接地技術的應用

商立國+王朋+周潤根

摘 要： 接地技術是任何電子、電器設備都必須采用的重要技術，它不僅是保護設施和人身安全的必要手段，也是抑制電磁噪聲、控制電磁干擾、保證設備可靠性的重要技術之一。在設計中如能把接地和屏蔽正確地配合使用，對實現電子設備的防干擾將起著事半功倍的作用。

關鍵詞： 電力；接地

接地原意指與正真的大地連接，以提供雷擊放電的通路，例如避雷針的一端埋入大地；后來成為電氣設備和電力設施提供漏電保護的放電通路的技術措施；現在接地的含義早已延伸，它一般指連接到一個作為參考電位點（或面）的良導體的技術行為。其中的“地”可以是指大地，陸地使用的電子設備通常以地球的電位作為基準，并以大地作為零電位。“地”也可以是電路系統中某一電位基準點，并設改點電位為相對零電位。電子設備中各類電路均有電位基準，對于一個理想的接地系統來說，各部分的電位基準都應保持零電位。設備內所有的基準電位點通過導體連接在一起，該導體就是設備內部的地線。例如，電子電路往往以設備的金屬底座、機架、機箱等作為零電位，但金屬底座與機架、機箱有時不一定和大地相連接，即設備內部的“地”電位不一定與大地電位相同。

為了防止雷擊對設備和操作人員造成危險，通常應將設備的機架、機箱等金屬結構與大地相連接。電子設備的地與大地連接有如下作用：

（1）提高電子設備中電路系統工作的穩定性。電子設備若不與大地連接，它相對于大地將呈現一定的電位，該電位會在外界干擾場的作用下變化，從而導致電路系統工作不穩定。如果將電子設備的地與大地相連接，使它處于正真的零電位，就能有效地抑制干擾。

（2）泄放機箱上積累的靜電電荷，避免靜電高壓導致設備內部放電而造成的干擾。

（3）為設備和操作人員提供安全保障。

理想的接地導體是一個零電阻的實體，任何電流在接地導體中流過都不應該產生電壓降，各接地點之間不應該存在電位差。但是，如果接地不當就會引入電磁干擾。通常電路和用電設備的接地按其功能分成兩大類：安全接地和信號接地。

由于大地具有非常的電容量，是理想的零電位。不論向大地注入多大的電流或電荷，在穩定時其電位保持為零。安全接地就是采用低阻抗的導體將用電設備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因漏電或故障放電而發生觸電危險。安全接地還包括建筑物、輸電線鐵架、高大電力設備的接地，其目的是為了防止雷擊放電造成設備破壞和人身傷亡。

信號接地就是在系統和設備中，采用低阻抗的導線（或地平面）為各種電路提供具有共同參考電位的信號返回通路，使流經該地線的各電路信號電流互不影響。

安全接地的質量好壞關系到人身安全和實施的安全。因此必須檢驗接地的有效性。接地的目的是為了使設備與大地有一條低阻抗的電流通路，因此接地是否有效主要取決于地電阻，阻值越小越好。接地電阻與接地的裝置、接地土壤狀況以及環境條件等因素有關。

接地裝置也稱接地體，通常把它們分為自然接地體和人工接地體兩大類。埋設在地下的水管、輸送非燃性氣體和液體的金屬管道、自流井插入管、鉆管以及在地下建筑物或水泥中的金屬結構、電纜外皮等屬自然接地體。

一般自然接地體與大地的接觸面積比較大，雜散電阻小，往往比專門設計的接地體性能更好。同時還由于自然接地體與用電設備在大多數情況下已經連成整體，大部分漏電電流能在接地體的開始段向大地流散，所以很安全。所以，在1000V以下的系統和1000V以上的小接地短路電流系統中，一般采用自然接地。

對于大接地電流系統，由于要求接地電阻值較低，而自然接地體由于表面腐蝕等原因接地電阻難以降低，因此采用人工接地體。一般僅能利用地下管道作為輔助接地裝置，必須以專門埋設的接地樁為主。而且還應注意到，當接地線中有直流電源時，管道材料會加速電化學腐蝕。

必須特別指出，在信號比較弱而設備對干擾極為敏感的測控系統、計算機系統、貴重精密儀器系統不能濫用自然接地，例如暖氣管道，一般它與建筑物及大地沒有良好的接觸，其電阻值比較大，因此不宜作為接地體。

人工接地體是人工埋入地下的金屬導體，常用的形式有下面幾種。

（1）埋設銅板。將銅板或用扁銅條圍成框埋入地下，然后用多股銅線或銅帶引出地面與實驗室地線連接。

（2）打入地樁。地樁為圓形接地棒。接地棒表面一般鍍銅或鋅，以防止鋼材生銹增大電阻。棒上端與地面上的金屬構件（如機柜或機房）相連，下端埋入地下一般深度達3m～4m，棒長一般2m～3m，離地面1m左右。

當一根樁的接地電阻太大時，可用多根同樣粗的鋼棒打入地下，再用導體并聯成一體，連接導體與地樁應采用熔焊接頭，其中鋼管相隔2m～10m（一般為管長的1倍～3倍）。

接地柵網是由接地棒和電導網格構成，柵網與地面上金屬構件相連接，同時將地棒連接一起。在現代建筑中，常常繞建筑物一周形成接地環，埋設于地基中。

（3）鉆孔法。鉆孔法即用鉆機直接往地下打孔，一般深10cm～30cm、孔徑6cm左右，然后把與孔深等長的接地棒埋入。

（4）埋設導線。在地面挖深0.6m～1m、長幾十米的溝，在溝內埋入銅導線，并在導線周圍填入降阻劑，這對山區或凍土帶臨時敷設地線比較方便、使用。

無論是自然接地體還是人工接地體，都必須根據接地電阻的要求來選擇，設備安全接地電阻一般應為10Ω以下，對于1000V以上的電力線路接地電阻要小于0.5Ω；防雷接地電阻的一般要求為10Ω～25Ω。接地電阻可以使用專門的接地電阻測試儀進行測定，也可以通過理論計算來估計它的數值。

除此以外，接地電阻還受環境條件影響，天氣的潮濕程度、季節變化和溫度高低的變化都影響它的阻值。因此接地電阻的數值不是固定不變的，需要定期測定監視。當出現接地電阻不符合要求時，可以采用保持水分、化學鹽化和化學凝膠3種方法來有效地降低土壤的電阻率，使接地電阻減小。endprint