一、什么是接地?
接地为防止触电或保护设备的安全,把电力电讯等设备的金属底盘或外壳接上地线;利用大地作电流回路接地线。在电力系统中,将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。
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二、接地的作用
我们往往只知道接地可防止人身遭受电击,其实接地除了这一作用外,还可以防止设备和线路遭受损坏、预防火灾、防止雷击、防止静电损害和保证电力系统的正常运行。
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防止电击
人体阻抗和所处环境的状况有极大的关系,环境越潮湿,人体的阻抗越低,也越容易遭受电击。例如,自装过交流收音机的人几乎都受到过电击,但几乎都能摆脱电源,因为此时人所处的环境干燥,皮肤也较干燥。接地是防止电击的一种有效的方法。电气设备通过接地装置接地后,使电气设备的电位接近地电位。由于接地电阻的存在,电气设备对地电位总是存在的,电气设备的接地电阻越大,发生故障时,电气设备的对地电位也越大,人触及时的危险性也越大。但是,如果不设置接地装置,故障设备外壳的电压就和相线对地电压相同,比起接地电压还是高出很多的,因此危险性也相应增加。
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保证电力系统正常运行
电力系统的接地,又称工作接地,一般在变电站或变电所对中性点进行接地。工作接地的接地电阻要求很小,对大型的变电站要求有一个接地网,保证接地电阻小而且可靠。工作接地的目的是使电网的中性点与地之间的电位接近于零。低压配电系统无法避免相线碰壳或相线断裂后碰地,如果中性点对地绝缘,就会使其他两相的对地电压升高到3倍的相电压,其结果可能把工作电压为220的电气设备烧坏。对中性点接地的系统,即使一相与地短路,另外二相仍可接近相电压,因此接于其他二相的电气设备不会损坏。此外可防止系统振荡,电气设备和线路只要按相电压考虑其绝缘水平。
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防止雷击和静电危害
雷电发生时,除了直接雷外,还会生产感应雷,感应雷又分为静电感应雷和电磁感应雷。所有防雷措施中最主要的方法是接地。
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三、接地种类
常见的接地种类有以下几项:
重复接地、保护接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。
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重复接地
重复接地就是在中性点直接接地的系统中,在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。
在低压三相四线制中性点直接接地线路中,施工单位在安装时,应将配电线路的零干线和分支线的终端接地,零干线上每隔1千米做一次接地。
对于距接地点超过50米的配电线路,接入用户处的零线仍应重复接地,重复接地电阻应不大于10欧。
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保护接地
电气设备在正常情况下不带电的金属外壳及金属支架与大地作电气连接,称为保护接地。保护接地主要应用在中性点不接地的供电系统中。
倘若不采用保护接地措施,那么人体触及带电外壳时,由于输电线和大地之间存在分布电容而构成回路,使人体有电流通过而发生触电事故。
倘若电气设备采用了保护接地措施,那么人体触及带电外壳时,人体与保护接地装置的电阻并联。由于接地电阻小于人体电阻,此时可以认为通过人体的电流很小,电流几乎不通过人体,避免了触电事故。
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工作接地
接地网示意图地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地,在石化和其它防爆系统中还有本安接地。
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防雷接地
防雷接地是组成防雷措施的一部分,其作用是把雷电流引入大地。
建筑物和电气设备的防雷主要是用避雷器(包括避雷针、避雷带、避雷网和消雷装置等)。
避雷器的一端与被保护设备相接,另一端连接地装置。当发生直击雷时,避雷器将雷电引向自身,雷电流经过其引下线和接地装置进入大地。
此外,由于雷电引起静电感应副效应,为了防止造成间接损害,如房屋起火或触电等,通常也要将建筑物内的金属设备、金属管道和钢筋结构等接地;雷电波会沿着低压架空线、电视天线侵入房屋,引起屋内电工设备的绝缘击穿,从而造成火灾或人身触电伤亡事故,所以还要将线路上和进屋前的绝缘瓷瓶铁脚接地。
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屏蔽接地
是消除电磁场对人体危害的有效措施,也是防止电磁干扰的有效措施。高频技术在电热、医疗、无线电广播、通信、电视台和导航、雷达等方面得到了广泛应用。人体在电磁场作用下,吸收的辐射能量将发生生物学作用,对人体造成伤害,如手指轻微颤抖、皮肤划痕、视力减退等。对产生磁场的设备外壳设屏蔽装置,并将屏蔽体接地,不仅可以降低屏蔽体以外的电磁场强度,达到减轻或消除电磁场对人体危害的目的,也可以保护屏蔽接地体内的设备免受外界电磁场的干扰影响。
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防静电接地
为防止静电危害影响并将其泄放,是静电防护最重要的一环。
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四、接地装置
接地装置由接地体和接地线组成。
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接地线
家用电器设备由于绝缘性能不好或使用环境潮湿,会导致其外壳带有一定静电,严重时会发生触电事故。为了避免出现的事故可在电器的金属外壳上面连接一根电线,将电线的另一端接入大地,一旦电器发生漏电时接地线会把静电带入到大地释放掉。另外对于电器维修人员在使用电烙铁焊接电路时,有时会因为电烙铁带电而击穿损坏电器中的集成电路,这一点比较重要。使用电脑的朋友有时也会忽略主机壳接地,其实给电脑主机壳接根地线,在一定程度上可以防止死机现象的出现。
在电力系统中接地线:是为了在已停电的设备和线路上意外地出现电压时保证工作人员的重要工具。按部颁规定,接地线必须是25mm2以上裸铜软线制成。
电器中,接地线就是接在电气设备外壳等部位及时的将因各种原因产生的不安全的电荷或者漏电电流导出的线路。
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接地体
一根或一组与大地土壤密切接触并提供与大地之间电气连接的导体。
五、接地方式
现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源,主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响,采用接地措施,常用的接地方式有两种,现分别讨论如下:
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分散接地方式
外壳接地电路接地就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统,由于地线系统不断增多,地线间潜在的耦合影响往往难以避免,分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加,其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中,容易形成地下反击,损坏其他设备。
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联合接地方式
联合接地方式也称单点接地方式,即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点:
(1)整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体,对于直击雷,楼内同一层各点位比较均匀;对于感应雷,笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供10-40dB的屏蔽效果;
(2)一般联合接地方式接地电阻非常小,不存在各种接地体之间的耦合影响,有利于减少干扰;
(3)旱天接地雷节省金属材料,占地少。
由上不难看出,采用联合接地方式可以有效抑制外部高压输电线路的干扰。
防静电接地的接地线应串联一个1兆欧的限流电阻,即通过限流电阻与接地装置相连。接地电阻不是越小越好吗?为何还要串电阻?
计算机接地是以接地电流易于流动为目标,要求接地电阻越小越好。计算中心的接地应尽量减少噪音引起的电位变动,同时应注意信号电路与电源电路、高电平电路与低电平电路不能使用同一共地回路。对传输带宽要求较高的网络布线,应采用隔离式屏蔽接地,以防止静电感应产生干扰。在设计上力求简单、经济和实效接地如能和屏蔽有效地结合起来,将能更好地解决干扰,抑制噪音。
六、接地线接法
在直流地的接法上可以分为3种类型:串联接地、并联接地和网状接地。
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串联接地
机房中设备直流地线以串联的方式接在直流地的铜皮上,此种接法虽然个别处电位有差异,但由于电阻非常小,所以在简单的接地系统中应用较多。其缺点是在要求较高配置时,从防止噪声的角度来看,因串联接地,各串联的电阻使得各点电位产生偏差,容易产生噪声。
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并联接地
此方法中各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关,各点间的电位差较平衡,可获得较好的低频接地,因此应用得较多。由于计算机的直流电压较低,各机架之间的地电流不容易形成耦合,但这种连接方式需要很多根地线,布线较繁杂。
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网状地
在大型机房中,对地要求相对严格,目前广泛使用网状地线作为直流地,称为网状地。直流网状地是用一定截面积的铜带在活动地板下面交叉排列成600mm×600mm的方格,其交叉点与活动地板支撑点的位置交错排列,脚点处用锡焊焊接或压接在一起。
为了使直流网状地和大地绝缘,在铜带下面应垫2~3mm厚的绝缘胶皮或聚氯乙烯板等绝缘材料,要求对地电阻在10MΩ以上。直流网状地系统不仅有助于更好地保证逻辑电路电位参考点的一致,而且大大提高了机器内部和外部抗干扰能力。但是网状地系统比较庞大,施工复杂,且费用较高,因而只适用在大型计算机机房中应用。
七、在处理共地的地线时需要注意问题
(1)接地电阻——共用接地地桩的接地电阻应满足各种接地中最小接地电阻的要求。
(2)为防止接地系统的相互干扰,确保对建筑物的绝缘,接地母线应使用带有绝缘外皮的屏蔽线,屏蔽套的一端应进行接地。
(3)直流地、交流地和安全地虽然最后都接在地桩上,但并不意味着各种地之间可以随意连接,也应按照上述要求在其未接入同一地桩之前彼此应保持严格的绝缘。
(4)在直流地与机壳安全地分开接地的计算机设备中,因其直流地与机架严格绝缘,各自分别接系统地桩,但有些计算机的机壳与直流地在电器上是接在一起的,其交流设备的工作地与机壳是严格绝缘的。
八、电气设备接地技术原则
(1)为保证人身和设备安全,各种电气设备均应根据国家标准GB14050《系统接地的形式及安全技术要求》进行保护接地。保护接地线除用以实现规定的工作接地或保护接地的要求外,不应作其它用途。
(2)不同用途和不同电压的电气设备,除有特殊要求外,一般应使用一个总的接地体,按等电位联接要求,应将建筑物金属构件、金属管道(输送易燃易爆物的金属管道除外)与总接地体相连接。
(3)人工总接地体不宜设在建筑物内,总接地体的接地电阻应满足各种接地中最小的接地电阻要求。
九、接地装置的技术要求
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变(配)电所的电气设备接地
(1)变(配)电所的接地装置的接地体应水平敷设。其接地体采用长度为2.5m、直径不小于12mm的圆钢或厚度不小于4mm的角钢,或厚度不小于4mm的钢管,并用截面不小于25mm×4mm的扁钢相连为闭合环形,外缘各角要做成弧形。
(2)接地体应埋设在变(配)所墙外,距离不小于3m,接地网的埋设深度应超过当地冻土层厚度,最小埋设深度不得小于0.6m。
(3)变(配)电所的主变压器,其工作接地和保护接地,要分别与人工接地网连接。
(4)避雷针(线)宜设独立的接地装置。
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易燃易爆场所的电气设备的保护接地
(1)易燃易爆场所的电气设备、机械设备、金属管道和建筑物的金属结构均应接地,并在管道接头处敷设跨接线。
(2)在1kV以下中性点接地线路中,当线路过电流保护为熔断器时,其保护装置的动作安全系数不小于4,为断路器时,动作安全系数不小于2。
(3)接地干线与接地体的连接点不得少于2个,并在建筑物两端分别与接地体相连。
(4)为防止测量接地电阻时产生火花引起事故,需要测量时应在无爆炸危险的地方进行,或将测量用的端钮引至易燃易爆场所以外地方进行。
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直流设备的接地
由于直流电流的作用,对金属腐蚀严重,使接触电阻增大,因此在直流线路上装设接地装置时,必须认真考虑以下措施:
(1)对直流设备的接地,不能利用自然接地体作为PE线或重复接地的接地体和接地线,且不能与自然接地体相连。
(2)直流系统的人工接地体,其厚度不应小于5mm,并要定期检查侵蚀情况。