接地与等电位连接

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1、防雷防雷 接地及电气安全技术接地及电气安全技术 主讲：吴传生主讲：吴传生 重庆大学重庆大学 1302839599413028395994 第四章 接地与等电位连接 4.1 接地的基本概念与种类 4.2 接地装置结构分析 4.3 等电位连接 4.1 4.1 接地的基本概念与种类接地的基本概念与种类 4.1.1 接地和接地装置 1）接地 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接， 称为接地。 接地装置是由接地体和接地线两部分组成： （1）埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接 地体或接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称 为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各 种金属构件、建筑物的

2、基础等，称为自然接地体。 （2）接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称 为接地线。接地线在设备正常运行时是不载流的，但 在故障情况下通过接地故障电流。接地线又分为接地 干线和接地支线。由若干接地体在大地中相互用接地 线连接起来的一个整体，称为接地网。 2）接地装置）接地装置 接地：接地：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。 接地体：接地体：直接与大地接触的金属导体。直接与大地接触的金属导体。 接地线：接地线：连接接地体与电气设备接地部分的金属导体。连接接地体与电气设备接地部分的金属导体。 接地装置：接地装置：接地体与接地线接地体与接地线

3、的总和，称为接地装置。的总和，称为接地装置。 接地网：接地网：由若干个接地体在由若干个接地体在 大地中相互用接地线连接起大地中相互用接地线连接起 来的一个整体，称为接地网来的一个整体，称为接地网 ，如图，如图1所示。所示。 图图1 接地网示意图接地网示意图 1接地体接地体 2接地干线接地干线 3接地支线接地支线 4电气设备电气设备 3）地和对地电压）地和对地电压 当电气设备发生接地故障时，当电气设备发生接地故障时， 接地电流接地电流IE通过接地体向大地作半通过接地体向大地作半 球形散开，如图球形散开，如图2所示。所示。 电气设备的接地部分与零电位电气设备的接地部分与零电位 地之间的电位差，称为

4、接地部分的地之间的电位差，称为接地部分的 对地电压，用对地电压，用UE表示。表示。 实践证明：实践证明：在距接地体在距接地体20m以外的以外的 地方，散流电阻已趋近于零，也即地方，散流电阻已趋近于零，也即 电位趋近于零。该电位等于零的地电位趋近于零。该电位等于零的地 方称为电气上的方称为电气上的“地地”或或“大地大地” 。 图图2 接地电流和对地电压分布图接地电流和对地电压分布图 电气设备 是指发电、变电、输电、配 电、用电及其保护的任何设备。 例如：发电机、电动机、变压器、测 量仪表、电器、保护装置、布线材料等。 电气装置 是指一定空间中若干相互连 接的电器设备的组合。 电气：就是以电能、电

5、气设备和电气技术 为手段来创造、维持与改善限定空间和环 境的一门科学，涵盖电能的转换、利用和 研究三方面，包括基础理论，应用技术， 设施设备等。 电气是广义词，电气包含电器。 电器：泛指所有用电的器具。 电器是实物词，指有型器物。 4） 接触电压和跨步电压接触电压和跨步电压 接触电压：接触电压：当电气设备发生接地故障时，人体触及的电气当电气设备发生接地故障时，人体触及的电气 设备和大地上任意两点之间的电位差，称为接触电压设备和大地上任意两点之间的电位差，称为接触电压Utou 。 跨步电压：跨步电压：人在人在 接地故障点附近行接地故障点附近行 走时，两脚之间的走时，两脚之间的 电位差，称为跨步电

6、位差，称为跨步 电压电压Ustep 。 （图（图3） 图图3 接触电压和跨步电压接触电压和跨步电压 5） 接地电阻接地电阻 流散电阻：流散电阻：接地体的对地电压与通过接地体流入地中的接地体的对地电压与通过接地体流入地中的 电流之比，称为流散电阻。电流之比，称为流散电阻。 接地电阻：接地电阻：电气设备接地部分的对地电压与接地电流之电气设备接地部分的对地电压与接地电流之 比，称为接地装置的接地电阻。比，称为接地装置的接地电阻。 工频接地电阻：工频接地电阻：工频接地电流流经接地装置所呈现的接工频接地电流流经接地装置所呈现的接 地电阻，称为工频接地电阻，用地电阻，称为工频接地电阻，用RE表示；表示；

7、冲击接地电阻：冲击接地电阻：雷电流流经接地装置所呈现的电阻，称雷电流流经接地装置所呈现的电阻，称 为冲击接地电阻，用为冲击接地电阻，用Rsh表示。表示。 4.1.2 4.1.2 接地的分类接地的分类 4.2 接地装置结构分析 长期以来，人们有一种偏见，人们往往 习惯单方面追求接地电阻的数值，将接地电 阻的大小，作为衡量防雷工程质量的最重要 指标，认为接地电阻越小，防雷效果越好， 被保护的对象就越安全。对避雷系统接地装 置的接地电阻值有一定的要求是无可非议的 ，因为接地电阻越小，散流越快，落雷物体 高电位保持时间就越短，危险越小，以至于 跨步电压、接触电压也越小。然而，理论和 实践证明，接地网的

8、结构较接地电阻更应受 到重视。 随着科学技术的飞速发展，人们对现代 建筑物这一名词已不陌生。所谓现代建筑物 ，即标志着建筑物内有供电、计算机、通讯 等系统在运行。为了这些系统的安全运行， 往往需要多种类别的接地装置，怎样合理、 科学的处理其相互关系也就成为不可回避的 问题。 4.2.1 共用接地与独立接地 独立接地已基本被取代 独立接地是指需要接地的系统分别独立地 建立接地网，且各接地网之间要求有足够的距 离。这种接地方式在50和60年代较多采用，原 因是各接地系统之间不会造成相互干扰，这一 特点在通讯系统中显得尤其重要。但近年来这 种独立的接地方式除非在特别危险的环境下必 须采用外，在绝大多

9、数情况下，均采用共同接 地方式。这是因为： （1）各通讯系统、计算机系统和电源系统的 接地是为了获得一个零电位点。如果各系统 分别接地，当发生雷击的时候各系统接地点 的电位可能相差很大。 假定“1”为交流电源接地，“2”为计 算机系统的逻辑接地，“3”为机壳安全保护 接地。再假定电流冲击波从“1”中引进，由 于雷瞬时电压可达几十万伏，这就意味着同 一台计算机上电源、通讯线和外壳相接的有 关部分就要承担各地网间的这一高电压，因 此造成有关部位的击穿损坏。 对于计算机网络，调制解调器和网卡将 首先被击穿。据了解，在计算机通讯网络中 ，各系统采用独立接地被雷击损坏的概率远 高于共同接地的情况。 （2

10、）在一座楼房或一个建筑群范围内，分别 做几个互相没有电气联系的地网是相当困难 的，尤其在现代的大城市更是如此。因此采 用独立接地方式时要求各地网之间至少要有 近20m的距离，同时又要与各种地下金属管 道、电缆金属屏蔽层和各大金属构件有足够 的距离。 这些要求在实际设计和施工中是难以做 到的。即便在新建系统时做到了，在日后 的系统维护和城市其它改造中这些要求也 极易受到破坏。 以上是独立接地逐渐被共同接地取代的根 本原因。 4.2.2 一点接地及干扰分析 设置独立接地系统的一个主要的原因，是 为了避免信号干扰和消除“噪音”。理论 和实践证明，不采用独立接地方式，上述 问题也是可以得到圆满解决的。

11、 60、70年代，“干扰”也被称为无线电干 扰，因为绝大多数电子噪音和干扰信号均 在无线电频段内。随着科技发展，大量的 电子计算机、数字技术、逻辑电路在人们 的日常生活和工作中被采用，干扰的定义 也被引申为“电磁干扰”。 电磁干扰可分为导电性电磁干扰和辐射性电 磁干扰，前者的干扰能量是通过线材或电缆 从一个电路传送到另一个电路的。减少导电 性电磁干扰的途径是通过电路的合理设计、 采用滤波器和电路的合理接地来实现；辐射 性电磁干扰的干扰能量是通过空气中的电磁 场传送的。通常在设计电子设备外壳、箱体 以及布置设备的线路、接地线时，通过选用 理想的屏蔽材料、构造技术和合理布置设备 的线路、接地线，以

12、及采用科学的接地技术 来减少辐射性电磁干扰。由此可见，做好接 地是有效防止电磁干扰的重要途径。 低频干扰绝大部分是通过线路互相耦合而 来的，即所谓共阻耦合。当两个电路电流 流经一个公共阻抗时，一个电路上的电流 在这个公共阻抗上形成的电压会影响到另 一个电路，这就是共阻抗耦合。 4.2.3 4.2.3 接地装置的装设接地装置的装设 p自然接地体：自然接地体：凡是与大地有可靠接触的金属导体，如埋入凡是与大地有可靠接触的金属导体，如埋入 地下的金属管道、建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、电地下的金属管道、建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、电 缆金属外皮等都可作为自然接地体。缆金属外皮等都可作为自然接

13、地体。 p人工接地体：人工接地体：采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等钢材制成。采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等钢材制成。 垂直埋设的接地体：用垂直埋设的接地体：用3850mm的钢管或的钢管或40 40 4mm50505mm的角钢。的角钢。 水平埋设的接地体：用水平埋设的接地体：用16mm的圆管或的圆管或404mm的扁钢。的扁钢。 接地线：用接地线：用204mm404mm的扁钢。的扁钢。说明：说明：接地装置由多根接地体组成，这些接地体可成排布置，也可接地装置由多根接地体组成，这些接地体可成排布置，也可 以环形布置。每根接地体长以环形布置。每根接地体长2.5m左右，接地体之间的距离约左右，接地体之间的距离约

14、5m，将，将 各接地体打入地中后，用圆钢或扁钢连成一体。各接地体打入地中后，用圆钢或扁钢连成一体。 p接地网的布置：接地网的布置：应使接地装置附近的电位分布尽可能均匀应使接地装置附近的电位分布尽可能均匀 ，以降低接触电压和跨步电压，保证人身安全。，以降低接触电压和跨步电压，保证人身安全。 （1）等电位连接目的 等电位连接技术是我国20世纪90年代出 现的新技术。等电位连接，顾名思义是“使 各外露可导电部分和装置外可导电部分电位 基本相等的电气连接”。在具体的实践中， 等电位连接就是把建筑物内附近的所有金属 物，如建筑物的基础钢筋、自来水管、煤气 管及其金属屏蔽层，电力系统的零线、建筑 物的接地

15、系统，用电气连接的方法连接起来， 使整座建筑物成为一个良好的等电位体。 4.3 等电位连接等电位连接 4.3.1 概述概述 配置有信息系统的机房内的电气和电子 设备的金属外壳、机柜、机架、计算机直流 地、防静电接地、屏蔽线外层、安全保护地 及各种SPD(浪涌保护器等)接地端均应以最短 的距离就近与等电位网络可靠连接。 等电位连接的目的就是使整个建筑物的 正常非带电导体处于电气连通状态，防止设 备与设备之间、系统与系统之间危险的电位 差，确保设备和人员的安全。 等电位连接技术对用电安全、防雷以及 电子信息设备的正常工作和安全使用都是十 分必要的。国际电工委员会(IEC标准)把等电 位连接作为电气

16、装置最基本的保护。我国有 关电气装置设计规范已将建筑物内做等电位 连接规定为强制性的电气安全措施。2002年 建设部发布实行了新的等电位连接安装 标准设计图集，详尽介绍了设计、施工的具 体方法和质量检验标准。 （2）等电位连接的作用 1. 显著降低接触电压 2. 防止因TN系统相线接地及其他原因所 引起故障电压的电击 3. 防止因TN系统PEN线断线而形成危险 电压的电击 （1） 总等电位连接(MEB) 总等电位连接作用于全建筑物，它在一定程度上 可以降低建筑物内间接接触电压和不同金属部件间的 电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管 道引入的危险故障电压的危害。应通过进线配电箱近 旁的总等电位连接端子板(接地母排)将下列导电部分 互相连通：进线配电箱的PE(PEN)母排：公用设施的 金属管道，如上、下水管及热力管、煤气管道