第12章 接地与电气安全 第12章 接 地12.1 接地概述接地概述12.2 接地装置接地装置12.3 接地电阻的计算和测量接地电阻的计算和测量12.4 低压配电系统接地方式低压配电系统接地方式12.5 电气安全及防护电气安全及防护 12.1 接地概述1．定义．定义 电气设备的某个部分与大地之间作良好的电气电气设备的某个部分与大地之间作良好的电气联接称为联接称为接地接地与大地土壤直接接触的金属导体与大地土壤直接接触的金属导体或金属导体组称为接地体：联接电气设备应接地或金属导体组称为接地体：联接电气设备应接地部分与接地体的金属导体称为接地线；接地体和部分与接地体的金属导体称为接地线；接地体和接地线统称为接地装置接地线统称为接地装置 电气设备接地的电气设备接地的目的目的主要是保护人身和设备的主要是保护人身和设备的安全，所有电气设备应按规定进行可靠接地安全，所有电气设备应按规定进行可靠接地 2．接地的分类．接地的分类 按接地的作用分有保护接地和工作接地两种 （1）为了保证人身安全，避免发生人体触电事故，将电气设备的金属外壳与接地装置联接的方式称为保护接地。
当人体触及到外壳已带电的电气设备时，由于接地体的接触电阻远小于人体电阻，绝大部分电流经接地体进入大地，只有很小部分流过人体，不致对人的生命造成危害 （2）为了保证电气设备在正常和事故情况下可靠的工作而进行的接地称为工作接地，如中性点直接接地和间接接地以及零线的重复接地、防雷接地等都是工作接地12.1 接地概述 12.1 接地概述 3 ．．接地的作用接地的作用 防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行力系统正常运行 1.接地装置的构成接地装置的构成 接地装置由接地装置由接地体接地体和和接地线接地线两部分构成两部分构成接地体分为水平接地体和垂直接地体接地体分为水平接地体和垂直接地体 垂直接地体垂直接地体通常采用直径通常采用直径50mm50mm，长，长2 2～～2. 2. 5m5m的钢管或的钢管或50×50×5mm50×50×5mm，长，长2.5m2.5m的角钢，打的角钢，打入地中与大地直接相连。
入地中与大地直接相连 水平接地体水平接地体一般采用扁钢或角钢，将垂一般采用扁钢或角钢，将垂直接地体连接起来直接地体连接起来 连接于接地体与电气设备金属外壳之间连接于接地体与电气设备金属外壳之间的金属导线，称为的金属导线，称为接地线接地线接地线通常采用接地线通常采用25×4mm25×4mm或或40×4mm40×4mm的扁钢或直径的扁钢或直径16mm16mm的圆钢 12.2 接地装置 2.接地装置的散流效应接地装置的散流效应 当电气设备发生接地故障当电气设备发生接地故障时，电流经接地装置是以半球时，电流经接地装置是以半球面形状向大地散开的，称为面形状向大地散开的，称为散散流效应流效应 在距接地体在距接地体20m20m左右处，左右处，散流电阻趋近于零，该处电位散流电阻趋近于零，该处电位也接近于零，称为也接近于零，称为电气上的电气上的““地地”” 12.2 接地装置 图12.2 对地电压、接触电压和跨步电压3.接触电压与跨步电压接触电压与跨步电压 由于接地装置散流效应，由于接地装置散流效应，当电气设备发生单相碰壳或接当电气设备发生单相碰壳或接地故障时，在接地点周围的地地故障时，在接地点周围的地面就会有对地电位分布。
面就会有对地电位分布 电气设备的接地部分与电气设备的接地部分与20m20m外的零电位之间的电位差外的零电位之间的电位差U1U1，，称为接地部分的称为接地部分的““对地电压对地电压”” 此时，若人站在该设备旁，此时，若人站在该设备旁，手接触到设备外壳，则人手与手接触到设备外壳，则人手与脚之间呈现出的电位差脚之间呈现出的电位差U2U2称为称为““接触电压接触电压”” 跨步电压跨步电压是指在接地故障是指在接地故障点附近行走，两脚之间所出现点附近行走，两脚之间所出现的电位差的电位差12.2 接地装置 4．对接地电阻的要求．对接地电阻的要求 接地电阻是指接地体的散流电阻与接地线和接地体电接地电阻是指接地体的散流电阻与接地线和接地体电阻的总和阻的总和 表12.1 接地电阻的允许值电力装置所在电力系统电力装置所在电力系统接地电阻允许值（接地电阻允许值（ΩΩ））1000V1000V以上的中性点接地系统以上的中性点接地系统R RE E≤0.5Ω≤0.5Ω1000V1000V以上的中性点不接地系统以上的中性点不接地系统R RE E≤250V/I≤250V/IE E≤10Ω≤10Ω1000V1000V以下中性点不接地系统以下中性点不接地系统R RE E≤4Ω≤4Ω1000V1000V以下中性点直接接地系统以下中性点直接接地系统R RE E≤4Ω≤4Ω12.2 接地装置 5．接地装置的布置．接地装置的布置 接地网的布置形式有接地网的布置形式有外引式外引式和和回路式回路式。
外引式外引式将接地体引出户外某处集中埋于地下，该方式将接地体引出户外某处集中埋于地下，该方式安装方便，且较经济，但接地体附近地面电位分布不均，安装方便，且较经济，但接地体附近地面电位分布不均，跨步电压较大，厂房内接触电压较大；另外，接地网的连跨步电压较大，厂房内接触电压较大；另外，接地网的连接可靠性也较差接可靠性也较差 回路式回路式是将接地体围绕设备或建筑物四周打入地中，是将接地体围绕设备或建筑物四周打入地中，它使地面电位分布均匀，减小跨步电压，同时抬高了地面它使地面电位分布均匀，减小跨步电压，同时抬高了地面电位，减少了接触电压，安全性好，连接可靠电位，减少了接触电压，安全性好，连接可靠 因此，变电所中常采用回路式接地装置12.2 接地装置 12.2 接地装置 12.3 接地电阻的计算和测量1．接地电阻．接地电阻接地的电气设备通过接地装置和大地之间的接地的电气设备通过接地装置和大地之间的电阻称为接地电阻，包含五个部分：电阻称为接地电阻，包含五个部分：（（1）电气设备和接地线的接触电阻电气设备和接地线的接触电阻2）接地线本身的电阻接地线本身的电阻。
3）接地体本身的电阻接地体本身的电阻4）接地体和大地的接触电阻接地体和大地的接触电阻5）大地的电阻大地的电阻 不同的电气设备对接地电阻有不同的要求：（1）大接地短路电流系统R≤0.5Ω（2）容量在100kVA以上的变压器或发电机R≤4 Ω（3）阀型避雷器R≤5 Ω（4）低压线路金属杆、水泥杆及烟囱的接地R≤30 Ω 准确数字参照相关技术规范要求12.3 接地电阻的计算和测量 2．装设接地装置的要求．装设接地装置的要求 （（1）接地线一般用）接地线一般用40mm×4mm的镀锌扁钢的镀锌扁钢 （（2）接地体用镀锌钢管或角钢钢管直径为）接地体用镀锌钢管或角钢钢管直径为50mm，，管壁厚不小于管壁厚不小于3.5mm，长度，长度2～～3m角钢以50mm×50mm×5mm为宜 （（3）接地体的顶端距地面）接地体的顶端距地面0.5～～0.8m，以避开冻土层，，以避开冻土层，钢管或角钢的根数视接地体周围的土壤电阻率而定，一般钢管或角钢的根数视接地体周围的土壤电阻率而定，一般不少于两根，每根的间距为不少于两根，每根的间距为3～～5m （（4）接地体距建筑物的距离在）接地体距建筑物的距离在1.5m以上，与独立避以上，与独立避雷针接地体的距离大于雷针接地体的距离大于3m。
（（5）接地线与接地体的联接应使用搭接焊接地线与接地体的联接应使用搭接焊12.3 接地电阻的计算和测量 3．降低土壤电阻率的方法．降低土壤电阻率的方法 （（1）改变接地体周围的土壤结构）改变接地体周围的土壤结构: 在接地体周在接地体周围的土壤围的土壤2～～3m范围内，掺入不容于水的、有范围内，掺入不容于水的、有良好吸水性的物质，如木炭、矿渣等，可使电良好吸水性的物质，如木炭、矿渣等，可使电阻率降低到原来的阻率降低到原来的1/5～～1/10 2）用食盐、木炭降低土壤电阻率）用食盐、木炭降低土壤电阻率: 用食盐、用食盐、木炭分层夯实木炭和细掺匀为一层，约木炭分层夯实木炭和细掺匀为一层，约10～～15cm厚，再铺厚，再铺2～～3cm的食盐，共的食盐，共5～～8层铺好后打入接地体此法可使电阻率降至原来的后打入接地体此法可使电阻率降至原来的1/3～～1/5 3）用长效化学降阻剂）用长效化学降阻剂: 此法可使土壤电阻率降此法可使土壤电阻率降至原来的至原来的40%12.3 接地电阻的计算和测量 4. 接地电阻测试检查接地电阻测试检查: 电气设备的接地电阻应在每年的春、秋两季雨水较电气设备的接地电阻应在每年的春、秋两季雨水较少时各测试一次，确保接地合格。
一般采用专门仪表少时各测试一次，确保接地合格一般采用专门仪表（如（如ZC-8接地电阻测试仪）测试，也可采用电流表接地电阻测试仪）测试，也可采用电流表-电电压表法测试压表法测试 另外检查的内容有：另外检查的内容有： （（1）联接螺栓是否松动、锈蚀联接螺栓是否松动、锈蚀 （（2）地面以下的接地线、接地体的腐蚀情况，是否）地面以下的接地线、接地体的腐蚀情况，是否脱焊 （（3）地面的接地线有无损伤、断裂、腐蚀等地面的接地线有无损伤、断裂、腐蚀等12.3 接地电阻的计算和测量 根据保护接地的实现方式低压配电系统接地方式又可根据保护接地的实现方式低压配电系统接地方式又可以分为以分为ITIT系统、系统、TNTN系统以及系统以及TTTT系统1 1．．ITIT系统系统 在中性点不接地的三相三线制低压系统中，将电气设在中性点不接地的三相三线制低压系统中，将电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分（金属外壳和构架备正常情况下不带电的外露可导电部分（金属外壳和构架等）与接地体之间作很好的金属连接，称为等）与接地体之间作很好的金属连接，称为ITIT系统系统。
12.4 低压配电系统接地方式 12.4 低压配电系统接地方式如果电气设备的外壳未接地，当电气设备发生一相碰壳而使其外壳带电时，人体触及外壳，则电流经人体而构成通路，造成触电危险 如果设备外壳接地，则由于人体电阻远远大于接地电阻，即使人体触及外壳，流经人体的电流较小，没有多大危险 2 2．．TNTN系统系统 TNTN系统适用于中性点接地系统适用于中性点接地的三相四线制的低压系统，的三相四线制的低压系统，该系统将电气设备的金属该系统将电气设备的金属外壳经公共的保护线（外壳经公共的保护线（PEPE线，线，protective protective earthingearthing）或保护中性线）或保护中性线（（PENPEN线，又称零线）与系线，又称零线）与系统中性点相连接地统中性点相连接地 12.4 低压配电系统接地方式当电气设备发生一相碰壳时，短路电流经外壳和零线构成回路，回路中相线、零线和设备外壳阻抗很小，短路电流很大，令线路上的熔断器迅速熔断，切除故障 TNTN系统根据保护线与中线的组合形式分为系统根据保护线与中线的组合形式分为TNTN－－C C系统、系统、TNTN－－S S系统和系统和TNTN－－C C－－S S系统。
系统 12.4 低压配电系统接地方式 3 3．．TTTT系统系统 TTTT系统适用于中性点直接系统适用于中性点直接接地的三相四线制系统，接地的三相四线制系统，电气设备的金属外壳均各电气设备的金属外壳均各自单独接地，该接地点与自单独接地，该接地点与系统接地点无关系统接地点无关 当发生接地故障时，故障点对地电压将为110V，通过人体的电流将达0.1～0.2A，显然不能保证人身安全因此，TT系统中应该装设漏电保护装置 12.4 低压配电系统接地方式 4．．重复接地 在在TNTN系统中，当系统中，当PEPE线或线或PENPEN线断线且有设线断线且有设备发生单相碰壳时，接在断线处后面的设备外备发生单相碰壳时，接在断线处后面的设备外壳上出现接近于相电压的对地电压，存在触电壳上出现接近于相电压的对地电压，存在触电危险因此，为了进一步提高安全可靠性，除危险因此，为了进一步提高安全可靠性，除系统中性点进行工作接地外，还必须在以下地系统中性点进行工作接地外，还必须在以下地点重复接地点重复接地1)(1)架空线路末端及沿线每隔架空线路末端及沿线每隔1km1km处；处；(2)(2)电缆和架空线引入车间和大型建筑物处。
电缆和架空线引入车间和大型建筑物处 12.4 低压配电系统接地方式 1 1．安全电流．安全电流 （（1）感知电流）感知电流 引起人体感知的最小电流感知电流一般不会对人体引起人体感知的最小电流感知电流一般不会对人体造成什么伤害造成什么伤害 （（2）摆脱电流）摆脱电流 人触电后，尚能靠自身摆脱的最大电流一般认为人人触电后，尚能靠自身摆脱的最大电流一般认为人体的平均摆脱电流为体的平均摆脱电流为15mA，考虑在各种条件下不致有电击，考虑在各种条件下不致有电击危险的安全电流，以危险的安全电流，以5mA为宜 （（3）致命电流）致命电流 在很短的时间内危及人生命的最小电流当流经人体在很短的时间内危及人生命的最小电流当流经人体的电流达到的电流达到50mA以上时就会引起心室颤动，有生命危险；以上时就会引起心室颤动，有生命危险；到到100mA以上，足以在极短的时间内致人死亡以上，足以在极短的时间内致人死亡12.5 电气安全及防护 12.5 电气安全及防护电流对人体的影响电流电流（（mA））通电时间通电时间人体反应人体反应交流电源（交流电源（50Hz））直流电源直流电源0~0.5连续无感觉无感觉0.5~5连续有麻刺、疼痛感、无抽搐无感觉5~10几分钟内痉挛、剧痛，尚可摆脱电源针刺、压迫及灼热感10~30几分钟内迅速麻痹，呼吸困难，不自主压痛，刺痛，灼热强烈、抽搐30~50几秒到几分钟内心跳不规则、昏迷、强烈痉挛感觉强烈、剧痛痉挛50~100超过3秒心室颤动、呼吸麻痹、心跳停止跳动剧痛，强烈痉挛、呼吸困难或麻痹 2 2．安全电压．安全电压 发生触电事故时，流经人体的电流大小是由加在人体发生触电事故时，流经人体的电流大小是由加在人体的接触电电压和人体的阻抗大小共同决定的。
的接触电电压和人体的阻抗大小共同决定的 （（1）人体电阻）人体电阻 人体电阻主要由电流通过人体的路径、接触电压大小、人体电阻主要由电流通过人体的路径、接触电压大小、电流持续时间、电源频率、皮肤潮湿程度、接触面积、施电流持续时间、电源频率、皮肤潮湿程度、接触面积、施加的压力、温度等因素决定加的压力、温度等因素决定 人体电阻由两部分组成：即人体电阻由两部分组成：即皮肤电阻皮肤电阻和和人体内电阻人体内电阻，，其中表皮电阻占主要部分其中表皮电阻占主要部分 （（2）安全电压）安全电压 针对不同的应用场合制定了相应的安全电压等级，以针对不同的应用场合制定了相应的安全电压等级，以保证保证“绝对绝对”的安全表的安全表11-6为我国的各种安全电压等级为我国的各种安全电压等级12.5 电气安全及防护 12.5 电气安全及防护我国的安全电压等级应用场合安全电压（V）交流直流一般正常环境50120接触面积＞1cm2接触时间＞1s3370特殊环境安全等级42，36，24，12，6 3 3．触电保护．触电保护 所谓所谓触电，即触电，即当人体接触带电体时，会有电流流过当人体接触带电体时，会有电流流过人体。
人体 触电会对人体造成伤害：一是触电会对人体造成伤害：一是电击电击，同时还会破，同时还会破坏人体内部组织，影响呼吸系统、心脏及神经系统的坏人体内部组织，影响呼吸系统、心脏及神经系统的正常功能，严重时将危及生命；一种是正常功能，严重时将危及生命；一种是电伤电伤，当较大，当较大电流流经人体时，由于电流的热效应、化学效应和机电流流经人体时，由于电流的热效应、化学效应和机械效应使人体触电部位造成灼伤、烙伤和皮肤金属化械效应使人体触电部位造成灼伤、烙伤和皮肤金属化等高空作业时，由于触电事故使作业人员从高空跌等高空作业时，由于触电事故使作业人员从高空跌落，还会造成摔伤等落，还会造成摔伤等二次伤害二次伤害12.5 电气安全及防护 防触电保护措施防触电保护措施 ①①直接触电防护直接触电防护 对电气设备进行绝缘、垫绝缘垫、操作员穿绝对电气设备进行绝缘、垫绝缘垫、操作员穿绝缘鞋、戴绝缘手套等以上措施是为了使人体触及带电体时电流形缘鞋、戴绝缘手套等以上措施是为了使人体触及带电体时电流形不成回路而免于触电；不成回路而免于触电； ②②间接触电防护间接触电防护 对用电设备的外壳实施接地、接零，这样做的对用电设备的外壳实施接地、接零，这样做的目的是为了降低接触电电压，以便在发生触电时不会对人体构成伤目的是为了降低接触电电压，以便在发生触电时不会对人体构成伤害；害； ③③一旦发生触电事故时，应一旦发生触电事故时，应迅速地切断电源迅速地切断电源，减少电流流经人，减少电流流经人体的时间，从而减小对人体的伤害。
体的时间，从而减小对人体的伤害 ④④低压配电系统的等电位连接低压配电系统的等电位连接采取等电位连接后，可以降低采取等电位连接后，可以降低接触电压，保障人员安全接触电压，保障人员安全12.5 电气安全及防护 。