《接地基本原理资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《接地基本原理资料（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、书书书第 员 章摇接地基本原理关于接地的定义，不同的规范不尽相同，一般认为，接地是电气设备的可导部分与地（或可用来代替地的导体）的电气连接。我国行业标准 阅蕴辕 栽 远圆员员怨怨苑交流电气装置的接地对接地的定义如下：接地 将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极。其中，接地极、接地线的定义分别如下： 接地极 埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地极。兼作接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建（构）筑物的基础、金属管道和设备等称为自然接地极。 接地线 电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。但凡用电，就得有电位差（譬如，没
2、有 圆圆园灾 的电位差，就不可能有我们的日常用电） ，可若电位差因故障出现在不该出现的地方，则会导致危险甚至致命的事故（譬如电热水器漏电导致电位差转移至人体上，则会造成致命的后果，事实上这样的事故年年都有报道） 。然而，故障却是无法避免的，无论电气工程师作多大的努力，都无法绝对避免，为此，必须有合理的接地系统以最快的方式消除这些可能产生的故障电流，为此，就得实现最低的接地电阻值。阅蕴辕 栽 远圆员员怨怨苑交流电气装置的接地中按照用途将接地分为如下 源 类：员）工作（系统）接地 在电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地（如中性点直接接地或经其他装置接地等） 。圆）保护接地 电气装置的金属外壳、
3、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。猿）雷电保护接地 为雷电保护装置（避雷针、避雷线和避雷器等）向大地泄放雷电流而设的接地。源）防静电接地 为防止静电对易燃油、天然气贮罐和管道等的危险作用而设的接地。下面结合几种最常见接地类型展开讨论：员郾 员摇 常用配电用电设备的接地接地最重要的一大作用就是保护人身安全，这非常必要，然而却常常被忽视。圆园园缘 年，国务院多个部门联合发布的圆园园缘 年中国家庭用电环境调查报告显示：在全国 圆园 多个城市 圆猿愿远 户被调查家庭中，员圆远苑 户家庭无地线或接地不可靠，占被调查总数的 缘猿豫（如果算上农村，那
4、就远不止 缘猿豫这个比率了） 。这就是说，绝大多数家庭缺少最后一道用电安全保险措施，一旦电气设备出现了故障，金属壳带电，将会极大地增加用户触电致伤、致死的风险。事实上，这样的事故年年在发生：圆园员圆 年 缘 月，南宁一位女大学生 运栽灾 唱歌时，因麦克风（标准名称为传声器）漏电而触电身亡；圆园员圆 年员 月，三亚一位员源 岁的中学生 运栽灾 唱歌时，同样手握麦克风触电身亡；圆园员员 年 远 月，在郑州出差的李某用电热水器洗澡时触电身亡；圆园员园 年 远 月，南京仙林大学城某高校一位大二男生在宿舍洗澡时，因电热水器漏电，导致触电后摔倒，经抢救无效身亡；圆园员园 年 员园 月，观澜大水坑溢佳工业园
5、宿舍楼一位女子洗澡时触电身亡。关于电器漏电致人死亡的事故屡见报道，尤以电热水器为最，百度搜索“电热水器触电身亡” ，可瞬间显现出 源远怨园园 条信息。那么多鲜活的生命一下子就消失了，令人扼腕，那么，有效接地又是如何降低上述触电风险呢？一般的，家庭用户通过低压（猿愿园灾辕圆圆园灾）系统配电。低压系统的接地形式一般分为 栽晕、栽栽、陨栽 三种，而 栽晕 系统又分为 栽晕 原 悦、栽晕杂、栽晕 原 悦 原 杂 三种（阅蕴辕 栽 远圆员员怨怨苑交流电气装置的接地 、郧月辕 栽 缘园园远缘圆园员员交流电气装置的接地设计规范等有详细讨论） 。下面将结合最常见的两种基础形式展开讨论。图 员鄄员摇 栽栽 接地
6、系统员郾 员郾 员摇 栽栽 接地系统栽栽 接地系统有一个直接接地点，电气装置的外露导电部分应接至独立于电源系统接地的接地极上，如图 员鄄员 所示。一旦外露导电部分因故障带电，人体触及后，良好的接地装置可大大减少通过人体的电流，降低触电的危害。由图 员鄄圆 所示可知，若无接地保护，则电气设备因绝缘损坏等事故而致使外露导电部分带电时，其上将长期存在电压，一旦有人员触及，电流将会流经人体。其值为陨遭越哉砸遭垣 砸园加在人体上的电压值为哉遭越砸遭砸遭垣 砸园哉圆接地设计与工程实践图 员鄄圆摇 无接地保护触电示意图式中摇 哉 电源电压，一般为 圆圆园灾；砸园 电源中性点的工作接地电阻，一般为 源；砸遭
7、人体以及人脚与地面间的接触电阻，一般为 员缘园园。代入可计算得流经人体电流为陨遭越园郾 员源远粤加在人体上电压为哉遭越圆员怨郾 源灾接近电源电压，严重危及人体安全。如有接地保护，其接地电阻为 砸凿，如图 员鄄猿 所示。图 员鄄猿摇 接地保护下触电示意图猿第 员 章摇 接地基本原理图 员鄄源摇 接地保护触电简化显示图简化示意电路图如图 员鄄源 所示。此时加在人体上的电压为哉遭越砸遭砸凿砸遭垣 砸凿砸园垣砸遭砸凿砸遭垣 砸凿哉砸凿砸园垣 砸凿哉取 砸园越源，砸凿越员，则此时加在人体上的电压为哉遭员缘哉 越源源灾安全系数将会得到大大提高。事实上，郧月辕 栽 缘园园远缘圆园员员交流电气装置的接地设计规
8、范有如下要求：栽栽 接地系统中电气装置外露导电部分应设保护接地的接地装置，其接地电阻与外露可导电部分的保护导体电阻之和应符合下式的要求：砸粤缘园辕 陨葬式中摇 砸粤 季节变化时接地装置的最大接地电阻与外露导电部分的保护导体电阻之和（） ；陨葬 保护电器自动动作的动作电流（粤） 。当保护电器为剩余电流保护时，陨葬为额定剩余电流动作电流 陨灶。换而言之，符合 郧月辕 栽 缘园园远缘圆园员员 规范的 栽栽 接地系统可以将故障时设备外露导电部分的对地电位钳制在 缘园灾 以下，极大地降低了触电风险。不过，这通常需要较低的接地电阻值。如工作接地电阻值 砸园越源，则保护接地电阻值需降至砸凿越 （源 伊缘园圆
9、圆园 原缘园） 员郾 圆这需要较高的投资，高电阻率区很难满足相应要求。另外，如果故障产生的对地电位低于 缘园灾，保护设备则可能不动作，对地电位将长期存在，无法彻底消除隐患。为此，就得采取更加灵活实用的 栽晕 接地系统。员郾 员郾 圆摇 栽晕杂 接地系统栽晕 接地系统电源处有一点直接接地，装置的外露导电部分用保护线与该点连接，一般分 栽晕杂、栽晕悦杂、栽晕悦 三种基本类型。下面以 栽晕杂 接地系统为例展开讨论。整个 栽晕杂 接地系统的中性线与保护线是分开的，如图 员鄄缘 所示。一个基本的事实就是电总是流回电源的。栽栽 型接地装置可以使得故障电流更快地通过接地体、大地流回电源，从而使得流经人体的电
10、流大大减少；而 栽晕 型接地装置则可使得故障电流直接通过保护线（图 员鄄缘 中的 孕耘 线）流回电源，此时相源接地设计与工程实践图 员鄄缘摇 栽晕杂 系统及触电保护示意图当于短路，过大的电流可使保护设备快速动作，切除故障，当然，这需要进行精确的计算和恰当的保护设备。因此，栽晕 接地系统更加方便、安全，栽晕杂 接地系统为民用建筑内部广泛采用。郧月辕 栽 缘园园远缘圆园员员交流电气装置的接地设计规范认为：栽晕杂 接地系统装置中的 孕耘 可另外增设接地。而具体操作中，常有设计方规定 栽晕杂 接地系统装置中的 孕耘 必须增设接地，且接地电阻值须小于 员园 甚至更低，这显然会增加工作难度，因此也常有工程
11、师激烈反对，认为此举毫无意义。其实，仅从理论上来说，即使没有保护接地，只要设备不出故障，也能安全运行。事实上，上文已经提到，很多旧宅都没有保护接地。 圆园园缘 年中国家庭用电环境调查报告显示：在全国 圆园 多个城市 圆猿愿远 户被调查家庭中，员圆远苑 户家庭无接地线或接地不可靠，占被调查总数的 缘猿豫 （如果算上农村，那就远不止 缘猿豫 这个比率了） 。显然，这些用户基本上都活得好好的，因为大多未出触电事故，但却缘第 员 章摇 接地基本原理有极少数因触电而致命。尽管电气设备出故障概率很低，可我们谁也不能保证自己能避免，所以必须增设接地保护。同样，理论上，只要 栽晕杂 接地系统合格，确实可确保安
12、全。可问题是，故障未必会按照理论状态发生，从事接地设计时，还须考虑最恶劣的情况。譬如，孕耘 线因故障断开（事实上，这是可能发生的，而且，接地线位置多隐蔽，故障处难以被察觉） ，那就成 栽栽 接地系统了，此时的设备接地极的保护作用就至关重要了，可以从很大程度上降低碰壳触电风险。不仅 栽晕杂 接地系统如此，栽晕悦、栽晕悦杂 接地系统均是如此。接地保护是在确保人身和设备最大安全的情况下，使故障电流流回电源，只要条件允许，任何系统均应有保护接地，接地电阻值越低越好。员郾 圆摇 人身安全接地除了上一节所提及的电热水器、运栽灾 麦克风触电外，接触其他非载流金属触电的事故也均有报导，譬如，接触空调外机触电致
13、命的事故就发生过多次，触碰电热水壶触电身亡的事情也有发生，甚至还发生过接触漏电金属栏杆触电致命的事故总而言之，只要有可能与漏电设备接触的非载流金属设备均有可能带电，从而导致意想不到的触电事故，可若我们能参考和遵照美国国家电气规范（晕葬鄄贼蚤燥灶葬造 耘造藻糟贼则蚤糟葬造 悦燥凿藻，晕耘悦） 严格执行接地等安全保护措施，就不会发生上述如此之多的意想不到的触电事故了。下面列出晕耘悦中一些有关接地的要求：员郾 圆郾 员摇 总则 特殊设备晕耘悦中第圆缘园 节源圆 条介绍了至少六类最常见的不带电的金属部件，这些部件原都不带电，但在一定情况下都会带电，都必须接地：员）在地面（及地面任何可能被人员接触到的已
14、接地的物件）上垂直 圆郾 源皂、水平 员郾 缘皂 范围内，所有的金属部件都必须接地，如此可确保相应区域可能接触到相应部件的人身安全。圆）任何裸露在潮湿位置和湿润气候区域的金属部件都必须接地。 晕耘悦定义的潮湿位置包括任何一种液体饱和的位置、地面下的其他位置、混凝土板；湿润气候区域则是一些含有稳定水分的室外和地下室等位置。猿）接触到电气的金属部件必须接地。源） 晕耘悦中第 缘园园 耀缘员苑 节所包含的危险区域都必须接地。为此，设计和安装工程师在从事相应工作之前都必须首先学习好相关条例。缘）固定在设备上的裸露的非载流金属部件在任何时候都必须接地，如金属壳、金属盖、金属电缆管。远接地设计与工程实践远
15、）固定设备在运行时，如有一点的对地电位超过 员缘园灾，则任何裸露的非载流部件均必须接地。员郾 圆郾 圆摇 总则 特殊的固定设备除了第圆缘园 节源圆 条所介绍的一般规则外， 晕耘悦还包含了一些固定设备的裸露的非载流金属部件必须接地的规则。第 圆缘园 节 源猿 条要求以下设备的金属部件必须接地：配电盘构架和装置，管风琴，电动机架，电动控制器的附件，电梯和起重机，车库，影视工作室，带电的标志，投影仪，远程控制开关，信号和火警电路，照明器材，电动水泵，金属水井盖。一般地，与上述所提及特殊设备有关的任何裸露的金属非载流部件均必须接地。员郾 圆郾 猿摇 总则 通过线和插头连接的设备晕耘悦第 圆缘园 节 源
16、缘 条包含了通过线和插头连接的设备的接地规则。一般地，至少在以下四种状态下，这些设备的裸露非载流金属部件可能带电、必须接地：员） 晕耘悦中第 缘园园 耀缘员苑 节所包含的危险区域都必须接地。为此，电气设计和安装工程师在从事相应工作之前都必须首先学习好相关条例。圆）对地工作电压超过 员缘园灾 的设备须接地。正如一般的固定设备一样，仍有一些例外情况，如发动机、电暖器的金属架以及有双重绝缘系统的设备。猿）所有如下民用设备必须接地：冰箱，冷冻机，空气调湿器，洗衣机，烘干机，洗碗机，厨房废物清除机，油池泵，电气养鱼池，便携式电动驱动工具，静止的固定电动驱动工具，轻工业电动驱动工具，树草修剪机，割草机，吹
17、雪机，除湿器，便携手提灯。不过第 圆缘园 节 源缘 条 糟 中也列出了一种例外情况，允许采用双重绝缘系统的电器用具等不接地。源）所有以下非民用设备必须接地：冰箱，冷冻机，空气调湿器，洗衣机，烘干机，洗碗机，电脑辕 资料处理设备，油池泵，电气养鱼池，便携式电动驱动工具，静止的固定电动驱动工具，轻工业电动驱动工具，树草修剪机，割草机，吹雪机，除湿器，便携手提灯，操作人员所在位置可能导电的（如大地、容器或者锅炉的金属表面或内部）潮湿位置和湿润气候区域的电具，潮湿或者其他导电性情况下使用的设备。同样，对上述非民用设备也有两类例外：员）通过不超过 缘园灾 的不接地的二级隔离变压器配电的手提灯等工具在潮湿
18、或者其他导电情况下使用时可不接地。圆）被特别标注有双重绝缘系统的便携式、静止固定、轻工业电动驱动工具，电气用具可以不接地。苑第 员 章摇 接地基本原理员郾 圆郾 源摇 总论由此可见，如果能遵从晕耘悦 ，甚至可以说想发生触电事故都难。晕耘悦为最基础的电气规范，包含了最低的电气标准，非常遗憾的是，我们目前的情况与其最低标准还有一定差距。员郾 猿摇 发电厂、变电所接地合格的低接地电阻值对变电站安全运行至关重要，可以快速疏散故障电流，降低设备对地电位，保障其间的人员和设备安全。变电站、发电厂电容量极大，如发生的故障泄漏电流不能通过有效的接地快速疏散，将会迅速积聚，使系统产生数千伏甚至数十万伏的对地电位
19、，必然会击穿其间的设备或人员放电，导致设备毁坏、人员伤亡的灾难性后果。譬如，某电厂曾突发故障，导致控制电缆和保护电缆被击穿起火，继电器被毁，发展成大面积瘫痪事故，直接经济损失高达数千万元，间接损失高达数亿元，事后调查发现系接地装置锈蚀致系统对地电位超限之故。故而，发电厂、变电所的接地最为严格，一般要求接地电阻值 砸 约 圆园园园辕 陨早（但在实际操作中，对 员员园噪灾 以上等级者还需满足接地电阻值不大于 园郾 缘 的要求） 。其中 陨早为计算用经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值。换而言之，一般需依靠有效接地将发电厂、变电站故障电流时的对地电位限制在 圆园园园灾 以下，从而保障站内设备安
20、全。如果难以达到上述要求，则可通过技术经济比较适当增大接地电阻，允许接地网地电位可提高至 缘园园园灾 甚至更高，不过须专门计算，设计出合理的措施以确保相应情况下人身和设备安全可靠。如果土壤条件过于恶劣，电阻率过高导致故障时的对地电位严重超限，那么则需减少电站荷载以满足安全要求。事实上，即使是具有“十大世界之最”的全球超级工程之一 三峡水利枢纽工程，也只能这么做，在电阻率最高的旱季将左岸运行机组减至 员员 台以下，牺牲发电量，从而将故障电流控制在 圆缘园园园粤 内，保障继电器等设备安全运行。员郾 猿郾 员摇 三峡水利枢纽工程接地前面已经说过，如果变电站系统设备对地电位升高不超过 圆园园园灾，就能
21、保证现用的常规设备的安全。而完全建成后的三峡电站故障时的最大入地电流将达约猿猿噪粤，接地电阻必须低至 （圆园园园辕猿猿园园园） 越 园郾 园远，才能保障系统设备安全。为此，共需布置约 苑园噪皂圆接地网（电阻率按 员园园园皂 估算） ，这是不可想象的，根本不可能做到。因此，必须降低接地电阻值要求，根据 阅蕴辕 栽 远圆员员怨怨苑交流电气装置的接愿接地设计与工程实践地规定，如接地电阻不能降至 园郾 园远，还可以通过技术经济比较增大接地电阻，但不得大于 缘。但如将三峡电站的接地装置的接地电阻放宽至 缘，那么，产生猿猿噪粤 的故障电流时，其对地电位的升高将高达（猿猿园园园 伊 缘） 灾 越 员远缘园园
22、园灾，产生的高跨步电压、接触电压足以致命，而且 员远园噪灾 的电位还会击穿控制电缆、击毁继电器等站内电气设备，严重威胁站内人身和设备安全。因此，必须适当放宽接地电阻值要求，但也不能随意放宽，否则就会导致电站的安全运行得不到保障。那么，究竟取多大的接地电阻值才算合理呢？关键还是得看控制电缆和继电器等设备安全工作时所允许系统设备的最大对地电位。一系列的实验研究证实，电缆可承受工频电压为 员缘噪灾，继电器可承受工频电压为缘郾 缘噪灾，故电站接地装置的允许电位升高到 缘园园园灾 应该是容许的，只需将电缆的屏蔽层剥掉 员糟皂 就可以了。而且，缘园园园灾 的对地电位也可以基本满足人身安全：最大接触电压直接
23、符合要求，最大跨步电压只需作适当的处理也能满足要求。这样，只需将接地电阻降至（缘园园园辕猿猿园园园） 越 园郾 员缘 以下，就能在各分厂所有机组同时运行时，保障设备的安全运行。经过武汉大学、长江水利委员会设计院等多位著名学者、专家的分析研究和试验论证，最终共计布置了高达 员园园 园园园 园园园皂圆（相比于国内一般也就几千到一万多平方米的地面面积来说，这可是一个天文数字）的巨大面积的接地网，将接地电阻降至 园郾 员愿 左右。但在旱季时电阻率最高，接地电阻值达到最大值 园郾 圆，若此时左岸电站所有机组同时运行，故障电流将会达到 猿猿噪粤，这会导致系统电位升高（猿猿园园园 伊园郾 圆） 灾 越 远远
24、园园灾，超过了继电器 缘缘园园灾 的承受限度，无法保障设备的安全运行。但又不宜通过进一步降阻的方式来降低故障电流时地网电位的升高，为此，须在接地电阻值为 园郾 圆 的旱季里将左岸电站运行机组控制在 员员 台以下，从而将故障电流控制在（缘园园园辕园郾 圆） 粤 越 圆缘园园园粤 以内，保证继电器等电气设备的安全运行。至洪水期，整体电阻率下降，接地电阻会降至约 园郾 员苑，能够承受更高的故障电流，此时可根据实测接地电阻值大小来增加运行机组台数，从而能有效地利用好洪水资源，提高发电量。当然，仅保障电缆、继电器等电气设备的安全运行还不够，还得采取进一步的均压、隔离等措施来进一步保障人身和其他一些设备的
25、安全：员）在 愿圆皂 高程地网边缘经常有人出入的通道处敷设与接地网相连的“帽檐式”均压带，以使跨步电压满足要求（接触电压已满足要求） 。圆）在左岸电站，副厂房等有可能对低压设备产生较高电位差的高程上，敷设员 根铜带以减少地网电位差，防止反击。猿）采用光纤传输三峡电站对外通信及左、右岸电站间通信线和信号线。不采用低压配电线路向电站外送电。左、右岸电站间仅有 员园噪灾 厂用电有电气联系，且怨第 员 章摇 接地基本原理员园噪灾 电压等级的绝缘能耐压 圆愿噪灾 水平。源）接地装置区域内的金属管道应与接地装置多点连接，以避免在厂区发生危险；引出接地装置外的金属管道宜埋入地中引出。由此可见，合理的低接地电
26、阻值对电站安全运行是有重要价值意义的。只有接地电阻值足够低，才能保证发生故障电流时系统设备的对地电位不会对站内人员和设备安全造成威胁。如果不能通过降低接地电阻值的方式将系统设备对地电位控制在安全范围之内，则须将故障电流控制在较低的范围内，以保障系统设备电位足够低，不会对站内人员和设备安全造成威胁。但这样必须减少电站机组的工作数量，降低电站的工作效率，这会导致水力资源被浪费。员郾 源摇 防雷保护 接地的延伸其实，防雷的关键在于建立一低阻抗通道，将雷电能量快速导入大地，这就需要合理的低接地电阻值。非常遗憾的是，人们常常忽视这一点，花高价精心设计、安装好避雷针、浪涌保护器后，却随便打几根接地桩对付过
27、去，因此采取防雷措施后仍被雷击的事件屡见不鲜。图 员鄄远摇 香港中部某楼被闪电击中照片目前国际主流认为，防直击雷的关键就是要在最有可能遭受雷击的位置布置避雷针（要求高的则须避雷带、避雷网等） ，并通过下导体、接地体将截获的雷电电流导入大地。避雷针并不比附近其他金属设备更具吸引雷电的优势，真正的优势就是它所在的点更容易被雷击。去掉下导体、接地、联接等其他措施，避雷针就是一普通钢管。事实上，目前国际主流公推的防雷设计为滚球法，避雷针效果等同普通钢管考虑。如果需要，可以临时用钢管制作一避雷针。有铁塔等金属构件，则可直接当避雷针使用。不过需要说明的是，避雷针防护范围很小，民用建筑普遍在屋顶周围布置一圈
28、避雷带以实现整体防护。如接地、连接等不合格，那么避雷针就是“雷灾”针，将雷电引入而危害人身和设备安全。所以，防雷的关键不在于顶上那根针，而在于浪涌、接地、连接等措施，其中尤以直接泄放雷电流的接地为最。圆园园怨 年，暴风雨中一道闪电击中香港中部某大楼的避雷针（见图 员鄄远） ，巨大的能量瞬间倾泄。不过，可靠的接地可其导入大地，不会导致大量电器毁坏或者人员伤亡的事故。可园员接地设计与工程实践惜的是，很多人却未意识到这一点，圆园园怨 年月北京东南部某小区高楼遭受雷击，大量电器被击毁，因为该小区安装了避雷针引来了雷电，却没有可靠的接地措施将雷电流快速泄入大地。因此，接地合格与否为防雷能否成功的一大关键
29、所在。接地电阻越低，越能快速将雷电能量导入大地，周围的人员及设施则越安全；接地电阻越高，截获的雷电能量越难以快速下行，从而形成极高的瞬间对地电位，通过附近的电气设备、人员等放电，兼以浪涌的形势沿着附近线路朝着各种意想不到的方向传递，各种意想不到、防不胜防的雷击危害便因此而生，无可避免。即使有浪涌保护器也不能解决问题，因为浪涌保护器本身不具备吸收雷电能量的能力，也是依靠接地体将雷电能量导入大地的。少了有效的接地，防雷保护措施便形同虚设。总而言之，只要接地不合格，一旦有雷电流，必然会发生事故。雷电能量不能凭空消失，必须通过接地体等低阻抗通道快速导入大地。否则，必会以电磁波、浪涌等各种形式在建筑内扩散，击穿设备或者人体放电。所有的电气、金属设备均比空气电阻率低多个数量级，必会成为雷电首选低阻抗放电通道，被雷击就难免了，尤其是敏感的微电子设备，少量过电压都有可能被毁，使之瘫痪。雷电能量高到一定程度，人员也会受到雷击威胁。员员第 员 章摇 接地基本原理
