電氣設備接地保護技術淺析

蔡紅茹

（中國原子能科學研究院，北京 102413）

1705年，富蘭克林第一次提出用實驗來證明閃電就是電的科學理論，此后，又由特斯拉、法拉第、歐姆、伏特、安培等科學家的不斷補充，將雷電從蒼穹引入民間的生產生活中。電氣帶來便利的同時，也具有很強的危險性，比如，會因電氣短路造成火災威脅人身生命安全。電氣接地保護技術可以有效保證電氣的安全使用，不僅保護電氣設備的工作人員，還保護著日常中運行的電氣設備。

1 接地技術的概念、作用、方式與基本原則

接地技術就是電氣設備的接地設計和安裝，是將帶電設備的外殼與大地連接。舉一個簡單的例子，在冬天靜電現象頻繁手觸碰到物品時，會有輕微的過電現象，這時，就可以將手放置在墻上靜置幾秒，以此起到一個導電作用。因此，接地技術就是為了防止電氣內部絕緣破壞導致外殼帶電而引起觸電事故發生的工程技術。

目前來看，接地技術的作用實現途徑有兩種，一種是提高電路和電氣設備自身的穩定安全性。很多的電氣設備在正常運行的過程中，都會以一定的頻率運行，通過接地技術，可以有效防止或避免因頻率過載發生干擾電壓現象的發生，保障低電平信號平臺的安全正常運行。另一種是對干擾的抑制。電子設備是精密的儀器，在安裝過程中必須認真對待，在設備運行的正常狀態下，自身產生的電源通常是以交流電的方式運轉，由此產生的電容對電氣設備有非常大的干擾，接地技術就能夠發揮出最大的干擾抑制作用，保護設備的正常運行。

電氣接地設備的基本方式現在可以分為三種，一種是單點接地與大地相連的方式。這種方式在日常生活中也是隨處可見，很多的簡單設備都是采用的這樣一種方式；另一種是多點直接接地的方式，電氣設備的金屬外緣與土地之間進行多點連接，目前，適用于較大平臺的電氣設備，可以有效提升設備的抗干擾能力；最后一種是系統接地，系統接地的方式既可以保護電氣設備，還可以保護系統的穩定性與電磁的兼容性，一舉兩得。

各行各業都有自己的基本原則，尤其是電氣設備的設計、安裝行業，從業要求高，原則嚴格，遵循首先按照國標給定的標準執行，若地方標準、行業標準高于國家標準的方可執行的原則。受到電氣設備自身構造和技術參數的影響，電路連接方式就會有很大的差別，因此，在接地設備的設計安裝時應予考慮。

2 接地系統安裝實例闡述

目前市場上最常用的接地系統類型有以下三種：

第一種是TN系統，俗稱三相五線系統。當系統發生故障而導致電氣設備金屬外殼帶電時，會形成相線和零線短路，把回路電阻變小，增大電流，這樣能夠使電氣設備中的熔絲迅速熔斷，以此切斷電源，保護電氣設備與維修工作人員的人身安全。其實TN系統還可以分三個種類，一個是TN-C系統，一個是TN-S，還有一個是TN-C-S系統，安全系數最高、最常用的系統是TN-S（圖1），TN-S系統適用于內部設有變電所的建筑物。TN-S系統在安裝時應注意引出變壓器后中性線，即N線與保護零線，即PE線是完全分開的，PE線在正常運行時不通過電流沒有電位，只有在發生接地故障時通過故障電流。N線上會有三相不平衡電流，因此，在系統低壓配電設計中，應平衡分配電力負載，盡量使三相平衡。PE線應在規定距離內接地，入戶端應重復接地。

圖1 TN-S系統（保護接零）

第二種是TT系統（圖二），第一個T是系統的中性點，代表直接接地，第二個T則標示設備的金屬導體部分與大地相連，由圖（二）可以看出，中心線（N線）除在電源端進行了一點接地外，不得在其他處再行接地。該系統內的各個電氣設備或各組電氣設備可各有自己的接地極和PE線。各PE線之間在電氣上沒有聯系。該系統可以避免供電范圍內在PE線上通過接地故障電壓。TT系統適用于無等電位聯結的戶外場所，如施工現場、戶外照明系統等。

圖2 TT系統（保護接地）

第三種是IT（IT System）系統（圖3），電氣系統直接經過高阻抗不與地面相接，外面裸露的導線部分可以通過保護地線的方法與大地相接。該系統不引出中性線，無法提供220V的電源電壓，這種系統適用于對安全性有特殊要求的地方，如醫院手術室、礦井下、鋼鐵廠等場所。

圖3 IT系統（工作接地）

3 土壤分析與其他降阻方法

理論上來說，電阻越小，導電率越好，一個運轉良好的導電系統，要把電阻降到最低。我國幅員遼闊，每個地方的土壤環境各有不同，土壤成分比較復雜，里面包含了多種礦物質，在進行接地系統的設計和安裝前，應當搜集當地的土壤數據甚至送到實驗中分析其中所包含的成分，土壤中所包含的水分、溫度、酸堿度等，制定好安裝方案。常用的改變土壤電阻率的方法有三種，未來的電氣發展也許會催生出更多的種類。目前來看，這三種是討論最多的。

第一種是在土壤中加入一些微量礦物質，比如，無機鹽、工業鹽，還有常用的氯化鎂。這種物質是制作防凍劑的原料之一。這些化學物質和礦物質非常容易獲取，同時成本低。但是，也有很大的缺點，比如，無機鹽鹽分投入土壤中，不僅會被土壤吸收，還會被雨水沖刷，而且使用量極難控制，費時又費力，就算能夠保證人工實施和無機鹽的補充，長時間下去，也會造成土地鹽堿化，不利于長久發展。

第二種是注水，不斷往土壤中添加水分。根據安裝面積，分布式散布噴淋，設定噴淋周期，理論上來說，這種方法也和第一種一樣，雖然水資源很容易獲得，但是，這種方法既耗時間，又費力氣，對水資源也是極大的浪費，理論上來說這種方法并不容易實現。

第三種方法是接地增效劑，這種增效劑就是為了應對降阻而被發明出來的，它的優點也非常多，效能穩定，不需要人工維護，能夠改善土壤的接地性能，這在平時的施工過程中用到的最多，最常用的增效劑是導電水泥，干濕兩用極為方便。除了土壤降阻外，還有其他的方法，比如，外接引地法，將露出的電氣設備導入地面，以此來降低電阻。又如擴大接地安裝面積，這種方法很像物理學上的受力面越大，力分布就越均勻，這在平原地區還是有可能實施的，但是，在多雨的山中地區就很難實現。在土壤條件好的地區，可以把地網埋得深一點，越深，導電越好，就像大樹的根須一樣擴散效應也就越好，根據《交流電氣裝置的接地設計規范》GB/T 50065-2011要求，接地網埋深不宜小于0.8米。

4 智能建筑中設備安裝與接地保護措施

隨著經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，在現代的建筑中也少不了電氣的應用，辦公有自動化系統，施工過程中還有建筑自動化，日常通信中又少不了通信系統自動化。這些技術的廣泛應用，對于接地的技術需求越來越重要，在現代建筑電氣施工中，有以下三種需要著重說明，這和接下來的接地保護措施密不可分。

（1）電梯豎井內電線設備安裝。現在高樓越來越高，作為重要的出行工具，電梯就顯得尤為重要，在豎井內的電線設備安裝通常采用母線槽技術，在安裝中，要將母線槽中相線與相線、相線與零線、零線與地線要良好絕緣，絕緣值的最低值要保證能夠超過20MΩ。

（2）樓層板面中電氣設備安裝。樓層板面中的電氣安裝，首先，要進行預埋處理，電氣設備尤其是電線暴露在樓層中不僅不美觀，還會產生很多的安全隱患。在做預埋處理時，需要考慮的因素有很多，施工材料的材質、空氣溫度等。還要保證各項管路之間的有序連接，不僅要鋪設得整齊劃一，連接質量也要處理好。

（3）控制系統中電氣設備安裝。在智能化建筑中，鋪設設備以后就得安裝控制系統。智能建筑的控制系統包括安防、報警、消防控制、照明控制等系統的機電設備的管理和監控，涉及通信自動化和網絡通信技術，確保通信自動化和網絡通信設備的安全穩定運行，就要建立一個完善的保護系統，電氣接地保護作為控制系統電氣設備的重要部分，必須引起足夠的重視。

（4）接地保護。建筑接地主要包括三個方面：防雷、工作接地、安全保護措施。現在的建筑普遍都是高層設施，防雷就是一個必不可少的環節，安全有效的防雷措施方可保護電梯豎井、控制系統的正常工作。根據各地區的雷電情況采取不同的對策，是接地保護安裝的靈活運用。工作接地特別是對于大功率運轉設備來說，就要采用中性接地的方式，這么做的目的是保證三相電壓間的運轉處在基本平衡的水平上。建筑安全保護接地主要利用建筑構造柱內、建筑基礎內、建筑層內圈梁等金屬結構組成的鋼筋接地網，并對樓宇建設中的所有電子電氣設備和線路做接地處理。

（5）運行維護。實體接地保護工作結束后，并不意味著所有的工作都已經完成，在電氣的使用方面也要多多注意，要進行運行維護。本文列舉三例系統保護方法以供參考：①接地技術的后續維護工作，這個維護工作，在接地保護工作之前就要規劃好，列舉出可能發生的情況，發揮出預期維護作用，規避可能出現的安全隱患，優化電氣設備的運轉環境。②定期的設備維護運行，設定周期，對于發現的問題要及時上報、及時反映、及時排除。③電氣設備在發現問題后，要由專業的技術人員及時處理。

（6）人才培養。發展是第一要務，人才是第一資源。電氣領域需要更專業的人才，所以應重視人才培養，加大專業化培訓工作，加強專業人才素質培養，讓整個電氣行業的發展跟上時代發展的步伐。

5 結語

隨著科學技術的不斷發展，電力設施的自動化和智能化技術將會更好地服務于人類，覆蓋人類生活的點點滴滴，如果電氣設備沒有做到好的接地保護，造成的損失不可估量。本文從電氣技術的基本概念、方式、作用和基本原則，到因地制宜分析土壤條件設計安裝適用的降阻方法和技巧，最后再到智能建筑的設備安裝和接地保護措施，對電氣設備接地保護技術進行了探討分析，提出了電氣設備接地保護的重要理念和電氣專業人才培養的重要性。總而言之，嚴格遵守國家規范、標準，靈活根據當地的氣候條件和地貌條件選定合適的接地方式，運用合適的接地系統，設定合理的檢查周期，對機器設備、運轉情況進行科學維護，能夠做到這些可以極大地保護設備運行的穩定性與安全性。筆者希望通過本文的敘述，能夠使更多從業人員認識到電氣接地設備保護的重要性，提高知識水平，通過完善電氣接地保護設計和安裝來保障企業、人員的生產生活安全與電力設備的良好運行，保護國家財產安全，共同為我國電力行業的發展做貢獻。