接地系統

在供電系統中，接地系統決定了電極對地球表面的電勢。對接地系統的選擇直接影響安全和電源的電磁兼容性，不同國家的標準和管理規定可以相差很大。大部分的接地系統都會將其中一個電源電極與大地直接相接，如果一個電器設備發生故障，使得火線（未接地的電源電極）接觸到設備裸露的導電表面，那麼任何一個與大地在電氣上相連的人（比如站在地球表面或觸碰接地池）觸碰該設備表面將形成一個迴路，電流返回到那個已接地的電源電極，造成觸電。

保護接地，在美國國家電氣代號NEC中稱為設備接地極（equipment grounding conductor），將裸露的導電表面保持在與地相同的電勢，從而避免這種危害。為了避免可能產生壓降的壓降，正常情況下，該極是不允許有電流流過的，但故障電流通常可以熔斷保險絲或觸發空氣開關動作，從而保護電路。不足以觸發過流保護的高阻抗的相-地故障還是有可能觸發剩餘電流（零序電流，漏電電流）裝置。

相反，功能性的接地目的不是為了防止觸電，而且可能通常會有電流通過。使用功能性接地的設備包括浪涌電流抑制器，電磁干擾濾波器，某些天線和測量儀器，但功能性接地的最重要的例子還是供電系統的中性點，該帶電流的電極被接地，為了防止地電流，通常是單點接地。在NEC中稱之為接地的電源極（GroundED supply conductor），以此來區分設備接地極（equipment grounding conductor）。

在大多數的發達國家，帶接地觸頭的230V電源插座都是在二戰前後開用應用的，雖然各國流行的變種差別很大。在美國和加拿大，60年代中期（1960s）以前安裝的120V插座通常是不帶接地插孔的。在發展中國家，就地的接線施工可能沒有連接插座上的接地孔。在沒有提供電源地的時候，需要接地的設備通常會使用電源的中性點，有些使用接地棒。很多110V用電器的插頭是分極性的，以區分相線和中性線，但用電源中性線作為設備接地線是有很大隱患的，插座或插頭上的相線和中性線可能意外地弄反了，或者中性線與地沒有連接上或者沒有很好地安裝好。中性線中正常的負載電流都有可能產生危險的壓降。由於這些原因，多數國家已經強制使用現在已經很普遍的專用保護接地連接。

## 歷史沿革

電報發明後，最早的接地導體出現在1820年代。1923年在法國。通過制定電氣安裝的「標準」，制定了特定的接地標準。1973年，決定使用TN網路。

## 北美系統

美國國家電工標準（National Electrical Code）要求採用低電阻接地，以確保電力安全。接地極的電阻上限是25Ω。與國際電工委員會（IEC）不同，NEC沒有為接地系統作出分類。而NEC的規定相當於IEC分類下的TN系統。

美國消防協會（NFPA）和電機電子工程師學會（IEEE）建議接地電阻少於5Ω。較低的電阻有助提升安全性，並可確保訊號和控制線路正常運作。

在ANSI/TIA-607中，電訊工業協會（TIA）規定關鍵設施（如數據中心）的接地電阻上限為10Ω，並建議設計成少於5Ω。

## IEC分類

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由國際電工委員會所制定的IEC 60364-1把低壓電的接地系統分為三大類別，並使用兩個字母代號表示。IEC分類也適用於直流電。

第一個字母表示供電設備（發電機或變壓器）與地的連接，第二個字母表示用電設備的與地連接。

T: 將一點直接與地相接（terra）

I: 中線與地隔離（isolation）或通過高阻抗接地

N: 在安裝位置直接與接地的中性點相接

第三、四個字母表示保護導體（PE）及中性導體（N）是否共用同一導體。

C: 保護導體及中性導體是混合的（Combine）

S: 保護導體及中性導體是分開的（Separate）

不過，IEC未有為「低電阻」定義上限值或建議值。對於「T」的要求，不同國家和生產商都有各自的法規和建議。

### TN系統

在TN接地系統中，發電機或變壓器的其中一點與地相接，通常是三相系統中的星點。用電設備的外殼通過變壓器的這個接地點與地相接。

TN-S系統中，由變壓器到最終電路均設有獨立的保護導體（PE）及中性導體（N）

TN-C系統中，保護導體及中性導體混合在一起（PEN）

TN-C-S系統中，由變壓器到總電掣櫃，保護導體及中性導體混合在一起（PEN），之後分開獨立的PE及N

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TN-S 系統｜TN-C 系統｜TN-C-S 系統

對於一般使用者而言，TN-C是「不安全」的接地系統。它的最大缺點是令漏電保護裝置（RCD）失效，即使發生漏電，相線L和迴路PEN的電流總和依然保持為零。此外，在三相電力系統中不可使用四極開關，否則PE與N一同中斷。換言之，使用者無法斷開所有帶電導體。

基於安全因素，英國在2002年禁用TN-C系統。在俄羅斯，大批蘇聯時期興建的住宅採用TN-C接地。新建的樓宇已改用TN-C-S系統。

### TT系統

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TT 系統

在TT系統中，發電機/變壓器與客戶端各自接地，兩者沒有使用保護導體（PE）相連。兩個接地極均屬於接地故障環路（Earth fault loop）的一部份，令環路阻抗變得很高。由於故障電流很小，所有電路都需要漏電斷路器（RCD）保護。

由於客戶端擁有自己的接地極，所以沒有PEN線斷開所產生的安全問題。

### IT系統

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IT 系統

在IT系統中，發電機/變壓器沒有接地或以高阻抗接地，客戶端則擁有自己的接地極。若採用高阻抗接地，RCD在單一接地故障（single earth fault）時即會脫扣，相當於TT系統。若選擇不接地，RCD只在發生雙重接地故障（double earth fault）時才脫扣。不接地的IT系統出現相-地短路（line-to-ground fault）時仍可正常運作，但其餘兩個相的對地電壓會由VLN變成VLL。

IT接地系統主要在以下的地方使用：

- 對供電可靠度有特殊要求（高可用性）
- 限制故障電流

限制故障電流（高阻抗接地）的地方包括存有大量易燃物和危險品的建築物，如天然氣和石油處理設施。若即時中斷電力供應會導致更大損失或造成人命傷亡，則會選擇在首次故障時維持供電，例如是醫院的手術室。

用於醫療場所的不接地電源稱為醫療IT系統（Medical IT System）。歐亞地區的醫療IT接地系統一般遵從IEC 60364-7-710及IEC 61558-2-15。每間手術室由各自的「醫療隔離變壓器」供電。此外，醫療場所屬於濕的高風險地點，IEC標準所容許的接觸電壓由50V下調到25V。

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## 各地規例

中國

中國採用TN-S和TN-C-S接地系統。GB/T50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規範》第7.2.2條要求「採用TN系統時，低壓線路在引入建築物處，PE或PEN應重複接地，接地電阻不宜超過10Ω」。

英國

英國主要採用TN-C-S系統，也採用TT和TN-S系統。接地系統由當地的電力公司選擇。根據BS 7430，在採用TN系統的低壓電系統中，接地極的電阻少於20Ω。此數值不適用於高壓及低壓共用的接地系統。其中一個典型的例子是將11kV變壓器的外殼連接到230/400V低壓電的接地匯流排。

法國

法國採用TT系統。NF C 15-100要求住宅單位的總開關附帶不超過500mA的漏電保護裝置，接地電阻少於100Ω。

此數值是根據IEC標準所允許的接觸電壓（50V交流電或120V直流電）計算出來的。

$$R = \frac {V}{I} = \frac {50V}{0.5A} = 100 \Omega$$

印度

在印度，礦場必須在中線加入電阻接地，確保故障電流不大於750mA，防止巨大的故障電流點燃可燃氣體。同理，也可以確保地底下的供電系統不會因小事故而中斷。

## 接地導體的類型

- 單接地
- 組接地導體
- 接地網
- 接地板

## 土壤的電導率

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地質材料的抵抗力取決於幾個組成部分：金屬礦石的存在，地質層的溫度，考古或結構特徵的存在，溶解的鹽和污染物（孔隙度和滲透率）的存在。

接地電阻的測量是接地設備設計中的重要方面。從其電阻取決於接地裝置的電阻。有兩種測量土壤阻力的方法：斯倫貝謝方法和維納斯方法。