統(tǒng)內(nèi)電源端帶電導(dǎo)體的接地)和保護接地(負荷端電氣裝置外露導(dǎo)電部分的接地)，如圖1所示的RB和RA。

2.1 系統(tǒng)接地

系統(tǒng)接地可降低低壓線路另兩非故障相的對地電壓，也可使高壓側(cè)故障電流通過低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地返回電源，使高壓側(cè)繼電保護動作，從而避免或減輕高壓側(cè)故障對低壓系統(tǒng)的危害。

圖1 系統(tǒng)接地和保護接地示意圖

系統(tǒng)接地RB應(yīng)盡量小，在戶外沒有總等電位聯(lián)結(jié)作用的正常干燥場所，如:RB為TN系統(tǒng)中PEN線和PE線上所有并聯(lián)的接地極的接地電阻，Ω;RE為不與PEN線或PE線相連接的裝置外導(dǎo)電部分與大地間最小接觸電阻，Ω;U0為回路對地交流方均根值標稱電壓，V。

以 U0=220 V，使 Uf＜50 V，得 RB≤0.29RE，因 RE是個隨機值，難以對RB規(guī)定安全限制，但是可知RB越小越好。

2.2 保護接地

保護接地使電氣裝置內(nèi)外露導(dǎo)電部分的接地，它對電氣安全是十分重要的，必須保證接地通路的導(dǎo)通。有些情況是不允許電氣裝置的外露導(dǎo)電部分作保護接地的，如在設(shè)置絕緣場所和采用電氣分隔作防間接接觸電擊措施就不得作保護接地。

3 系統(tǒng)的接地形式

接地系統(tǒng)分 TN(TN-C，TN-S，TN-C-S)，TT，IT 三種類型(見圖2)，這些接地系統(tǒng)的文字符號的含義是:

第一個字母說明電源端帶電導(dǎo)體與大地的關(guān)系:

T(Terre):電源端帶電導(dǎo)體上的一點與大地不經(jīng)阻抗直接連接。

I(Isolate):電源端所有帶電部分與大地隔離或電源端帶電導(dǎo)體上的一點通過高阻抗與大地直接連接。

圖2 接地系統(tǒng)分類

第二個字母說明電氣裝置的外露導(dǎo)電部分與大地的關(guān)系:

T:電氣裝置的外露導(dǎo)電部分直接與大地連接，獨立于電源系統(tǒng)的任一接地點。

N(Neutral):電氣裝置的外露導(dǎo)電部分的接地與已接地的電源系統(tǒng)中性點直接電氣連接。

補充字母的說明:

S(Separate):保護功能由一根與中性導(dǎo)體或接地導(dǎo)體相獨立的導(dǎo)體提供。

C(Combine):中性導(dǎo)體和保護功能組合在一根導(dǎo)體(PEN)中。

由同一變壓器、發(fā)電機供電的范圍內(nèi)TN系統(tǒng)不能和IT系統(tǒng)兼容。分散的建筑物可分別采用TN系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。同一建筑物內(nèi)宜采用TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)中的一種。

在TN系統(tǒng)內(nèi)建立局部TT系統(tǒng)防范電擊事故的發(fā)生，如圖3所示。

在建筑外，沒有做總等電位聯(lián)結(jié)作用的電氣裝置需另裝設(shè)獨立接地極，并引出獨立保護接地線做這部分電氣裝置的保護接地。這時，電源線路上的故障電壓將傳不至戶外的設(shè)備外殼上。

圖3 在TN系統(tǒng)內(nèi)建立局部TT系統(tǒng)

在局部TT系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障時，故障電流值不大，所以在回路的出線端必須裝設(shè)RCD，即裝設(shè)漏電保護，以保證在該回路發(fā)生接地故障時能自動切斷電源，RB上產(chǎn)生的瞬間電壓降不會在TN系統(tǒng)內(nèi)引發(fā)電擊事故。因此，在同一變壓器供電范圍內(nèi)TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)可以同時存在而互不影響。

TN-C，TN-S，TN-C-S，TT系統(tǒng)可以同時從同一電源引出，如圖4所示。

圖4 同一變電所引出TN-S，TN-C，TT和TN-C-S系統(tǒng)

需注意TT系統(tǒng)的出線端必須裝設(shè)RCD來及時切斷故障，以避免TT系統(tǒng)故障在TN系統(tǒng)內(nèi)引發(fā)事故。

接地系統(tǒng)的選用與安全準則無關(guān)，最合適的接地系統(tǒng)選用應(yīng)視規(guī)范的要求，供電不間斷性、工作條件以及網(wǎng)絡(luò)和負載類型而定。由于每種系統(tǒng)都有它的優(yōu)缺點，故沒有最佳系統(tǒng)。倘若遵照規(guī)則，它們都是非常良好的，沒有超優(yōu)的接地系統(tǒng)。

4 等電位聯(lián)結(jié)

在一建筑物內(nèi)將電氣裝置電源進線總配電箱內(nèi)的PE母排以及建筑物內(nèi)的外露導(dǎo)電部分、裝置外導(dǎo)電部分在靠近總配電箱處用聯(lián)結(jié)線匯集連通，使電氣裝置內(nèi)各導(dǎo)電部分電位相等或相近，從而降低建筑物電氣裝置內(nèi)的故障電位差。借等電位的作用，也可防止從外部導(dǎo)入的危險電位在TN系統(tǒng)建筑物內(nèi)引發(fā)電氣事故以及雷擊引起的事故或干擾。

4.1 總等電位聯(lián)結(jié)

為減少人體同時接觸不同電位引起的電擊危險，同時也為了防范雷電危害以及滿足信息設(shè)備抗干擾等要求，需設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)。總等電位聯(lián)結(jié)是將建筑物電氣裝置外露導(dǎo)電部分與裝置外導(dǎo)電部分電位基本相等的連接。即指在一建筑物的電源進線處將下列可導(dǎo)電部分互相連通，如圖5所示。

1)進線配電箱的PE(PEN)母排;2)電氣裝置的接地極引入線;3)建筑物內(nèi)的金屬管道，如給排水管、煤氣管、采暖和空調(diào)管道等;4)建筑物金屬結(jié)構(gòu)。建筑物每一電源進線都應(yīng)做總等電位聯(lián)結(jié)，各個總等電位聯(lián)結(jié)端子板間應(yīng)互相連通。

需注意燃氣和燃油管道不允許用作接地極，為此在管道入戶后5 m長度內(nèi)插入一絕緣段，以與戶外地下管道絕緣，同時也是為了管道陰極保護的需要。當(dāng)建筑物遭雷擊時，雷電沖擊電壓可能擊穿該處間隙而通過管道泄放雷電流，在管道內(nèi)產(chǎn)生危險電火花，因需要在法蘭盤兩側(cè)間跨接一火花間隙，使電火花在管道外發(fā)生。

圖5 建筑物內(nèi)的總等電位聯(lián)結(jié)平面示意圖

在總等電位聯(lián)結(jié)時，總配電箱內(nèi)連接板連接時需注意:PEN線先接PE母排后接N母排，容易檢查PE線的安全，見圖6。

圖6 總等電位聯(lián)結(jié)時總配電箱內(nèi)連接板連接圖

4.2 輔助等電位聯(lián)結(jié)

輔助等電位聯(lián)結(jié)是將可同時觸及的可導(dǎo)電部分直接連通，使該兩部分故障情況下的電位相等。

4.3 局部等電位聯(lián)結(jié)

局部等電位聯(lián)結(jié)是根據(jù)具體條件和需要，在建筑物部分電氣裝置的局部范圍內(nèi)，將外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分互相連通，使該局部范圍內(nèi)故障情況下的電位差進一步減小，甚至小于接觸電壓限制，見圖7。

圖7 采用輔助等電位聯(lián)結(jié)和局位等電位聯(lián)結(jié)措施防間接接觸電擊

在電擊危險大的場所，例如醫(yī)院手術(shù)室、浴室、游泳池、噴水池等電位聯(lián)結(jié)是必不可少的電氣安全措施。

接地可視為以大地作為參考電位的等電位聯(lián)結(jié)，為防電擊而設(shè)的等電位聯(lián)結(jié)一般均作接地，與地電位相一致，有利于人身安全。

5 直流電氣設(shè)備的接地

直流電氣設(shè)備的接地需考慮:

1)民用建筑中直流電氣設(shè)備較少，宜采用直流系統(tǒng)對地絕緣方式，此時可設(shè)對地絕緣監(jiān)測裝置監(jiān)測，必要時可采用加強絕緣措施。2)對需利用大地作為通信信號回路以及減少電話通信中由于用戶線路對地絕緣不良引起的串話時，將直流系統(tǒng)的一個極接地。3)能與地構(gòu)成閉合回路且經(jīng)常流過電流的接地線應(yīng)沿絕緣墊板敷設(shè)，不得與金屬管道、建筑物構(gòu)件、設(shè)備有金屬性連接。4)經(jīng)常流過電流的接地線和接地極，除應(yīng)符合載流量和短路時熱穩(wěn)定的要求外，其地下部分的最小規(guī)格不應(yīng)小于:圓鋼直徑10 mm，扁鋼和角鋼厚度4 mm，鋼管管壁厚度3.5 mm。5)不經(jīng)常流過電流的接地線和接地極的選用與交流電氣設(shè)備相同。6)接地裝置宜避免敷設(shè)在土壤中含有電解時排出活性物質(zhì)和各種溶液的地方，必要時可采用外引式接地裝置或采用換土、改良土壤等措施。

6 防靜電接地

6.1 靜電的起因

靜電是固、液、氣體物質(zhì)在摩擦、破裂、噴射和驟然分解時的一種物理化學(xué)過程的反應(yīng)。靜電的數(shù)值在很大程度上與物質(zhì)所含雜質(zhì)成分、表面氧化吸附程度、溫度、濕度、壓力以及外界電場都有關(guān)系。

6.2 靜電的危害

靜電產(chǎn)生的能量一般不超過毫焦級，但可產(chǎn)生較高的靜電電壓，放電時的火花能點燃易燃易爆物而造成事故。靜電釋放對電壓敏感半導(dǎo)體器件主要危害是毀壞其靈敏度。靜電對PC造成的危害主要表現(xiàn)出以下現(xiàn)象:磁盤讀寫失敗，打印機打印混亂，芯片被擊穿甚至主機板被燒壞等。

靜電危害起因于靜電力和靜電火花，靜電危害中最嚴重的靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。靜電危害雖然很大，但也能為人類服務(wù)，已在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到廣泛應(yīng)用。例如，靜電印花、靜電噴涂、靜電除塵等。

6.3 防止靜電危害的措施

1)采用導(dǎo)電材料。2)電阻率小于105Ω·m的材料一般不會積聚靜電。3)接地是消除導(dǎo)體上靜電的一種有效辦法，簡單可靠，費用低。4)增加環(huán)境濕度可增加靜電沿絕緣體表面的泄露量。

7 結(jié)語

我國建筑電氣安全水平有待提高，為了減少電氣事故火災(zāi)，低壓電氣裝置的接地很重要。接地是確保電氣設(shè)備正常工作和安全防護的重要措施之一。防雷接地具體內(nèi)容詳見雷電防護。當(dāng)今，由于同時存在不同目的的接地系統(tǒng)，分開其接地方式所引起的不同電位易帶來不安全因素，不同接地導(dǎo)體間會產(chǎn)生耦合影響，將引起相互干擾。因此采用聯(lián)合接地方式。

［1］王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計安裝和檢驗［M］.第2版.北京:中國電力出版社，2007.

［2］任元會.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］.第3版.北京:中國電力出版社，2005.