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電氣接地的探討

文檔作者：吳春良許霞倪學(xué)云文檔來(lái)源： 1 江蘇博大環(huán)保股份有限公司 2 無(wú)錫萬(wàn)博自動(dòng)化設(shè)備有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年02月10日
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交流
電氣接地的探討
吳春良’
， 許霞’
， 倪學(xué)云。
( 1 ． 江蘇博大環(huán)保股份有限公司， 江蘇宜興2 14 2 0 5 ； 2 ． 無(wú)錫萬(wàn)博自動(dòng)化設(shè)備有限公司，
． 江蘇無(wú)錫2 14 0 7 2 )
聰夏三：雩鷥，概念， 介紹了我國(guó)采用的低壓供電方式、電氣接地的施工及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中解決電
i ■獺類(lèi)號(hào)： T M 0 8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1 0 0 9 — 9 4 9 2 (2 0 1 0 ) 0 4 - 0 1 0 8 - - 0 3
l 刖置
對(duì)于接地問(wèn)題的討論由來(lái)已久。正確的接地， 既能抑
制電磁干擾又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾； 而錯(cuò)誤的接地，
反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)， 使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。隨著
大型傳動(dòng)、各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展。接地變得日益重
要。項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期， 如何使得整個(gè)接地系統(tǒng)更加規(guī)范? 安
裝階段． 如何按照規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)施工? 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段． 如
何從錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)象表面得到解決問(wèn)題的處理方案? ? ?
接地問(wèn)題的處理不當(dāng)， 會(huì)給系統(tǒng)的正常運(yùn)行埋下諸多隱
患。
2 電氣接地的概念
電氣設(shè)備或設(shè)施的任何部位， 與大地( 土壤) 間作良
好的連接， 稱(chēng)為電氣接地。術(shù)語(yǔ)“ 地( g r o u n d ) ” 是指大地
( 地球) 或指代替大地的某一物體， 而術(shù)語(yǔ)“ 被接地
( g r o u n d e d ) ” 是指一個(gè)系統(tǒng)中的某一個(gè)部分元件被特意地
接到“ 地” 上。許多資料和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)都采用“
g r o u d e d ” 和
“
g r o u n d i n g
”
． 在英國(guó)是用“
e a r t h ” 和“
e a r t h i n g
” 這個(gè)詞來(lái)
代替“
g r o u n d ” 和“
g r o u n d i n g
” 的。這顯得更切當(dāng)。
不是所有系統(tǒng)都需要接地， 而實(shí)際上也不是所有電氣
系統(tǒng)均被接地， 但是當(dāng)談到電氣系統(tǒng)提起電壓值時(shí)， 就很
自然聯(lián)系到對(duì)地電位而言的電壓。因此“ 地( g r o u n d ) ” 實(shí)
際表達(dá)了一個(gè)對(duì)電壓參考電位點(diǎn)， 或者叫“ 0 ” 電位點(diǎn)。
當(dāng)設(shè)備通信時(shí)， 零電位對(duì)它們正常運(yùn)作是非常重要的。
由于大地就在身邊， 因此大多情況下． 它是零電位點(diǎn)
的最佳選擇。當(dāng)一個(gè)人站在地上時(shí)， 他身體的電位與大地
的電位是非常接近的。如果建筑物是金屬結(jié)構(gòu)的． 那么建
收稿日期： 2 0 10 一0 1 — 2 l
筑物結(jié)構(gòu)的金屬構(gòu)件或水管( 若也是金屬) 的電位也與大
地非常接近。
大地是一個(gè)電阻非常低、電容非常大的物體， 擁有吸
收無(wú)限電荷的能力． 而且在吸收大量電荷后仍能保持電位
不變。因此適合作為電氣系統(tǒng)中的參考電位體。這種
“ 地” 是“ 電氣地”
． 并不等于“ 地理地”
． 但卻包含在
“ 地理地” 之中。
“ 電氣地” 的范圍隨著大地結(jié)構(gòu)的組成
和大地與帶電體接觸的情況而定。
與大地緊密接觸并形成電氣接觸的一個(gè)或一組導(dǎo)電體
稱(chēng)為接地極， 通常采用圓鋼或角鋼， 也可采用銅棒或銅
板。當(dāng)流人地中的電流通過(guò)接地極向大地作半球形散開(kāi)
時(shí)， 由于這半球形的球面， 在距離接地極越近的地方電阻
越大， 而距離接地極越遠(yuǎn)的地方電阻越小。試驗(yàn)證明： 在
距離單根接地極或碰地處2 0 m 以外的地方． 實(shí)際已經(jīng)沒(méi)有
什么電阻存在， 不再有什么電壓降。換句話說(shuō)， 該處的電
位已近于零。這電位等于零的“ 電氣地” 稱(chēng)為“ 地電位”
。
若接地極不是單根而為多跟組成時(shí)， 屏蔽系數(shù)大增， 上述
2 0 m 的距離可能會(huì)增大。
電子設(shè)備中各級(jí)電路電流的傳輸和信息轉(zhuǎn)換要求有一
個(gè)參考的電位． 這個(gè)電位還可防止外界電磁場(chǎng)信號(hào)的侵
入， 常稱(chēng)這個(gè)電位為“ 邏輯地”
。這個(gè)“ 地” 不一定是
“ 地理地”
， 可能是電子設(shè)備的金屬機(jī)殼、底座、印刷電路
板上的地線或建筑物內(nèi)的總接地端子、接地干線等； 邏輯
地可與大地接觸， 也可不接觸， 而“ 電氣地” 必須與大地
接觸。
電氣接地可以防止人身遭受電擊、設(shè)備和線路遭受損
經(jīng)驗(yàn)
壞、預(yù)防火災(zāi)和防止雷擊、防止靜電損害和保護(hù)電力系統(tǒng)
正常運(yùn)行。按接地作用分有保護(hù)接地和工作接地兩種。
為了保證人身安全，避免發(fā)生人體觸電事故，將電氣
設(shè)備的金屬外殼與接地裝置聯(lián)接的方式稱(chēng)為保護(hù)接地。當(dāng)
人體觸及到外殼已帶電的電氣設(shè)備時(shí)。由于接地體的接觸
電阻遠(yuǎn)小于人體電阻，絕大部分電流經(jīng)接地體進(jìn)人大地，
只有很小部分流過(guò)人體．不致對(duì)人的生命造成危害。
為了保證電氣設(shè)備在正常和試過(guò)情況下可靠地工作而
進(jìn)行的接地稱(chēng)為工作接地．如中性直接接地和間接接地以
及零線的重復(fù)接地、防雷接地等都是工作接地。
3幾種供電方式電氣接地
在供配電設(shè)計(jì)中，接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)占有重要的地位，它
關(guān)系到供電系統(tǒng)的可靠行性、安全性。這種可靠性、安全
性關(guān)系到人身和設(shè)備兩個(gè)方面。
我國(guó)的低壓供電方式可分為兒種，分別介紹如下。
(1)TN—C系統(tǒng)
TN—C系統(tǒng)系統(tǒng)被稱(chēng)為三相四線系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線
N與保護(hù)接地PE合二為一．通稱(chēng)PEN線。這種接地系統(tǒng)
雖對(duì)接地故障靈敏度高，線路經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，但它只適合用于
三相負(fù)荷較平衡的場(chǎng)所。在單相負(fù)荷所占比重較大的系統(tǒng)
中，難以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡，PEN線的不平衡電流加上線
路中存在著的由于熒光燈、晶閘管(可控硅)燈設(shè)備引起
的高次諧波電流，在非故障情況下， 會(huì)在中性線N上疊
加，使中性線N電壓波動(dòng)，且電流時(shí)大時(shí)小極不穩(wěn)定，造
成中性點(diǎn)接地電位不穩(wěn)定漂移。不但會(huì)使設(shè)備外殼(與
PEN線連接)帶電．對(duì)人身造成不安全。而且也無(wú)法取到
一個(gè)合適的電位基準(zhǔn)點(diǎn)， 精密電子設(shè)備無(wú)法準(zhǔn)確可靠運(yùn)
行。因此TN—C接地系統(tǒng)不能作為智能化接地系統(tǒng)。
(2)TN—C—S系統(tǒng)
TN—C—S系統(tǒng)由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成，第一部分是TN—C
系統(tǒng)，第二部分是TN—S系統(tǒng)， 分界在N線與PE線的連
接點(diǎn)。該系統(tǒng)一般用在建筑的供電由區(qū)域變電所引來(lái)的場(chǎng)
所，進(jìn)戶(hù)之前采用TN—C系統(tǒng)，進(jìn)戶(hù)處做重復(fù)接地，進(jìn)戶(hù)
后變成TN—S系統(tǒng)。TN—C系統(tǒng)前面以作分析。TN—S系統(tǒng)，
的特點(diǎn)是： 中性線N與保護(hù)接地線PE在進(jìn)戶(hù)時(shí)共同接地
后．不能再有任何電氣連接。該系統(tǒng)中中性線N常會(huì)帶
電，保護(hù)接地線PE沒(méi)有電的來(lái)源。PE線連接的設(shè)備外殼
及金屬構(gòu)件在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，始終不會(huì)帶電。因此TN
— S接地系統(tǒng)明顯提高了人及物的安全性， 同時(shí)只要采取接
地引線，各自都從接地體一點(diǎn)引出，并選擇正確的接地電
阻值使電子設(shè)備共同獲得一個(gè)等電位基準(zhǔn)點(diǎn)等措施，那么
TN—C—S系統(tǒng)可以作為智能型建筑物的一種接地系統(tǒng)。
f3)TN—S系統(tǒng)
TN—S系統(tǒng)是一個(gè)三相四線加PE線的接地系統(tǒng)。通常
建筑物內(nèi)設(shè)有獨(dú)立變配電所時(shí)進(jìn)線采用該系統(tǒng)。TN—S系
統(tǒng)特點(diǎn)是：中性線N與保護(hù)接地線PE除在變壓器中性點(diǎn)
共同接地處，兩線不再有任何的電氣連接。中性線N是帶
電的，而PE線不帶電。該接地系統(tǒng)完全具備安全核對(duì)可
靠的基準(zhǔn)電位。只要象TN—C—S接地系統(tǒng)一樣，采取同樣
的技術(shù)措施，TN—S系統(tǒng)可以作為智能型建筑物的接地系
統(tǒng)。如果計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備沒(méi)有特殊的要求時(shí)，一般都采
用這種接地系統(tǒng)。
(4)1TI’系統(tǒng)
通常稱(chēng)1_r系統(tǒng)為三相四線接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)常用于
建筑物供電來(lái)自公共電網(wǎng)的地方。 ITI1系統(tǒng)的特點(diǎn)是中性線
N與保護(hù)接地線PE無(wú)一點(diǎn)電氣連接， 即中性點(diǎn)接地與PE
線接地是分開(kāi)的。該系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不管三相負(fù)荷平
衡不平衡，在中性線N帶電情況下，PE線不會(huì)帶電。只
有單相接地故障時(shí)，由于保護(hù)接地靈敏度低，故障不能及
時(shí)切斷，設(shè)備外殼才可能帶電。正常運(yùn)行時(shí)的1rr系統(tǒng)類(lèi)
似于TN—S系統(tǒng)，也能獲得人與物的安全性和取得合格的
基準(zhǔn)接地電位。隨著大容量的漏電保護(hù)器的出現(xiàn)，該系統(tǒng)
越來(lái)越適合作為接地系統(tǒng)。但從目前的情況來(lái)看． 由于公
共電網(wǎng)的電源質(zhì)量不高。難以滿(mǎn)足智能化設(shè)備的要求，所
以Tr系統(tǒng)很少被采用。
(5)IT系統(tǒng)
IT系統(tǒng)是三相三線式接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)
不接地或經(jīng)阻抗接地，無(wú)中性線N，只有線電壓(380V)，
無(wú)相壓(220V)，保護(hù)接地線PE各自獨(dú)立接地。該系統(tǒng)的
優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一相接地時(shí)，不會(huì)使外殼帶有較大的故障電流，
系統(tǒng)可以照常運(yùn)行。缺點(diǎn)是不能配出中性線N。因此它不
適用于擁有大量單相設(shè)備的系統(tǒng)。
不管哪類(lèi)供電系統(tǒng)及相關(guān)建筑物，在供電設(shè)計(jì)中總包
含有接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而且，隨著建筑物的要求不同，各類(lèi)
設(shè)備的功能不同．接地系統(tǒng)也相應(yīng)不同。尤其進(jìn)入9O年
代后，對(duì)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了許多新的內(nèi)容。在常用的幾
種接地方式中，要判斷哪一種能夠適合．需分析幾種接地
系統(tǒng)后選用(對(duì)沒(méi)有變電所的建筑物以低壓供電時(shí)， 以采
用TN—C—S系統(tǒng)較合理：在設(shè)有變電所的建筑物內(nèi)TN —S
系統(tǒng)是最佳選擇：若戶(hù)外無(wú)總等電位聯(lián)結(jié)場(chǎng)所應(yīng)采用Tr
系統(tǒng))。
4接地施工要求
(1)接地線一般使用40mmx4mm的鍍鋅扁鋼。
(2)接地體使用鍍鋅鋼管或角鋼。鋼管直徑為50mm，
管壁厚不小于3．5mm， 長(zhǎng)度2—3m。角鋼以50mmx5Ommx
5ram 為宜。
(3)接地體的頂端距地面0．5—0．8m．以避開(kāi)凍土層，
鋼管或角鋼的根數(shù)視接地體周?chē)耐寥离妼?dǎo)率而定，一般
不小于兩根，每根的間距為3~5m。
(4)接地體距建筑物的距離在1．5m 以上， 與獨(dú)立避
雷針接地體的距離大于3m。
(5)接地線與接地體的聯(lián)接應(yīng)使用搭接焊。
土壤的土質(zhì)、濕度等影響土壤電阻率，進(jìn)而影響接地
電阻。在接地裝置安裝前應(yīng)了解接地體周?chē)碾娮杪剩^(guò)
交流
高則要采取必要措施降低土壤電阻率．方法如下。
(1)改變接地體甩圍的土壤結(jié)構(gòu)：在接地體周?chē)耐?
壤2～3m范圍內(nèi)．摻人不溶于水的、有良好吸水性的物質(zhì)。
如木炭、礦渣等，可使電阻率降低到原來(lái)的1／5～1／10。
(2)使用食鹽、木炭降低土壤電阻率：用食鹽、木炭
分層夯實(shí)。木炭和細(xì)摻勻?yàn)橐粚?，約10～15em厚，再鋪
2~3em的食鹽，共5—8層。鋪好后打人接地體。此法可使
電阻率降至原來(lái)的1／3～1／5。
(3)用長(zhǎng)效化學(xué)降阻劑：此法可使土壤電導(dǎo)率降至原
來(lái)的40％。
5解決現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾措施
現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和
保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)控制系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接
地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地
環(huán)路電流．影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)
接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地。就存在地電位
差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線
電流將更大。
此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路．
在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)
屏蔽層與芯線之間的耦合。干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其
它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不
等電位分布，影響系統(tǒng)控制器內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正
常工作?？刂破鞴ぷ鞯倪壿嬰妷焊蓴_容限較低，邏輯地電
位的分布干擾容易影響控制器的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯．造
成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致
測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。
此外，還應(yīng)涂上色標(biāo)，便于運(yùn)行、維護(hù)和檢測(cè)接地電
阻。
6結(jié)束語(yǔ)
接地是電力系統(tǒng)中不可缺少的電氣安全技術(shù)。認(rèn)真做
好設(shè)計(jì)、施工、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及維護(hù)的每一環(huán)節(jié)，才能實(shí)現(xiàn)可
靠接地。
第一作者簡(jiǎn)介：吳春良，男，1979年生，江蘇宜興人。研究領(lǐng)
域：工程設(shè)計(jì)、自動(dòng)化程序編寫(xiě)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。 (編輯：王智圣)
(上接第98頁(yè))
(4)振動(dòng)要小
軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)發(fā)生顯著的反復(fù)變形，造
成運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱(chēng)為軸的振動(dòng)。軸發(fā)生顯著形變
時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使軸的工作轉(zhuǎn)速不
和其臨界轉(zhuǎn)速相同或接近，以免出現(xiàn)共振現(xiàn)象而造成軸的
破壞。
根據(jù)以上的具體要求首先測(cè)繪好剪板機(jī)兩側(cè)的間距，
確定好軸瓦座的位置， 畫(huà)出軸的加工圖，如圖1所示。
A
圖1 板機(jī)二軸加工圖
(1)根據(jù)表1，此軸選40Cr材質(zhì)。先進(jìn)行粗車(chē)，然后
熱處理調(diào)質(zhì)，技術(shù)達(dá)到如表1所規(guī)定的性能。再進(jìn)行精車(chē)
達(dá)到圖紙的要求。
(2)軸瓦座要采用鑄鐵件內(nèi)襯黃銅瓦，底座的支撐板
要加工，保證瓦座與軸的垂直度，保證軸的水平度。螺栓
表1 軸的常用材料及其部分機(jī)械性能
毛坯 抗拉強(qiáng) 彎曲
料熱處理直徑硬度HB 度極限 服疲勞
牌號(hào) 方法
／，nml O'B／ ．mill—t
極限極限
‘ 假眼
應(yīng)用
采用M24mmx120mm四孔緊固。
(3)安裝時(shí)一定要測(cè)量軸的水平度，大齒與小齒的嚙
合一定要符合機(jī)械要求的標(biāo)準(zhǔn)。
4結(jié)束語(yǔ)
本公司這臺(tái)剪板機(jī)經(jīng)過(guò)如此改造能達(dá)到使用的目的．
在一年多時(shí)間的運(yùn)行中沒(méi)有再發(fā)現(xiàn)壓爪銷(xiāo)軸斷裂的現(xiàn)象．
齒輪的嚙合也非常完好，一臺(tái)要報(bào)廢的設(shè)備經(jīng)過(guò)如此改造
不但能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且承載的負(fù)荷比原來(lái)提高很大，為公
司節(jié)省了不少經(jīng)費(fèi)。
作者簡(jiǎn)介：趙貴有，男，1964年生，黑龍江呼蘭人，大學(xué)專(zhuān)科，
工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)電設(shè)備。已發(fā)表論文3篇。
(編輯：王智圣)
L—— _J

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