接地系统及应用

摘要：随着科学技术的发展、社会的进步，人们对家用电器、建筑设备、通信设备及电力系统等其他领域设备的安全性要求越来越高。掌握接地技术并合理应用，才会使我们的生产、生活更加安全。

关键词：接地 形式 分类 应用 安全

1 接地的基本概念

接地是为达到安全和功能的目的，将电气装置的某些金属部分用导体（接地线）与埋设在土壤中的金属导体（接地极）相连接，并与大地做可靠的电气连接。

接地是用来保护人身及电力、电子设备安全的重要措施，过接地导体将过电压产生的过电流通过接地装置导入大地,从而实现保护。

接地系统通常由接地线、接地极组成。

接地线：电工设备需接地点与接地体连接的金属导体称为接地线。主要形式为利用建筑结构内钢筋、钢结构构架以及单独敷设的接地线。当前建筑使用钢质接地线均采用镀锌以增强防腐性能。特别重要的场所接地采用扁铜带作为接地干线。以及设备接地、管道跨接用软铜线及编织软线等。

接地体：可分为自然接地体和人工接地体两类。当前自然接地体主要为建筑物的桩基、基础梁、板等。人工接地体可用垂直埋置的角钢、圆钢或钢管，以及水平埋置的圆钢、扁钢、钢板等。人工接地体的顶端埋入地表面下0.5～1.5米，这个深度以下，土壤电导率受季节影响变动较小，接地电阻稳定，且不易遭受外力破坏。对于土壤电阻率高的地区，为了节约金属材料，可以采取改善土壤电导率的措施，在接地体周围土壤中填充电导率高的物质或在接地体周围填充一层降阻剂（含有水和强介质的固化树脂）等，以降低接地电阻值。

2 配电系统的接地形式

国际电工委员会（IEC）对建筑工程使用的供电系统作了统一规定，根据低压配电系统按接地方式的不同分为TT系统、TN系统、IT 系统。其中TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。

2.1 TT系统：电力系统中性点直接接地；电气设备外露正常不带电的金属外壳与大地直接连接。

TT 系统特点是当电气设备绝缘损坏漏电致使设备的金属外壳带电时，由于外壳有直接接地作保护，减少了触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，仍属于危险电压。当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，接地装置耗用钢材多，困此TT系统难以推广。

2.2 TN系统：电气设备外露正常不带电的金属外壳与工作零线相接，称作接零保护系统。

TN系统特点是一旦设备出现外壳带电，相当于发生单相对地短路故障，产生的电流很大，是TT系统的数倍，低压断路器的过流保护脱扣器会立即动作，使故障设备断电。且该系统节省材料，在我国得到广泛应用。TN系统根据其保护PE线是否与工作零N线分开而划分为TN-C、TN-S、TN-C-S。

①TN-C系统用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用PEN表示。

TN-C系统使用漏电保护器时，漏电保护器后不能设置重复接地，否则漏电开关合不上；而且，工作零线在任何情况下都不得断开。所以，实用中工作零线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。

②TN-S系统供电系统是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统。

TN-S供电系统系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE 线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地；而专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关作工作零线, PE 线有重复接地，但是不经过漏电保护器。所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。TN-S 方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。

③TN-C-S供电系统工作零线N和专用保护线部分是合一的，局部采用专用保护线。通常为前端为TN-C系统，后端为TN-S系统。

TN-C-S系统的特点如下。由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，在线路上产生一定的电位差，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳对大地有一定的电压。如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳带电（对地220V）。如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在使用中效果还是可行的。但在三相负载严重不平衡时，应采用TN-S方式供电系统。

2.3 IT系统：

电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。负载侧电气设备进行接地保护。

IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如连续生产装置、大医院的手术室、地下矿井等处。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用IT方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。

但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成回路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。

3 接地系统的分类

接地系统按照功能通常划分为工作接地、防雷接地、保护接地，屏蔽接地，防静电接地等。

3.1 工作接地

工作接地是在工作正常或事故情况下，为保证电气设备正常运行，必须在系统中某一点进行接地，称为工作接地。此种接地可直接接地或经特殊装置接地。

工作接地的作用：保证电气设备可靠地运行；降低人体接触电压；迅速切断故障设备；降低电气设备或送配电线路的绝缘水平。

在变配电系统中如变压器、互感器的中性点接地等都属于工作接地，也称交流工作地。该接地不能与其它接地系统，如直流接地、屏蔽接地、防静电接地等混接；也不能与PE线连接。

在数字电路中，为了使各个电子设备的准确性好、稳定性高，除了需要一个稳定的供电电源外，还必须具备一个稳定的基准电位。该直流工作系统与大地的接法不外乎两种：一是直流地悬浮；二是直流地接大地。

3.1.1 直流地悬浮：直流地悬浮就是直流地不接大地，与地严格绝缘。因为如果数字电路的直流地与交流地接在一起，有可能引入交流电力网电压的干扰。直流地悬浮的缺点是由于交流电电网的中线一般接地这就等于把数字电路的直流地也接大地，这样容易形成漏电，使交流与直流两者之间形成电流回流，还可能因直流地悬浮使这些设备带有瞬态电压，通过相互间连线的电容耦合去干扰邻近设备，万一发生交流火线与机柜相碰现象，就会使机柜带有很高的交流电压。

3.1.2 直流地接大地

直流地接大地就是将计算机机房中数字电路的等位地与大地相接，为了取得一定的公共电位，以减少电路的耦合，降低干扰影响，减少电气元件的电腐蚀和因线路对地绝缘不良而产生的串音等现象，一般接地电阻应＜4Ω。直流地接大地方式克服了直流地悬空所带来的问题。由于直流地与机柜外壳是分开的，因此机柜外壳接大地为高频干扰提供了低阻通路，对防止高频干扰和防止静电也起到一定的保护作用。

3.2 保护接地

保护接地是将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分）用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。

接地分为接地保护和接零保护，两种不同的保护方式使用的客观环境又不同，因此如果选择使用不当，不仅会影响客户使用的保护性能，还会影响电网的供电可靠性。

保护接地与保护接零的主要区别是：

①保护原理不同 保护接地是限制设备漏电后的对地电压，使之不超过安全范围。保护接零是借助接零线路使设备漏电形成单相短路，促使线路上的保护装置动作，以及切断故障设备的电源。此外，在保护接零电网中，保护零线和重复接地还可限制设备漏电时的对地电压。

②适用范围不同 保护接地即适用于一般不接地的高低压电网，也适用于采取了其他安全措施（如装设漏电保护器）的低压电网；保护接零只适用于中性点直接接地的低压电网。

③线路结构不同 如果采取保护接地措施，电网中可以无工作零线，只设保护接地线；如果采取了保护接零措施，则必须设工作零线，利用工作零线作接零保护。保护接零线不应接开关、熔断器，当在工作零线上装设熔断器等开断电器时，还必须另装保护接地线或接零线。如果客户所在的公用配电网络是TT或TN-S系统，客户应该统一采取接地保护；如果客户所在的公用配电网络是TN-C系统，则应统一采取接零保护。

随着社会的发展，我们日常室内接触的低压配电系统所采用的三相五线制逐步淘汰了过去三相四线制的供电方式，日常生活中不仅插座回路增加了单独的PE线，照明回路也逐步开始设置单独的PE线。使日常接触的用电设备金属外壳均能通过PE线进行接地保护，用电安全更加得以保证。

3.3 防雷接地

防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。其作用是把雷电流引入大地。建筑物和电气设备的防雷主要是用避雷器(包括避雷针、避雷带、避雷网和消雷装置等)。避雷器的一端与被保护设备相接，另一端连接地装置。当发生直击雷时，避雷器将雷电引向自身，雷电流经过其引下线和接地装置进入大地。此外，由于雷电引起静电感应副效应，为了防止造成间接损害，如房屋起火或触电等，通常也要将建筑物内的金属设备、金属管道和钢筋结构等接地；雷电波会沿着低压架空线、电视天线侵入房屋，引起屋内电工设备的绝缘击穿，从而造成火灾或人身触电伤亡事故，所以还要将线路上和进屋前的绝缘瓷瓶铁脚接地。

3.4 屏蔽接地

屏蔽接地是消除电磁场对人体危害的有效措施，也是防止电磁干扰的有效措施。高频技术在电热、医疗、无线电广播、通信、电视台和导航、雷达等方面得到了广泛应用。人体在电磁场作用下，吸收的辐射能量将发生生物学作用，对人体造成伤害。对产生磁场的设备外壳设屏蔽装置，并将屏蔽体接地，不仅可以降低屏蔽体以外的电磁场强度，达到减轻或消除电磁场对人体危害的目的，也可以保护屏蔽接地体内的设备免受外界电磁场的干扰影响。

屏蔽与接地配合使用，才能起到屏蔽的效果，比如静电屏蔽，当用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电体等量的负电荷，外侧出现与带电体等量的正电荷，因此，外侧仍有电场存在，如果将金属屏蔽体接地，外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。

防止静电干扰，必须单点接地，单点接地的静电放电速度是最快的。如果接地点多于两个，就形成一个或多个电势差，相当于增加了干扰源。

4 接地方式

4.1 分散接地方式

分散接地就是将大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统，由于地线系统不断增多，地线间潜在的耦合影响往往难以避免，分散接地反而容易引起干扰。当某一设施被雷击中，容易形成地下反击，损坏其他设备。

4.2 联合接地方式

联合接地即所有接地系统共用一个接地装置。它是把需要接地的各个系统统一接到一个接地装置上，或者把各系统原来的接地装置通过地下或地上用金属导体连接起来，使他们成为畅通的电气接地统一地网。联合接地是目前应用最广的接地方式。一般联合接地方式接地电阻非常小，通常≤1Ω。

联合接地的特点：

①各个接地电极联接的等效接地电阻小。如果是利用建筑结构体作为共用接地装置，因其接地电阻很小，共用接地的效果就更显著。

②当有一个接地电极失效时，其他接地电极也能补充，提高了接地的可靠性。

③一般联合接地方式接地电阻非常小，通常≤1Ω.不存在各种接地体之间的耦合影响，有利于减少干扰；

④减少接地电极的总数，节省了设备施工费用。

作者简介：蔡丽娜，女，1975年9月出生，河北石家庄人，毕业于河北科技大学，获工业自动化学士学位，主要研究电厂节能减排方向。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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