电气装置保护接地的应用

电气装置保护接地的应用

段新亮

中国核工业二三建设有限公司，（131127198308200079）山东威海101300

摘要：随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，生活用电设备及工业用电设备日益繁多。接地作为安全用电的一项重要措施至关重要，越来越多的受到人们的关注。在现代工业生产、日常生活中接地保护的好坏直接关系到人员生命、建筑物、设备财产的安全，本项设计通过对接地技术的范围、保护材料的选用、以及常见的类型等方面做出的分析。避免接地因方法、措施、材料选择不当造成事故，使人们得正确应用接地技术。

关键词：电气装置；接地范围；接地类型；接地材料；接地装置安装；

一、电气装置接地范围

1.1需保护接地的范围

下列电气装置外露可导电部分，均应保护接地（除另有规定者外）：

1、电机、变压器、电器、携带式及移动式用电器具等的底座和外壳；

2、电气设备传动装置；

3、互感器的二次绕组；

4、?配电屏（箱）、控制屏（箱）、各类箱体操作台等金属的框架；

5、?户内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属围栏和金属门等；

6、?封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体；

7、电力电缆和控制电缆的金属护套，穿线的金属管；

8、电气用各类金属构架、支架等；

9、电缆桥架、电缆线槽及金属支架；

10、?电涌保护器；

11、发电机中性点外壳、发电机出线柜和封闭式母线（密集型或空气绝缘型）金属外护层；

12、?装有避雷线的电力线路杆塔；

13、?在非沥青地面的居民区，无避雷线小电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；

14、安装在配电线路杆塔上的开关设备、电容器等电力设备。

1.2不需保护接地的范围

下列电气装置外露可导电部分，可不做保护接地（除另有规定者外）：

1、电气装置安装在非导电场所，其地板和墙体对地绝缘电阻：额定电压500V时，绝缘电阻不小于50kΩ；额定电压超过500V时，绝缘电阻不小于100kΩ，可使用0级设备。在该场所内，人体伸臂2m范围内，不会同时触及两个外露可导电部分或任何一个外部可导电部分；在伸臂的范围外，该距离可缩短至1.25?m。必需采取措施防止通过外部可导电部分在该场所之外出现电位。

2、超低电压（SELV）用电设备；

3、安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其它低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危及人身安全电压的绝缘子金属底座等；

4、安装在已接地的金属构架上的设备，如套管等（应保证电气接触良好）；

5?、额定电压220V及以下的蓄电池室内的支架；

6、与已接地的机床机座之间有可靠电气接触的电动机和电器外壳；

7、双重绝缘的用电设备；

8、?采用电气隔离保护方式供电的用电设备，隔离变压器的每个绕组，只供电给单台设备；每个绕组供电给多台设备时，各设备间应做不接地的等电位联结。

二、电气装置保护接地常见类型

对于上面所说的需要保护接地的范围，在这里具体的说明几种类型：

2.1工作接地

工作接地是指将电力系统中的某一点，通常是中性点直接或经特殊设备（如：消弧线圈，电抗，电阻，击穿熔断器）与地作金属连接，它的作用是：降低人体的接触电压；迅速关断故障设备；降低电气设备和输电线路的绝缘水平。

2.2保护接地

保护接地是指将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接，以保护人身安全。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，如果不保护接地，一但电气绝缘损坏人体误触，电流就会通过人体与地和电网形成通路使人体触电，但是通过保护接地系统后，由于人体的电阻远远大于保护接地导体，所以通过保护导体的电流远远大于人体使人体处于安全电压下，保证人体安全。

2.3接零

接零就是把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的保护零线紧密的连接在一起。如果某带电部分与设备外部可导电部分连接在一起，通过设备的外壳形成该相对零短路，使过压保护装置迅速动作，切断电流。在三相四线制中，中性线即为工作零线通常用N表示，保护零线即为保护导线通常用PE表示，既是工作零线又是保护零线用PEN表示。

在保护接零时应该注意：

1、接零线的截面不得小于相线的截面的1/2，当线延长需要进行单相短路校验；

2、在零线上不得装熔断器；

3、架空线路的干线与分支路的终端及沿线每1m处零线应重复接地；

4、电缆线路与零线在引入建筑物内应重复接地；

2.4重复接地

重复接地是指在零线的一处或多处通过接地装置与大地做再次连接。作用是降低漏电设备金属外壳的对地电压；减轻零线发生故障时触电危险；减轻零线相线错时触电危险；缩短短路时间；改善防雷性能。

2.5防雷接地

在一些建筑物和场所类是不允许有电火花存在的，但是静电，感应电流等随时都可能存在，但是只要我们注意就可以减轻很多，但是直接的雷击是不可避免的所以要做好防雷接地工作，使设备可靠接地。

2.6防静电屏蔽接地

防静电屏蔽接地主要是抑制无线电工业干扰，把干扰源产生的电场限制在金属等屏蔽体的内部而将金属屏蔽表面上所感应的电荷导入地中，使器件免收干扰源影响。

2.7等电位连接

IEC标准规定，在一个建筑物内的电气装置只允许有一个共用的接地装置，并采取等电位联结，消除或减少电位差。信息技术设备只能通过PE线与共用接地装置连接，并实施等电位联结，以等电位联结系统的电位作为信息技术设备的参考电位。

信息技术设备接地方法及等电位联结方法，如以下所述：

1、放射状连接的保护导体

放射状连接的保护导体如图1-1所示，此法使用了与电源导体在一起的保护导体。每台设备的保护导体为电磁干扰（电源带来的瞬变除外）提供了一个阻抗相对较高的通路，从而使信息技术设备间的信号电缆承受着大部分引入的噪声。因此设备本身必需具有令人满意的高抗干扰性能。由于信息技术设备提供了专用的电源回路和接地系统，而它们与其他电源回路和接地系统及外部金属物体相隔离，因此使引入的干扰大量减小。在某些情况下信息技术设备的放射状连接的功能接地和保护导体的星状接地点（如相关配电盘中的PE母线），可以通过连接到总接地端子的一个单独的专用绝缘导体接地。

图1-1放射状连接的保护导体

2、局部水平等电位联结系统（网）

使用局部水平等电位联结系统（网）如图1-2所示，将信息技术系统的各组成部分等电位联结到一个局部网（联结材料）上，能使常规的保护导体作用得到了补充。这样做能够在靠近等电位网上为信号互联的各组成部分之间提供一个低阻抗的参考电位平面，其阻抗取决于频率和网眼间隔。与方法1相同，由于整个信息技术系统的电源回路和接地系统，包括等电位联结网，与其他电源回路和接地系统以及外部可导电部分（如建筑物金属件）相隔离，因此抗干扰性能得到了提高。

图1-2使用局部水平等电位联结系统

3、水平和垂直的等电位连接网系统

如图1-3所示，在建筑物每一楼层都设置等电位联结网，能使常规的保护导体作用得到加强。这些等电位网逐个与建筑物金属构件、电气装置的外露可导电部分和其他用途的金属物做重复的联结，从而实现了楼层间的垂直等电位联结。这种接地方法也可使用一个环状接地干线来延伸建筑物的总接地端子。

这种方法可提供足够低的阻抗，去解决只具有一般抗干扰能力的设备上的大部分噪声问题，解决效果取决于工作和干扰频谱及网眼间隔。但是如若不能将整个网保持封闭状态，是会出现问题，因为所有可能的噪声源都将会被联结到系统上。因此应特别注意网眼的间隔以消散来自此类噪声源的干扰。

图1-3水平和垂直的等电位联结系统

4、对泄漏电流超过?10mA?的设备的进一步要求：

设备泄漏电流超过10mA?时，该设备应按以下列举的三种可供选择的要求之一进行连接：

（1）高度牢靠的保护（接地）回路

保护导体应具有热稳定所要求的截面或符合下述规定的截面，在两者中取较大者。

?当采用独立的保护导体时，应是一根截面积不小于?10mm2的导体或是两根有独立端头的，每根截面积不小于?4?mm2的导体。

?当保护导体与供电导体合在一根多芯电缆中时，电缆中所有导体截面积总和应不小于10?mm2?。

?当保护导体装在刚性或柔性金属导管内并与导管并接时，应采用不小于?2.5?mm2的导体。

?符合要求的刚性或柔性金属导管、金属母线槽和槽盒以及金属屏蔽层和铠装。

（2）接地连续性的监测

应设置一个或多个在保护导体出现中断故障时能按要求切断设备供电的电器。

（3）使用双绕组变压器

当设备是通过双绕组变压器供电或通过其它输入与输出回路相互隔开的机组（如电动发电机）供电时，其二次回路建议采用?TN?系统。目的是使泄漏电流的通路局部化和减少该通路连续性被中断的可能性。为易于表达，如右图所示该图只画了单相系统，系统可以是三相的。初级和次级回路的控制和保护措施未在图中标示。C?为滤波电容。L1和L2（或N）是接至电源进线的连接导体。PE是从设备的可触及部分到电气装置总接地端子的连接导体，它既用作Ⅰ类设备的保护导体，也用作Ⅱ类设备的功能接地导体。

三、电气装置的接地装置材料选择要求

电气接地装置一般是由接地极、接地导体和总接地端子（总接地母排）等构成的。总接地端子（总接地母排）通过接地导体与诸多接地极连接，实现电气装置需接地部分与地的连接，又可通过保护导体、保护联结导体与电气装置内外露可导电部分、电气装置外可导电部分的联结，实现总等电位联结。总接地端子（总接地母排）是建筑物内电气装置参考电位点。下面介绍一下接地配置的选择与安装原则和材料选择。

3.1接地装置安装与选择原则

接地配置的设施的选择和安装应满足：

1、接地电阻值符合电气装置的功能和保护要求，并预计长期有效；

2、能承受接地故障电流和对地泄漏电流而无危险，特别是热的、热－机械应力、电机械应力引起的危害；

3、有足够的强度或有附加的机械保护，以适应所在场所的外部的影响；

4、应采取措施，防止由于电腐蚀作用对接地配置的设施和其它金属部分造成危害。

对于接地配置的材料的选择具体介绍一下：

3.2接地极

1、对接地极的材料和尺寸的选择，应使其既耐腐蚀又具有适当的机械强度。接地极的一般最小尺寸表3-1中给出。

2、?任何一种接地极，其功效都取决于当地的土壤条件。对给定的土壤条件和所要求的接地电阻值，应选择一个或多个接地极以满足接地要求。

3、?可采用的接地极举例如下：

（1）埋在基础里的地下结构金属网（基础接地）；

（2）金属板；

（3）埋在地下的钢筋混凝土（预应力的混凝土除外）的金属加强筋；

（4）金属棒或管；

（5）金属带或线；

（6）根据当地条件或要求所设电缆的金属护套和其它适用金属护层及金属网；

表3-1接地极一般最小尺寸

接地导体与接地极的连接应牢固，且有良好的导电性能。这种连接应采用热熔焊、压力连接、夹具或其它的机械连接。机械接头应按厂家的说明书安装。若采用夹具，则不得损伤接地极或接地导体。

3.4总接地端子（总接地母排）

在采用保护联结的每个装置中都应配置有总接地端子（总接地母排），并应将下列导体与其连接：保护联结导体；接地导体；保护导体；功能接地导体（如果适当的话）。

接到总接地端子上的每根导体，都应能被单独地拆开。这种连接应当牢固可靠，而且只有用工具才能拆开。

3.5保护导体

1、保护导体类型

保护导体由下列的一种或多种导体组成：

（1）多芯电缆中的导体；

（2）与带电导体共用的外护物的绝缘的或裸露的导体；

（3）固定安装的裸露的或绝缘的导体；

如果装置包括带金属外护物的设备，例如低压开关柜、控制设备组件或母线系统，若其金属外护物或框架同时满足如下三项要求，则可用作保护导体：

?应能利用结构或适当的联结，使对机械、化学或电化学损伤的防护性能得到保证，从而保证它们的电气连续性；

?它们应符合保护导体最小截面积的要求；

?在每个预留的分接点上，它们应允许其它保护导体的连接。

下列金属部分不允许用作保护导体或保护联结导体：金属水管；含有可燃性气体或液体的金属管道；正常使用中承受机械应力的结构部分；可伸缩的或可弯曲的金属导管（用于保护或保护联结目的而特别设计的除外）；可伸缩的金属部件；吊线。

2、保护导体的电气连续性

（1）保护导体对机械伤害、化学或电化学损伤、电动力和热动力等应具有适当的防护性能。

（2）为便于检验和测试，除如下所列各项外，保护导体的接头都应是可接近的：

?充填绝缘膏的接头；

?封装的接头；

?在金属导管内和封闭在管里的接头；

?按设备标准，已成为设备的一部分的接头。

（3）在保护导体中，不应串入开关器件。但为了测试，可提供能用工具拆开的接头。

（4）在采用接地电气监测时，不应将专用部件（如动作传感器、线圈）串接在保护导体中。

（5）电器的外露可导电部分不应用于构成其它设备保护导体的一部分。

3、保护导体最小截面积

保护导体的截面积都应满足关于自动切断电源所要求的条件，而且能承受预期的故障电流。保护导体的截面积可按3.5.4中的公式计算，也可按表3—3进行选择。这两种方法都应考虑机械强度的要求。

4、保护导体的截面积不应小于对切断时间不超过5?s下列公式确定的值：

式中：

IEC标准认为，50?mm2铜质导体作为接地干线，是材料成本与阻抗之间最好的结合，10?mm2铜质导体作为功能接地最小截面。

6、PEN导体

（1）PEN导体只能在固定的电气装置中采用，考虑到结构原因，其截面积不应小于：铜，10?mm2或铝，16mm2。

（2）PEN导体应满足它可能遭受的最高电压的绝缘要求。

（3）如果从装置的任一点起，中性导体和保护导体分别采用单独的导体，则不允许将该中性导体再连接到装置的任何其它的接地部分（例如，由PEN导体分接出的保护导体）。然而，允许由PEN导体分接出的保护导体和中性导体都超过一根以上。对保护导体和中性导体，可分别设置单独的端子或汇流条。在这种情况下，PEN导体应接到为保护导体预设的端子或汇流条上。

（4）外部可导电部分不应用作PEN导体

四、结束语

接地装置在现代工业生产和生活中都是必须考虑的关键问题，不管是在工厂电气还是在建筑电气中，在开始排线进行设备安装时都得将其考虑进去，在上述材料中说的一些必须接地的地方而没有设置或者根本就没有这项考虑的话，势必将在后面的生产生活中造成损失甚至人员伤亡，所以这就要平时多积累，同时要多看相关书籍遵照有关规定进行设计生产做到设计施工最优化。

参考文献

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