電氣接地的原理和目的

接地的目的：

1、在電力系統(tǒng)中，運(yùn)行需要的接地，如中性點(diǎn)接地等，稱為工作接地。

2、電氣設(shè)備的金屬外殼，鋼筋混凝土桿和金屬桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為了防copy止這種電壓危及人身安全而設(shè)的接地，稱為保護(hù)接地。保護(hù)接地是中性點(diǎn)不接地的低壓配電系統(tǒng)和電力高壓系統(tǒng)中，電氣設(shè)備和電氣線路最采用的一種保安措施。

3、接地電壓保護(hù)裝置，如避雷針、避雷器和保間隙等，為百了消除過電壓危險(xiǎn)而設(shè)的接地，稱為過電壓保護(hù)接地。

4、易燃油、天然氣貯罐和管道等，為了防止靜電危險(xiǎn)影響而設(shè)的接地，稱為防靜電接地。

接地的作用：

1.防止電磁耦合干擾：如數(shù)字設(shè)備度接地；射頻電纜布線屏蔽層接地等；

2.防止強(qiáng)電和雷擊通信設(shè)備：如列架及一般通信設(shè)備機(jī)殼接地，防止設(shè)備、儀表、人身傷害；

3.通信系統(tǒng)工作需要：如海纜中繼設(shè)備的遠(yuǎn)供系統(tǒng)采用導(dǎo)線——大地制方式。

電氣接地的原理和目的

首先，我們要知道接地的目的是什么！看下圖：

仔細(xì)觀察，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)右圖的電池負(fù)極線路有接地標(biāo)識(shí)。這說明，電池負(fù)極為零電位，它為全電路定義了電壓參考點(diǎn)。這種接地叫做工作接地，工作接地的目的就是為系統(tǒng)構(gòu)建零電位點(diǎn)。

這張圖中，T是電力變壓器的低壓側(cè)繞組。低壓繞組的中性線實(shí)施了工作接地，注意是接大地。我們把工作接地后的中性線引出，它就是大名鼎鼎的零線，符號(hào)是PEN，定義名稱是保護(hù)中性線。注意：圖中的配電系統(tǒng)，有了工作接地，線路中各處的對(duì)地電位就是明確的，不會(huì)發(fā)生偏移。

圖中的負(fù)載電阻Ra、Rb和Rc不相等，如果零線沒有工作接地，它的末端電位就會(huì)偏離零電位點(diǎn)。有了工作接地，零線的電位被強(qiáng)制性地限定為大地的零電位。這就是工作接地的目的。

這張圖中，我們看到了變壓器低壓側(cè)繞組的中性線N執(zhí)行了工作接地，并且以PEN零線的形式引出。注意到在負(fù)載側(cè)的引入端，零線再次重復(fù)接地，其目的是確保零線線路末端的電位依然為零。這樣做的就能夠防止零線過長引起零線末端的零電位偏離，防止因?yàn)榱憔€斷裂而引起的零電位偏離。

注意到一個(gè)重要事實(shí)：盡管零線電位為零，但零線電流絲毫不受影響。也就是：零線電流的大小與零線電位為零無關(guān)！為何如此？因?yàn)榱憔€的電壓是節(jié)點(diǎn)電壓，不是歐姆定律定義的電壓。零線電壓遵循基爾霍夫第二定律KVL，不遵循歐姆定律。

這張圖就是TN-C接地系統(tǒng)。圖中左起第一個(gè)負(fù)載，我們看到零線首先引入到用電設(shè)備的金屬外殼，然后再引入到零線接線端子，于是用電設(shè)備外殼的電位為零。這種接法叫做保護(hù)接零。

保護(hù)接零的目的是什么？

其一：若用電設(shè)備的內(nèi)部發(fā)生火線碰殼事故，由于外殼接零，于是外殼的電位為零。此時(shí)，若有人正在觸摸用電設(shè)備的外殼，由于外殼為零電位，以此保障了人身安全。

其二：注意到零線電流與零線電壓無關(guān)。當(dāng)上述碰殼事故發(fā)生后，接零電流相當(dāng)于火線對(duì)零線短路，于是線路中的保護(hù)裝置（斷路器或者熔斷器）就會(huì)執(zhí)行線路保護(hù)切斷故障線路。

這張圖中，我們看到變壓器低壓側(cè)繞組工作接地后，以中性線N的形式引出。也就是說，TT接地系統(tǒng)具有工作接地。

用電設(shè)備的外殼單獨(dú)接地，與N線無關(guān)。這種接地叫做保護(hù)接地。

用電設(shè)備的外殼執(zhí)行保護(hù)接地后，一旦發(fā)生碰殼事故，由于用電設(shè)備的外殼為零電位，確保了人身安全防護(hù)。同時(shí)，故障電流形成接地電流，經(jīng)過地網(wǎng)再返回變壓器中性點(diǎn)。由于地網(wǎng)的阻抗較大，因此故障電流較小，無法啟動(dòng)斷路器或者熔斷器執(zhí)行線路保護(hù)。這時(shí)，就需要在系統(tǒng)中安裝漏電保護(hù)器來執(zhí)行線路保護(hù)。

一般地，漏電保護(hù)器的動(dòng)作電流設(shè)定為30mA。

IEC提出了另外一種接地形式，以滿足配電系統(tǒng)的接地需求，這就是TN-S接地系統(tǒng)。

注意看圖中的變壓器中性點(diǎn)，它工作接地后以中性線N和保護(hù)線PE的形式引出。

在負(fù)載側(cè)，負(fù)載的外殼接到PE線上。由于PE線就是地線，所以用電設(shè)備的這種防護(hù)也叫做保護(hù)接地。

TN-S的保護(hù)接地與TT的保護(hù)接地有何不同？

當(dāng)TN-S接地系統(tǒng)中用電設(shè)備的外殼發(fā)生碰殼事故，故障電流沿著PE地線返回電源，線路阻抗很小。又因?yàn)榈鼐€PE與中性線N在電源側(cè)是接在一起的，接地電流相當(dāng)于相線對(duì)N線的短路，故障電流較大，能夠啟動(dòng)線路中的保護(hù)裝置執(zhí)行線路保護(hù)。同時(shí)，TN-S接地系統(tǒng)是可以安裝漏電保護(hù)器的。TN-S接地系統(tǒng)中的人身安全防護(hù)相對(duì)其它接地系統(tǒng)要完善得多。

值得注意的是：IEC規(guī)定X相X線的線制中，“X線”指的是正常運(yùn)行時(shí)有電流流過的線路。PE線在正常運(yùn)行時(shí)沒有電流流過，因此它不算線。故而，TN-S接地系統(tǒng)屬于三相四線制。

IEC還把TN-C系統(tǒng)與TN-S接地系統(tǒng)聯(lián)合起來，形成TN-C-S接地系統(tǒng)。

注意看圖中的負(fù)載，靠左側(cè)的用電設(shè)備屬于保護(hù)接零，系統(tǒng)中存在零線PEN；靠右側(cè)的用電設(shè)備屬于保護(hù)接地（保護(hù)接PE地線），局部系統(tǒng)中沒有零線，只有中性線N和地線PE。

一般地，在零線分開為中性線N和地線PE時(shí)，分開點(diǎn)需要配套重復(fù)接地。

下面看一張居家配電系統(tǒng)的TN-C-S接地系統(tǒng)圖。

在圖中，我們看到了電力變壓器T，它的中性線接地，然后以PEN零線的形式引出。同時(shí)，三條相線引入到總斷路器中。在總斷路器下端的出線側(cè)，三條相線（火線）和PEN線（零線）一起，經(jīng)過電纜引入到居家配電的入口處。此處的接地系統(tǒng)符合TN-C接地系統(tǒng)。

在居家配電的入口處，零線PEN首先接到重復(fù)接地的扁鋼LEB處，在這里一分為二，成為PE地線和N中性線。從這里開始，接地系統(tǒng)變成TN-S。由于它是經(jīng)由TN-C改變接線而得到的，因此IEC把它叫做TN-C-S接地系統(tǒng)。

注意到圖中的相線經(jīng)過總開關(guān)QF0后，和中性線一起引入到電度表中。在電度表的出口處，系統(tǒng)中的相線L、中性線N和PE地線一起入戶，到達(dá)我們居家的配電箱中。

居家配電箱中，安裝了總進(jìn)線開關(guān)，總漏電開關(guān)，還有若干饋電開關(guān)。圖中的電冰箱就接在最右側(cè)的饋電回路末端。我們看到，電冰箱的外殼是接PE地線的。

當(dāng)電冰箱的外殼發(fā)生碰殼事故后，地線PE將流過故障電流，而相線中的電流也會(huì)增加，于是總進(jìn)線開關(guān)處的漏電保護(hù)器會(huì)執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)總開關(guān)跳閘；同時(shí)，電冰箱回路的饋電開關(guān)也會(huì)跳閘。由于我們?cè)O(shè)計(jì)總漏電開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間略微滯后于饋電開關(guān)，因此電冰箱回路所在的饋電開關(guān)會(huì)先跳閘，由此實(shí)現(xiàn)了上下級(jí)開關(guān)動(dòng)作的選擇性。

接地方式有哪幾種？電氣接地的幾種方式？

接地的類型和作用不同的電路有不相同的接地方式，電子電力設(shè)備中常見的接地方式有以下幾種：

1、安全接地

安全接地即將高壓設(shè)備的外殼與大地連接。一是防止機(jī)殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全，例如電腦機(jī)箱的接地，油罐車那根拖在地上的尾巴，都是為了使積聚在一起的電荷釋放，防止出現(xiàn)事故；二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機(jī)殼帶電時(shí)，促使電源的保護(hù)動(dòng)作而切斷電源，以便保護(hù)工作人員的安全，例如電冰箱、電飯煲的外殼。三是可以屏蔽設(shè)備巨大的電場(chǎng)，起到保護(hù)作用，例如民用變壓器的防護(hù)欄。

2、防雷接地

當(dāng)電力電子設(shè)備遇雷擊時(shí)，不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，如果缺乏相應(yīng)的保護(hù)，電力電子設(shè)備都將受到很大損害甚至報(bào)廢。為防止雷擊，我們一般在高處（例如屋頂、煙囪頂部）設(shè)置避雷針與大地相連，以防雷擊時(shí)危及設(shè)備和人員安全。安全接地與防雷接地都是為了給電子電力設(shè)備或者人員提供安全的防護(hù)措施，用來保護(hù)設(shè)備及人員的安全。

3、工作接地

工作接地是為電路正常工作而提供的一個(gè)基準(zhǔn)電位。這個(gè)基準(zhǔn)電位一般設(shè)定為零。該基準(zhǔn)電位可以設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點(diǎn)、某一段或某一塊等。當(dāng)該基準(zhǔn)電位不與大地連接時(shí)，視為相對(duì)的零電位。但這種相對(duì)的零電位是不穩(wěn)定的，它會(huì)隨著外界電磁場(chǎng)的變化而變化，使系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。當(dāng)該基準(zhǔn)電位與大地連接時(shí)，基準(zhǔn)電位視為大地的零電位，而不會(huì)隨著外界電磁場(chǎng)的變化而變化。但是不合理的工作接地反而會(huì)增加電路的干擾。

4、信號(hào)

信號(hào)地是各種物理量信號(hào)源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于信號(hào)一般都較弱，易受干擾，不合理得接地會(huì)使電路產(chǎn)生干擾，因此對(duì)信號(hào)地的要求較高。

5、模擬地

模擬地是模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。模擬電路中有小信號(hào)放大電路，多級(jí)放大，整流電路，穩(wěn)壓電路等等，不適當(dāng)?shù)慕拥貢?huì)引起干擾，影響電路的正常工作。模擬電路中的接地對(duì)整個(gè)電路來說有很大的意義，它是整電路正常工作的基礎(chǔ)之一。所以模擬電路中合理的接地對(duì)整個(gè)電路的作用不可忽視。

6、數(shù)字地

數(shù)字地是數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電磁波干擾電路。如果接地不合理，會(huì)使干擾加劇，所以對(duì)數(shù)字地的接地點(diǎn)選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。

7、電源地

電源地是電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于電源往往同時(shí)供電給系統(tǒng)中的各個(gè)單元，而各個(gè)單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別，因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作，又要保證其它單元穩(wěn)定可靠的工作。電源地一般是電源的負(fù)極。

8、功率地

功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較強(qiáng)、電壓較高，如果接地的地線電阻較大，會(huì)產(chǎn)生顯著的電壓降而產(chǎn)生較大的干擾，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設(shè)置，以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。