接地系统

在供电系统中，接地系统决定了电极对地球表面的电势。对接地系统的选择直接影响安全和电源的电磁兼容性，不同国家的标准和管理规定可以相差很大。大部分的接地系统都会将其中一个电源电极与大地直接相接，如果一个电器设备发生故障，使得火线（未接地的电源电极）接触到设备裸露的导电表面，那么任何一个与大地在电气上相连的人（比如站在地球表面或触碰接地池）触碰该设备表面将形成一个回路，电流返回到那个已接地的电源电极，造成触电。

保护接地，在美国国家电气代号NEC中称为设备接地极（equipment grounding conductor），将裸露的导电表面保持在与地相同的电势，从而避免这种危害。为了避免可能产生压降的压降，正常情况下，该极是不允许有电流流过的，但故障电流通常可以熔断保险丝或触发空气开关动作，从而保护电路。不足以触发过流保护的高阻抗的相-地故障还是有可能触发剩余电流（零序电流，漏电电流）装置。

相反，功能性的接地目的不是为了防止触电，而且可能通常会有电流通过。使用功能性接地的设备包括浪涌电流抑制器，电磁干扰滤波器，某些天线和测量仪器，但功能性接地的最重要的例子还是供电系统的中性点，该带电流的电极被接地，为了防止地电流，通常是单点接地。在NEC中称之为接地的电源极（GroundED supply conductor），以此来区分设备接地极（equipment grounding conductor）。

在大多数的发达国家，带接地触头的230V电源插座都是在二战前后开用应用的，虽然各国流行的变种差别很大。在美国和加拿大，60年代中期（1960s）以前安装的120V插座通常是不带接地插孔的。在发展中国家，就地的接线施工可能没有连接插座上的接地孔。在没有提供电源地的时候，需要接地的设备通常会使用电源的中性点，有些使用接地棒。很多110V用电器的插头是分极性的，以区分相线和中性线，但用电源中性线作为设备接地线是有很大隐患的，插座或插头上的相线和中性线可能意外地弄反了，或者中性线与地没有连接上或者没有很好地安装好。中性线中正常的负载电流都有可能产生危险的压降。由于这些原因，多数国家已经强制使用现在已经很普遍的专用保护接地连接。

## 历史沿革

电报发明后，最早的接地导体出现在1820年代。1923年在法国。通过制定电气安装的“标准”，制定了特定的接地标准。1973年，决定使用TN网络。

## 北美系统

美国国家电工标准（National Electrical Code）要求采用低电阻接地，以确保电力安全。接地极的电阻上限是25Ω。与国际电工委员会（IEC）不同，NEC没有为接地系统作出分类。而NEC的规定相当于IEC分类下的TN系统。

美国消防协会（NFPA）和电机电子工程师学会（IEEE）建议接地电阻少于5Ω。较低的电阻有助提升安全性，并可确保讯号和控制线路正常运作。

在ANSI/TIA-607中，电讯工业协会（TIA）规定关键设施（如数据中心）的接地电阻上限为10Ω，并建议设计成少于5Ω。

## IEC分类

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由国际电工委员会所制定的IEC 60364-1把低压电的接地系统分为三大类别，并使用两个字母代号表示。IEC分类也适用于直流电。

第一个字母表示供电设备（发电机或变压器）与地的连接，第二个字母表示用电设备的与地连接。

T: 将一点直接与地相接（terra）

I: 中线与地隔离（isolation）或通过高阻抗接地

N: 在安装位置直接与接地的中性点相接

第三、四个字母表示保护导体（PE）及中性导体（N）是否共用同一导体。

C: 保护导体及中性导体是混合的（Combine）

S: 保护导体及中性导体是分开的（Separate）

不过，IEC未有为“低电阻”定义上限值或建议值。对于“T”的要求，不同国家和生产商都有各自的法规和建议。

### TN系统

在TN接地系统中，发电机或变压器的其中一点与地相接，通常是三相系统中的星点。用电设备的外壳通过变压器的这个接地点与地相接。

TN-S系统中，由变压器到最终电路均设有独立的保护导体（PE）及中性导体（N）

TN-C系统中，保护导体及中性导体混合在一起（PEN）

TN-C-S系统中，由变压器到总电掣柜，保护导体及中性导体混合在一起（PEN），之后分开独立的PE及N

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TN-S 系统｜TN-C 系统｜TN-C-S 系统

对于一般使用者而言，TN-C是“不安全”的接地系统。它的最大缺点是令漏电保护装置（RCD）失效，即使发生漏电，相线L和回路PEN的电流总和依然保持为零。此外，在三相电力系统中不可使用四极开关，否则PE与N一同中断。换言之，使用者无法断开所有带电导体。

基于安全因素，英国在2002年禁用TN-C系统。在俄罗斯，大批苏联时期兴建的住宅采用TN-C接地。新建的楼宇已改用TN-C-S系统。

### TT系统

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TT 系统

在TT系统中，发电机/变压器与客户端各自接地，两者没有使用保护导体（PE）相连。两个接地极均属于接地故障环路（Earth fault loop）的一部分，令环路阻抗变得很高。由于故障电流很小，所有电路都需要漏电断路器（RCD）保护。

由于客户端拥有自己的接地极，所以没有PEN线断开所产生的安全问题。

### IT系统

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IT 系统

在IT系统中，发电机/变压器没有接地或以高阻抗接地，客户端则拥有自己的接地极。若采用高阻抗接地，RCD在单一接地故障（single earth fault）时即会脱扣，相当于TT系统。若选择不接地，RCD只在发生双重接地故障（double earth fault）时才脱扣。不接地的IT系统出现相-地短路（line-to-ground fault）时仍可正常运作，但其余两个相的对地电压会由VLN变成VLL。

IT接地系统主要在以下的地方使用：

- 对供电可靠度有特殊要求（高可用性）
- 限制故障电流

限制故障电流（高阻抗接地）的地方包括存有大量易燃物和危险品的建筑物，如天然气和石油处理设施。若即时中断电力供应会导致更大损失或造成人命伤亡，则会选择在首次故障时维持供电，例如是医院的手术室。

用于医疗场所的不接地电源称为医疗IT系统（Medical IT System）。欧亚地区的医疗IT接地系统一般遵从IEC 60364-7-710及IEC 61558-2-15。每间手术室由各自的“医疗隔离变压器”供电。此外，医疗场所属于湿的高风险地点，IEC标准所容许的接触电压由50V下调到25V。

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## 各地规例

中国

中国采用TN-S和TN-C-S接地系统。GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》第7.2.2条要求“采用TN系统时，低压线路在引入建筑物处，PE或PEN应重复接地，接地电阻不宜超过10Ω”。

英国

英国主要采用TN-C-S系统，也采用TT和TN-S系统。接地系统由当地的电力公司选择。根据BS 7430，在采用TN系统的低压电系统中，接地极的电阻少于20Ω。此数值不适用于高压及低压共用的接地系统。其中一个典型的例子是将11kV变压器的外壳连接到230/400V低压电的接地总线。

法国

法国采用TT系统。NF C 15-100要求住宅单位的总开关附带不超过500mA的漏电保护装置，接地电阻少于100Ω。

此数值是根据IEC标准所允许的接触电压（50V交流电或120V直流电）计算出来的。

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

印度

在印度，矿场必须在中线加入电阻接地，确保故障电流不大于750mA，防止巨大的故障电流点燃可燃气体。同理，也可以确保地底下的供电系统不会因小事故而中断。

## 接地导体的类型

- 单接地
- 组接地导体
- 接地网
- 接地板

## 土壤的电导率

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地质材料的抵抗力取决于几个组成部分：金属矿石的存在，地质层的温度，考古或结构特征的存在，溶解的盐和污染物（孔隙度和渗透率）的存在。

接地电阻的测量是接地设备设计中的重要方面。从其电阻取决于接地装置的电阻。有两种测量土壤阻力的方法：斯伦贝谢方法和维纳斯方法。