淺析接地保護在電氣設備中的應用

陳昔柱　季秋麗　李瑞彬　彭淑海　佀建鵬　曹鳳雷

[摘 要]我國現行有關規定：在中性點直接接地的低壓配電系統中，為了保證人身和設備的安全，廣泛采用將電氣設備金屬外殼與系統零線直接相連的方式，即電氣設備的外殼采用接零保護在中性點不接地的低壓系統中，電氣裝置采用接地保護。本文主要討論電氣安全保護接地、接零技術、重復接地和共同接地的優缺點和應用選擇，設計施工注意事項。

[關鍵詞]系統；接地保護；安全

一、引言

電力系統不安裝相關的電力接地及漏電保護措施或者電力機械設備安裝施工現場操作管理失誤、部分施工現場對電氣接地保護系統及漏電保護器的選擇與安裝不盡合理等都可能造成電力系統觸電事故的發生，而這也成為了電力系統施工實踐過程所必須面對的一個安全難題，因此必須要在電力機械設備系統中安裝電氣接地保護系統和漏電保護器，盡可能的保護設備及人員的生命財產安全。

一般電氣接地按作用分類有兩大類，即保護性接地和功能性接地。電氣設備接地的目的主要是保護人身和設備的安全，所有電氣設備應按規定進行可靠接地。

二、接地、共同接地和重復接地

一般在1kv以下的電力輸配線路及設備的接地制式主要有五種類：“IT”、“TT”、“TN-C”、“TN-S”、“TN-C-S”接地方式。

1.IT系統。所謂“IT”接地制式，就是變壓器（或電源）低壓側中性點（N）不直接接地或通過阻抗來接地保護，而設備的外殼導體部分與接地連接，但設備的外殼接地與電源中性點接地是不連接的。

2.TT系統。所謂“TT”接地制式，就是電源中性點（N）直接接地（即工作接零），但其設備外殼導體部分的接地保護（PE）線與電源中性點（N）線是不連接的。

3.TN系統。是指中性點直接接地系統中電氣設備在正常情況下不帶電的金屬部分用保護線或中性線與系統中性點相連。按照中性線N與保護線PE的組合情況，TN分為以下三種形式：

（1）TN-C系統。所謂“TN-C”是三相四線接零制式，就是電源中性點（N）與保護中性線（PEN）直接接地（即工作接零），其設備外殼導體部分的接地保護（PE）線與電源中性點（N）線是連接的。

（2）TN-S系統。所謂“TN-S”是三相五線接零制式，就是電源中性點（N）與保護中性線（PEN ）直接接地（即工作接零），但其設備外殼導體部分的接地保護（PE）線與電源中性點（N）線不連接的。 應特別注意：在電源端應是三相四線接零制，在電源負載端即為三相五線接零制時，只允許第一只低壓柜內的電源中性點（N）線與地保護（PE）線連接，其它禁連接。

（3）TN-C-S系統。所謂“TN-C-S”是三相四線接零制和三相五線接零制結合的接地制式，即在變壓器（電源端）中性點與保護中性線（PEN）直接接地（即工作接零）。

應特別注意：在其電源端為三相四線接零制“TN-C”系統時，其設備外殼導體部分的接地保護（PE）線與電源中性點（N）線是連接的。“而電源負載端為三相五線接零制“TN-S”系統，其設備外殼導體部分只允許第一只低壓柜內的電源中性點（N）線與接地保護（PE）線連接，其它禁止連接。由于“TN” 接地制式，保護接零技術要求高可能由于保護接零系統的差錯，而造成危及人身安全。

4.共同接地。要想用簡單可靠的方法保證安全，就應當采取共同接地的方式。共同接地由于必須同時滿足電氣安全、 防雷、防靜電等多個不同系統對接地的要求，因此它的接地電阻應≤1Ω。 設計中應盡可能的利用建筑物或構筑物地表以下的金屬結構作為接地體，地表以下的金屬結構連接越多，接地電阻就越小，金屬結構件的分布面積越大、埋設深度越深，雷擊時產生的跨步電壓越小，對人體就越安全。

5.重復接地。在中性點直接接地的低壓電力網中采用接零時，將零線上的一點或多點再次與大地作金屬性連接，稱為重復接地。

重復接地可在系統中發生碰殼短路時降低零線的對地電壓，減輕觸電的危險。當采用保護接零而零線斷裂時，如果在斷線后的電力設備有一相碰殼，則后面的零線會帶上相電壓，造成危險。采用了重復接地后，接在斷裂處后面的所有電氣設備外殼上的對地電壓UE重復接地。

三、接地保護的設計

1.接地電阻。接地保護系統的接地電阻大小的選擇是由保護系統的保護功能和系統所通過的電流以及電流的性質決定的。一般情況下用于小接地電流的電氣系統的接地其接地電阻只要≤4Ω就可以了。對于較大接地電流的電氣系統其接地電阻通常應≤1Ω。對于電氣系統并不大，用電設備并不多，可采用直接接地保護作為用電設備的防漏電安全保護。在可能的條件下應盡量采用重復接地作為防漏電安全保護。對于單純用于防靜電、防雷電的接地其接地電阻一般≤30Ω就可以了。

2.裝設接地裝置的要求。（1）接地線一般用40mm×40mm的鍍鋅扁鋼； （2）接地體用鍍鋅鋼管或角鋼。鋼管直徑為50mm，管壁厚不小于3.5mm，長度2-3m，角鋼以50mm×50mm×5mm為宜； （3）接地體頂端距地面0.5-0.8m，以避開凍土層，鋼管或角鋼的根數視接地體周圍的土壤電阻率而定， 一般不少兩根，每根的間距為3-5m； （4）接地體距建筑物的跟離在1.5m以上，與獨立的避雷針接地體的距離大于3m； （5）接地線與接地體的聯接應使用搭接焊。

3.土壤電阻的判斷和降低土壤電阻率的方法。接地系統的好壞不僅和接地體的大小形狀有關，接地體埋設地帶的土壤電阻的大小更直接影響到接地系統接地電阻的大小。具體措施如下： （1）改變接地體周圍的土壤結構在接地體周圍的土壤2-3m范圍內，摻入不容于水的、有良好吸水性的物質，如木炭、焦碳煤渣或礦液等； （2）用食鹽、木炭降低土壤電阻率用食鹽、 木炭分層夯實。木炭和細摻勻為一層，約10-15cm厚，再鋪2-3cm的食鹽，共5-8層。鋪好后打入接地體。但食鹽日久會隨流水流失，一般超過兩年就要補充一次。 （3）用長效化學降阻劑。

四、結論

通過對接地、接零、重復接地及共同接地的討論，目的是探討在實際工作中應采取何種保護方式，從而最大限度地保證人員的安全。目前，在接地和接零技術的應用中普遍存在著一些誤區，特別在工程應用中普遍采用不分接地目的，不根據接地體的尺寸， 不考慮接地點的土壤情況，隨便打一根角鋼，就叫做完成了電氣系統的接地保護。這種根本不合格的做法，其危害性是極其巨大的，它容易使人誤以為系統已有可靠的接地保護，從而放松了對電器安全的警惕性，當電氣設備的絕緣被破壞后，它極有可能給操作者帶來觸電傷害，嚴重時會造成電氣火災、甚至造成人身傷亡等重大事故。因此有必要再三強調接地保護的重要性及其正確設置。

接地從字面來看是十分簡單的事情，但是對于經歷過電磁干擾和雷電挫折的人來說可能是一個最難掌握的技術。實際上在電磁兼容設計中，接地是最難的技術。面對一個系統，沒有一個人能夠提出一個絕對正確的接地方案，多少會遺留一些問題。防雷與接地是統一的，二者缺一不可。只有防雷措施而無接地，無法迅速泄流放電，反之，設備將直接遭受強大電流的沖擊，無論哪種情況系統都將受到破壞甚至癱瘓。只要通過合理配置，使之融為 一體，就能有效確保系統的穩定工作，從而發揮出系統防護工作的最佳效果。

參考文獻：

[1]余鍵明，同向前，蘇文成. 供電技術.北京：機械工業出版社.

[2]史儀凱.電工技術[M].北京：科學出版社，2008.