[转帖]接地基本概念

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接地基本概念为了正确地进行接地工作，首先必须明确“地”和“接地”的概念以及有关的主要名词术语，并了解接地在防止人身遭受电击、减少财产损失和保证电力系统正常运行中的作用。 一、“地”和“接地”的概念1．地　　（1）电气地　大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”，并不等干“地理地”，但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。　　（2）地电位　与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板。图 1示出圆钢接地极。当流入地中的电流I通过接地极向大地作半球形散开时，由于这半球形的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在距接地极越近的地方电阻越大，而在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接地极或碰地处 20m 以外的地方，呈半球形的球面已经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电位等于零的“电气地”称为”地电位”。若接地极不是单根而为多根组成时，屏蔽系数增大，上述 20m 的距离可能会增大。图 1中的流散区是指电流通过接地极向大地流散时产生明显电位梯度的土壤范围。地电位是指流散区以外的土壤区域。在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。（3）逻辑地　电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地”。这个“地”不一定是“地理地”，可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等；逻辑地可与大地接触，也可不接触，而“电气地”必须与大地接触。　　2．接地　　将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。“电气装置”是一定空间中若干相互连接的电气设备的组合。“电气设备”是发电、变电、输电、配电或用电的任何设备，例如电机、变压器、电器、测量仪表、保护装置、布线材料等。电力系统中接地的一点一般是中性点，也可能是相线上某一点。电气装置的接地部分则为外露导电部分。“外露导电部分”为电气装置中能被触及的导电部分，它在正常时不带电，但在故障情况下可能带电，一般指金属外壳。有时为了安全保护的需要，将装置外导电部分与接地线相连进行接地。“装置外导电部分”也可称为外部导电部分，不属于电气装置，一般是水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。外部导电部分可能引入电位，一般是地电位。接地线是连接到接地极的导线。接地装置是接地极与接地线的总称。　　超过额定电流的任何电流称为过电流。在正常情况下的不同电位点间，由于阻抗可忽略不计的故障产生的过电流称为短路电流，例如相线和中性线间产生金属性短路所产生的电流称为单相短路电流。由绝缘损坏而产生的电流称为故障电流，流入大地的故障电流称为接地故障电流。当电气设备的外壳接地，且其绝缘损坏，相线与金属外壳接触时称为“碰壳”，所产生的电流称为“碰壳电流”。　　3．接触电压在图2 中，当电气装置M绝缘损坏碰壳短路时，流经接地极的短路电流为 Id 。如接地极的接地电阻力 Rd ，则在接地极处产生的对地电压 Ud = Id·Rd ，通常称 Ud为故障电压，相应的电位分布曲线为图 2 中的曲线 C 。一般情况下，接地线的阻抗可不计，则M上所呈现的电位即为 Ud 。当人在流散区内时，由曲线 C 可知人所处的地电位为 Uφ 。此时如人接触M，由接触所产生的故障电压 Ut = Ud -Uφ 。人站立在地上，而一只脚的鞋、袜和地面电阻为 Rp，当人接触M时．两只脚为并联，其综合电阻为 Rp／2 。在 Ut的作用下，Rp／2 与人体电阻RB串联，则流经人体的电流 IB = Uf／（RB+Rp／2），人体所承受的电压 Ut = IB·RB = Uf ·RB／（RB+Rp／2）。这种当电气装置绝缘损坏时，触及电气装置的手和触及地面的双脚之间所出现的接触电压Ut与M和接地极间的距离有关。由图 2 可见，当 M 越*近接地极，Uφ 越大，则 Uf 越小，相应地 Ut 也越小。当人在流散区范围以外，则 Uφ = 0，此时 Uf = Ud，Ut = Ud·RB／（RB+Rp ／2），Ut为最大值。由于在流散区内人所站立的位置与 Uφ 有关，通常以站立在离电气装置水平方向 0.8m 和手接触电气装置垂直方向 1.8m 的条件计算接触电压。如电气装置在流散区以外，计算接触电压 Ut 时就不必考虑上述水平和垂直距离。　　4．跨步电压　　人行走在流散区内，由图 2 的曲线 C 可见，一只脚的电位为 Uφ1 ，另一只脚的电位为 Uφ2 ，则由于跨步所产生的故障电压 Uk = Uφ1 - Uφ2 。在Uk 的作用下，人体电流 IB从人体的一只脚的电阻 Rp ，流过人体电阻 RB ，再流经另一只脚的电阻 Rp ，则人体电流 IB = Uk／（RB十2Rp）。此时人体所承受的电压 Ut = IB·RB = Uk·RB／（RB+2p） 。这种当电气装置绝缘损坏时，在流散区内跨步的条件下，人体所承受的电压 Uk为跨步电压。一般人的步距约为 0

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人或家畜触及电气设备的带电部分，称为直接接触。人或家畜与故障下带电的金属外壳接触，称为间接接触。直接接触及间接接触所造成的电击称为直接电击和间接电击。为了防止电击，必须先了解电击机理，然后对直接电击、间接电击以及兼有该两者电击采取适当的防护措施，以保证人、畜及设备的安全。　　（1）人体阻抗的组成　电击电流大小由接触电压和人体阻抗所决定。人体阻抗主要与电流路径、皮肤潮湿程度、接触电压、电流持续时间、接触面积、接触压力、温度以及频率等有关。人体阻抗的组成如图 4所示。如将两个电极接触人体的两个部分，并将电极下的皮肤去掉，则该两电极问的阻抗为人体内阻抗 Zi。皮肤上电极与皮肤下导电组织之间的阻抗即为皮肤阻抗 ZPl和 ZP2 。Zi、ZP1、ZP2的矢量和为人体总阻抗 ZT。现将这些阻抗的特征说明如下：图4　人体阻抗的组成①人体内阻抗Zi　根据IEC测定的结果，Zi主要是电阻，只有少量电容，如图 4虚线所示，其数值主要决定于电流路径，一般与接触面积关系不大，但当接触面积小到几平方毫米数量级时，内阻抗才增大。②皮肤阻抗 ZP1、ZP2　 ZP1、ZP2是由半绝缘层和小的导电元件（如毛孔构成的电阻电容网络）组成，见图 4接触电压在 50V 及以下时，皮肤阻抗值随表面接触面积、温度、呼吸等显著变化；50～100V 时，皮肤阻抗降低很多；频率增高时，皮肤阻抗也随之降低；皮肤破损时，皮肤阻抗可忽略不计.③人体总阻抗 ZT　ZT由电阻分量及电容分量组成。当接触电压在 500V 及以下时，ZT值主要决定于皮肤阻抗值；接触电压越高，ZT与皮肤阻抗关系越少；当皮肤破损后，ZT值接近于人体内阻抗。④人体初始电阻 Ri　在接触电压出现的瞬间，人体的电容还未充电，皮肤阻抗可忽略不计，这时的电阻值称为人体初始电阻。该值限制短时脉冲电流峰值。当电流路径从手到手或手到脚而且接触面积较大时，5％ 分布秩（即 5％ 的人所呈现的最小初始电阻值）Z5％ 可认为等于 500Ω.2）人体阻抗与接触状况的关系　通常划分为以下三类：　　① 状况 1　干燥或湿润的区域、干燥的皮肤、高电阻的地面，此时人体阻抗值：　　　　Z1＝1000 ＋ 0.5Z5％　（Ω）式中：1000──鞋袜和地面两者电阻的随机值，Ω　　　 0.5──考虑了双手至双脚的双重接触情况　　　 Z5％──5％ 分布秩，即 5％ 的人呈现此最小阻抗值，Ω　　② 状况 2　潮湿的区域、潮湿的皮肤、低电阻的地面，此时人体阻抗值：　　　　Z2 = 200 = 200 +0.55％　（Ω）式中；200──较低的地面电阻值，不计鞋袜的电阻，Ω　　③ 状况 3　浸入水中的情况，此时皮肤电阻、环境介质的电阻可忽略不计。　　在各种状况下的安全电压值，各国规定不尽相同，如表 1所示。　　表1 为交流电流的安全电压，IEC 规定直流（无纹波）的安全电压为：在状况 1，不大于 120V；在状况 2，不大于 60V。安全电压包括接地系统的相对地或极对地电压，或不接地和非有效接地的相间及极间电压。2．电击效应　　（1）交流电流的电击效应　IEC 经过多年的试验研究，认为心室纤维性颤动是电击致死的主要原因。一个心动周期如图 5所示，由产生兴奋期 P、兴奋扩展期 R 和兴奋复原期T所组成。图5中的数字表示兴奋传播的顺序。在兴奋复原期内有一个相对较小的部份称为易损期，在易损期内，心肌纤维处于兴奋的不均匀状态，如果受到足够幅度电流的刺激，心室纤维发生颤动，如图 6中 X 点受电流刺激．对心电图和血压的影响，如图 6中曲线所示。此时发生心室纤维性颤动和血压降低，如电流足够大将导致死亡。　　当电流流过人体时，人身所察觉到的最小电流值称为感觉阈值。对于 15 ～100Hz 交流电流，此值为 0.5mA。人握电极能摆脱的电流最大值称为摆脱电流，对于 15～100Hz 交流电流为 10mA。当流过人体的电流继续增加时，人体电流 IB和电流流过的持续时间 t 的关系如图 7所示。图7是按电流流过人体的路径从左手到双脚的效应绘制的。当电流为 500mA、时间为 100ms 时，产生心室纤维性颤动的几率为 14％。图 7中的 Ⅰ 区通常无反应性效应；Ⅱ 区通常无有害的生理效应；Ⅲ 区通常无器官性损伤，但可能出现肌肉收缩和呼吸困难．在心脏中形成兴奋波和传导的可逆性紊乱，包括心房纤维性颤动及短暂心脏停跳；在 Ⅳ区内．开始出现心室纤维性颤动，到曲线 c1，几率为 5％；到曲线 c2，几率为 50％；曲线 c3 以外则几率超过 50％。随着电流与时间的增加，可能发生心脏停跳、呼吸停止及严重烧伤。　图 7中的电流为“从左手到双脚”路径的电流，如为其它路径，按下式计算：IB = Iref／F　　　　　　　　　（2）式中：IB　──流经其它路径的人体电流，mA　　　Iref──流经“从左手到双脚”的人体电流，mA　　　F　──心电流系数，见表 2　　上述的感觉阈值、摆脱阈值及图 7中的心室纤维性颤动阈值都是对 15～100Hz 交流电流而言的。　　在工业企业和民用建筑中，有不少电气设备的使用频率超过 100Hz，例如有些电动工具和电焊机，可用到 450Hz；电疗设备大多数使用 4000～5000Hz；开关方式供电的设备则为 20kHz ～ 1MHz；微波及无线电设备还有使用更高的频率的。对于这些 100Hz 以上交流电流，人体

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（3）用阻挡物防护　阻挡物只能防护与带电部分无意识接触，但不能防护人们有意识接触。例如用保护遮栏、栏杆或隔板可以防止人体无意识接近带电部分．又如用网罩或熔断器的保护手柄，可以防止在操作电气设备时无意识触及带电部分。阻挡物可不用钥匙或工具拆除，但必须固定以免无意识地移开。　　（4）置于伸臂范围以外　伸臂范围如图21所示。将带电部分置于伸臂范围以外可以防止无意识地触及。不同电位而能同时触及的部分严禁放在伸臂范围内。如两部分相距不到 2.5m，则认为是能够同时触及的。当人们的正常活动范围 S 由一个防护等级低于 IP2X 的阻挡物（如栏杆）限制时，则规定的距离应从阻挡物算起。在正常工作时须手持大或长的导电物体的地方，计算距离时须计及该物体的外形尺寸。　　（5）采用 RCD（剩馀电流保护装置，也称漏电并关）作为附加保护　RCD 不能作为直接电击的唯一保护设备，只能作为附加保护，也就是作为其它保护失效或使用者疏忽时的附加电击保护。剩馀电流动作整定值一般采用 30mA。4．间接电击的防护措施间接电击保护又称故障下的电击保护，也称附加保护，一般采用以下措施：　　（1）自动切听电源　当故障时，最大电击电流的持续时间超过允许范围时，自动切断电源（IT 系统的第一次故障除外），防止电击电流造成有害的生理效应．采用这种方法的前提是：电气设备的外露导电部分必须按系统接地制式与保护线相连，同时还宜进行主等电位联结。自动切断电源法可以最大限度地利用原有的过电流保护设备，且方法简单、投资最省，是一种常用的措施。　　（2）使用Ⅱ级设备或采用相当绝缘的保护　Ⅱ级设备既有基本绝缘也有双重绝缘或加强绝缘；不考虑保护接地方法；设备内导电部分严禁与保护线连接。该类设备的绝缘外护物必须能承受可能发生的机械、电或热应力，一般的油漆、清漆及类似物料的涂层不符合要求。绝缘外护物上严禁有任何非绝缘材料制作的螺栓，以免破坏外护物的绝缘。　　（3）采用非导电场所　在非导电场所内，严禁有保护线，也不采取接地措施，因此可采用 0 级设备（这种设备只有基本绝缘，没有保护接地手段）。非导电场所应具有绝缘的地板和墙（用于标称电压不超过 500V 的设备，其绝缘电阻不小于 50kΩ；如标称电压超过 500V，则为 100kΩ），其防护措施如下：　　① 外露导电部分之间、外露导电部分与外部导电部分之间的距离不小于 2m；如在伸臂范围以外，则为 1.25m。　　② 如达不到上述距离，则在两导电部分之间设置绝缘阻挡物，使越过阻挡物的距离不小于 2m。　　③ 将外部导电部分绝缘起来，绝缘物要有足够的机械强度并能耐受 2000V 电压，且在正常情况下，泄漏电流不大于1mA。　　上述布置必须是永久性的，即使使用手携式或移动式设备也必须能满足上述要求；另外，还应采取措施使墙和地板不因受潮而失去原有电阻值，同时外部导电部分也不能从外部引入电位。　　（4）不接地的局部等电位联结　凡是能同时触及的外露导电部分和外部导电部分采用不与大地相连的等电位联结，使其电位近似相等，以免发生电击。局部等电位联结系统严禁通过外露导电部分或外部导电部分与大地接触，如不能满足，必须采用自动切断电源措施。为了防止进入等电位场所的人遭受危险的电位差，在和大地绝缘的导电地板与不接地的等电位联结系统连接的地方，必须采取措施减少电位差。　　（5）电气隔离　将回路进行电气隔离是为了防止触及绝缘破坏的外露导电部分产生电击电流，一般采取以下措施：　　① 该回路必须由隔离变压器或有多个等效隔离绕组的发电机供电，电源设备必须采用Ⅱ级设备或与其相当的绝缘。如该电源设备供电给几个电气设备，则这些电气设备的外露导电部分严禁与电源设备的金属外壳相连。　　② 该回路电压不能超过 500V，其带电部分严禁与其它回路或大地相连,并须注意与大地之间的绝缘。继电器、接触器、辅助开关等电气设备的带电部分与其它回路的任何部分之间也需要这种电气隔离。　　③ 不同回路应分开布线，如无法分开，则必须采用不带金属外皮的多芯电缆或将绝缘导线敷设在绝缘的管路或线槽中。这些电缆或导线的额定电压不低于可能出现的最高电压，旦每条回路有过电流保护。　　④ 被隔离回路的外露导电部分必须采用绝缘的不接地等电位联结，该连接线严禁与其它回路的保护线或外露导电部分相连接，也不与外部导电部分连接。插座必须有保护插孔，其触头上必须连接到等电位联结系统。软电缆也必须有一根保护芯线作等电位联结用（供电给Ⅱ级设备的电缆除外）。　　⑤ 如出现影响两个外露导电部分的故障，而这两部分又接至不同相的导线时，则必须有一个保护装置能满足自动切断电源的要求。5．防止直接和间接电击两者的措施 　兼有防止直接和间接电击的保护，也称为正常工作及故障情况下两者的电击保护，可采取以下措施。　　（1）安全电压采用的标称电压不超过安全电压 50V，如果引出中性残，中性线的绝缘与相线相同。　　（2）由安全电源供电　安全电源有以下几种：　　① 安全隔离变压器，其一、二次绕组间最好用接地屏蔽隔离。　　② 电化电源，如蓄电池。　　③ 与较高电压回路无

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（1）防电击接地　为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电流时，使平时不带电的外露导电部分带电而导致电击，将设备的外露导电部分接地，称为防电击接地。这种接地还可以限制线路涌流或低压线路及设备由于高压窜入而引起的高电压；当产生电器故障时，有利于过电流保护装置动作而切断电源。这种接地，也是狭义的“保护接地”。　　（2）防雷接地　将雷电导人大地，防止雷电流使人身受到电击或财产受到破坏。　　（3）防静电接地　将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成危害。特别是目前电子设备中集成电路用得很多，而集成电路容易受到静电作用产生故障，接地后可防止集成电路的损坏。　　（4）防电蚀接地　地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。　　2．功能性接地　　（1）工作按地　为了保证电力系统运行，防止系统振荡．保证继电保护的可*性，在交直流电力系统的适当地方进行接地，交流一般为中性点，直流一般为中点，在电子设备系统中，则称除电子设备系统以外的交直流接地为功率地。　　（2）逻辑接地　为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属件作为“逻辑地”，一般采用金属底板作逻辑地。常将逻辑接地及其它模拟信号系统的接地统称为直流地。　　（3）屏蔽接地　将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，也可减少电子设备产生的干扰影响其它电子设备。　　（4）信号接地　为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，例如检测漏电流的接地，阻抗测量电桥和电晕放电损耗测量等电气参数测量的接地。（二）按接地形式分类　　接地极按其布置方式可分为外引式接地极和环路式接地极。若按其形状，则有管形、带形和环形几种基本形式。若按其结构，则有自然接地极和人工接地极之分。用来作为自然界地极的有：上下水的金属管道；与大地有可*连接的建筑物和构筑物的金属结构；敷设于地下而其数量不少于两根的电缆金属包皮及敷设于地下的各种金属管道。但可燃液体以及可燃或爆炸的气体管道除外。用来作为人工接地极的，一股有钢管、角钢、扁钢和圆钢等钢材。如在有化学腐蚀性的土壤中，则应采用镀锌的上述几种钢材或铜质的接他极。接地装置的示意图如图25所示。　　电气设备敷设接地装置后当然较没有敷设接地装置时要安全得多。但是接地装置的布置形式如果是单根接地极或外引式接地极，那末由于电位分布的不均匀，人体仍不免要受到电击的危险。此外，单根接地极或外引式接地极的可*性也比较差。从图 25我们知道，外引式接地极与室内接地干线相连接仅依*两条干线。若这两条干线发生损伤时，整个接地干线就与接地极断绝。当然，两条干线同时发生损伤的情况是比较少的。　　为了消除单根接地极或外引式接地极的缺点，我们可以敷设环路式接地极，如图 26（a）。环路式接地极的电位分布是很均匀的。人体的接触电压 Ut 和跨步电压 Uk是比较小的。但是接地极外部的电位分布仍不均匀，其跨步电压仍是很高的，如图 26（b）。为了避免这种缺点，可在环路式接地极外敷设一些与接地极没有连接关系的扁钢。这样，接地极外的电位分布，就如图 26（c）所示的平坦地下降了。因此，在一切情况四、接地的范围 --------------------------------------------------------------------------------　　　　　　　　（一）直流系统　　1．两线制直流系统　　直流两线制配电系统应予接地。但以下情况可不接地：备有接地检测器并在有限场地内只向工业设备供电的系统；线间电压等于或低于 50V，或高于 300V、采用对地绝缘的系统；由接地的交流系统供电的整流设备供电的直流系统；最大电流在 0.03A 及以下的直流防火信号线路。　　2．三线制直流系统三线制直流供电系统的中性线宜直接接地.（二）交流系统　　1．低于 50V 的交流线路　　一般不接地，但具有下列任何一条者应予接地；　　（1）由变压器供电，而变压器的电源系统对地电压超过 150V；　　（2）由变压器供电，而变压器的电源系统是不接地的；　　（3）采取隔离变压器的，不应接地，但铁芯必须接地；　　（4）安装在建筑物外的架空线路。　　2．50～1000V 的交流系统　　符合以下条件时可作为例外，不予接地：　　（1）专用于向熔炼、精炼、加热或类似工业电炉供电的电气系统；　　（2）专为工业调速传动系统供电的整流器的单独传动系统；　　（3）由变压器供电的单独传动系统，变压器一次侧额定电压低于 1000V 的专用控制系统；其控制电源有供电连续性，控制系统中装有接地检测器，且保证只有专职人员才能监视和维修。　　3．l～10kV 的交流系统　　根据需要可进行消弧线圈或电阻接地。但供移动设备用的 1～10kV 交流系统应接地。（三）移动式和车载发电机1．移动式发电机在下列条件下不要求将移动式发电机的机架接地，该机架可作为发电机供电系统的接地，其条件是发电机只向装在发电机上的设备和（或）发电机上的插座内软线和插头连接的设备供电，且设备的外露导电部分和插座上的接地端子连接到发电机机架上。2．车载发电机在符合下列全部条件下可将装在车辆上的发电机供电系统用的车辆的框架作为该系统

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