浅谈接地目的及应用

创易栈 2018-03-31 09:25:12

接地是一项很复杂的庞大的系统工程,由于文章的篇幅,本文也只能介绍其中的凤毛麟角,起到一个抛砖引玉的作用。


接地就是把设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接起来。接地是最古老的电气安全措施。到目前为止,接地仍然是应用最广泛的电气安全措施之一。不论是强电设备还是弱电设备,不论是交流设备还是直流设备,不论是高压设备还是低压设备,不论是固定式设备还是移动式设备,不论是生产用设备还是生活用设备,不论是发电厂还是用户,都采用不同方式、不同用途的接地措施。


 一、电气接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受电击、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力系统正常运行,现分别说明如下。


(一)防止人身遭受电击

正常情况下,将电气设备不带电的金属部分与接地极之间作良好的金属连接,以保护人体的安全,防止人身遭受电击。当电气设备某处的绝缘体损坏时,外壳就带电,由于电源中性点接地,即使设备不接地,因线路与大地间存在电容,或者线路上某处绝缘不好,如果人体触及此绝缘损坏的电气设备外壳,电流就会流经人体而成通路,从而遭受电击的危害。有接地装置的电气设备,当绝缘损坏、外壳带电时,接地电流将同时沿着接地极和人体两条通路流过,流过每一条通路的电流值将与其电阻的大小成反比。


(二)保障电气系统正常运行

电力系统接地一般为中性点接地,中性点的接地电阻很小,因此中性点与地之间的电位差接近于零。当相线碰壳或接地时,其他两相对地电压,在中性点绝缘系统中将升高为相电压的万倍;而在中性点接地的系统中则接近于相电压,因此中性点接地有利于系统稳定运行,防止系统振荡,而且系统中的电气设备和线路只要按相电压考虑其绝缘水平,降低了电气设备的制造成本和线路的建设费用。系统由于有了中性点的接地线,也可保证继电保护的可靠性。 通信系统一般采用正极接地,可防止杂音窜人和保证通信设备正常运行。电子线路需要稳定的参考点才能正常运行,因此也要接地。、


(三)防止雷击和静电的危害

雷击时产生的静电感应和电磁感应以及物料在生产和运输中因摩擦而引起的静电,都可能造成电击或火灾危险 直击雷造成的危害比感应雷造成的危害更大,而且发生的机会更多,所以,为了防止直击雷,必须装设防雷装置。所有防雷装置和防止静电危险的措施,最主要的方法都是设置接地装置。


二、接地的目的

按照接地的形成情况,可将接地的目的分为正常接地和故障接地两大类。正常接地是为了某种需要而人为地造就的,故障接地则是由各种外界或自身因素自然地造成的。


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图1 :接地的目的

 

(一)正常接地

正常接地就是设备在正常工作时必须接地,按照接地的不同作用,又可将正常接地分为工作接地和安全接地两大类。


1) 工作接地

工作接地通常有以下三种情况:

 (1)利用大地作回路的接地。此时,正常情况下也有电流通过大地。如直流工作接地、弱电工作接地、“两线一地”(上世纪七八十年代,为了节省材料,ABC三相供电时,BC两相采用架空线传输,而将A相通过大地传输)制供电方式中的一相接地等。这种接地的方式主要的优点就是节约布线资源,节省成本,但是弊端也很明显,当电流超过一定限度时,接地点可能出现危险的高电位;地中电流可能对邻近通讯线路产生感应电势而造成干扰。对通讯有一定影响,有些故障保护不动作。目前这种方式已经很少使用。

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图2:以大地作为回路的工作接地方式


(2)维持系统安全运行的接地。正常情况下没有电流或只有很小的不平衡电流通过大地。如110kV以上系统的中性点接地、低压三相四线制系统的变压器中性点接地等。

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图3:中性点接地(维持安全运行接地)


(3)防雷接地:为了防止雷击和过电压对设备及人身造成危害而设置的接地,即为过电压保护接地,也叫防雷接地。


为了防止人畜和建筑物遭受雷击,常常在建筑物顶部装设防雷装置。防雷装置分接闪器、引下线和接地装置三部分。接闪器又称受雷装置,即通常看见的避雷针、避雷带或避雷网。 防雷装置受到雷击时,在接闪器、引下线和接地体上都会产生很高的电位。如果防雷装置与建筑物内外的电气设备、电线和其他金属管道间绝缘距离不够,它们之间就会产生放电现象,这种情况称为反击。 当架空线路直接受到雷击或在它的附近发生雷击时,在线路上就会形成高达几百千伏的感应过电压,沿线路两端传人建筑物内,这称为高电位引入。防止高电位引人的保护措施,也是需要有接地装置的。

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图4:防雷接地示意图

 

2) 安全接地   

安全接地,顾名思义,就是为了安全而设置的接地,安全接地主要包括以下四种:

(1)为防止电力设施或电气设备绝缘损坏危及人身安全而设置的保护接地。


(2)为消除生产过程中产生的静电积累,引起触电或爆炸而设的静电接地。

(3)为防止电磁作用而对设备的金属外壳、屏蔽罩或屏蔽线外皮所进行的屏蔽接地。

(4)为了防止管道受电化腐蚀,采用阴极保护或牺牲阳极的电法保护接地等。

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图5:安全接地示意图


3) 屏蔽接地   

为了防止外来电磁波的干扰和侵人,造成电子设备误动作或通信质量下降,以及为了防止电子设备产生的高频能向外部泄放,需将线路的滤波器、变压器的静电屏蔽层、电缆的屏蔽网等进行接地,这种接地称为屏蔽接地。高层建筑为减少竖井内垂直管道受雷电流感应产生的感应电势,将竖井混凝土壁内的钢筋予以接地,这也属于屏蔽接地。

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图6:屏蔽接地示意图


4) 防静电接地   

静电是由于摩擦等原因而产生的积蓄电荷,要防止静电产生事故或影响电子设备的工作,就需要有使静电荷迅速向大地泄放的接地,这种接地称为防静电接地。

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图7:防静电接地示意图


5) 等电位接地   

    医院某些特殊的检查和治疗室、手术室和病房中,病人所能接触到的金属部分(如床架、床灯、医疗电器等)不应发生有危险的电位差,因此要把这些金属部分相互连接起来成为等电位体并予以接地,这种接地称为等电位接地。高层建筑中为了减少雷电流造成的电位差,将每层的钢筋网及大型金属物体连接成一体并接地,这也是等电位接地。

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图8:建筑行业的等电位接地示意图


6) 电子设备的信号接地和功率接地

  电子设备的信号接地(或称逻辑接地)是信号回路中放大器、混频器、扫描电路、逻辑电路等的统一基准电位接地,目的是不致引起信号量的误差,该参考电平不一定是0V。功率接地是所有继电器、电动机、电源装置、大电流装置、指示灯等电路的统一接地,以保证在这些电路中的干扰信号泄漏到地中,不致干扰灵敏的信号电路。


二、各种接地的作用

(一) 工作接地的作用

1) 降低人体的接触电压

如果中性点没有进行工作接地,一旦发生一相接地故障,则中性线对地电压变为接近相电压的数值,使所有接零设备的对地电压均接近相电压,触电危险性大。同时其他非接地两相的对地电压也可能接近线电压,使单相触电的危险程度加大。采用工作接地后,当发生一相导线接地故障时,接零设备对地电压即为零线对地电压。


2) 迅速切断故障设备

在中性点绝缘系统中,当一相碰地时,由于接地电流很小,保护设备不能迅速动作切断电源,接地故障将长时间地持续下去,这对人体是极不安全的。在中性点接地系统中情况就不同了。当一相碰地时,接地电流成为很大的单相短路电流,保护设备能准确而迅速的动作,切断申源,从而保证人体负于触申。


(二) 保护接地的作用

保护接地是一种重要的安全技术措施,无论在高压或低压系统、交流或直流系统以及在防止静电等方面,都得到了广泛应用。在电力系统中,保护接地主要应用于三相三线制电网。在三相三线制中性点不接地系统中,当电气设备因绝缘损坏而使金属外壳带电时,人体误触及该设备外壳,电流就会通过人体与大地和电网之间的阻抗(对地电容和绝缘电阻并联阻抗)构成回路,造成触电危险。

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图9:有接地装置时,

人体触及绝缘损坏的电机外壳电流通路


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