基于安防設(shè)備及電器設(shè)備的接地處理方法解析

我們總說自己干的是弱電工程，但實(shí)際上在工程中，總要碰到強(qiáng)電的那些事。既然是強(qiáng)電，那肯定就會(huì)涉及到用電安全，我們常說的電氣安全的含義主要有3種：設(shè)備安全、消防安全、人身安全。

如果分不清可以參照：強(qiáng)電與弱電、高壓與低壓，還分不清？

熔斷器、空氣開關(guān)的功能是短路和過載保護(hù)，其作用是保證設(shè)備安全和消防安全。電氣設(shè)備上的地線（或接地端子），是把設(shè)備上在故障情況下可能帶電的金屬部分用導(dǎo)線連結(jié)起來的引出線，它的主要作用是確保人身安全。

我們知道，按變壓器次級(jí)的中性點(diǎn)是否接地分類，線電壓在1 kV伏以下的低壓電網(wǎng)一般分兩種：接地電網(wǎng)和不接地電網(wǎng)。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB5306—85）要求，在接地電網(wǎng)中，變壓器低壓端的中性點(diǎn)必須直接接地，且接地電阻不大于4Ω。在不接地電網(wǎng)中，變壓器低壓端的中性點(diǎn)是不接地的。為了減輕高壓串入低壓的危險(xiǎn)，在中性點(diǎn)與大地之間一般裝設(shè)擊穿保險(xiǎn)器。當(dāng)電氣設(shè)備在不同的電網(wǎng)中使用時(shí)，它的地線應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的要求用不同的方法進(jìn)行連接，具體如下：

1、在不接地電網(wǎng)中使用時(shí)的接法

在不接地電網(wǎng)中，應(yīng)將電氣設(shè)備上的地線與大地緊密地連接起來，即將設(shè)備保護(hù)接地，如圖1所示。據(jù)圖可知人體電阻Rr與接地電阻Rb處于并聯(lián)狀態(tài)。當(dāng)一相碰殼時(shí)，接地電流Id通過（Rr／Rb）和電網(wǎng)對(duì)地絕緣阻抗形成回路。設(shè)各相對(duì)地絕緣阻抗相等，均為Z，電網(wǎng)相電壓為U，運(yùn)用電工學(xué)方法可求得漏電設(shè)備的對(duì)地電壓為：

一般情況下｜Z｜很大，Rb＜＜｜Z｜，所以保護(hù)接地后設(shè)備的對(duì)地電壓大大降低，只要適當(dāng)控制Rb的大小就可將設(shè)備的對(duì)地電壓限制在安全范圍內(nèi)。國家標(biāo)準(zhǔn)要求在一般情況下Rb不大于4Ω。

保護(hù)接地必須有接地裝置，接地裝置由接地體和接地線（包括地線網(wǎng)）組成。接地體分自然接地體和人工接地體，它是接地裝置的重要組成部分，必須嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)安裝制作，現(xiàn)簡要介紹如下。

凡與大地有可靠接觸的金屬導(dǎo)體，除另有規(guī)定外均可作為自然接地體。如埋設(shè)在地下的金屬水管、井管等等。人工接地體通常采用直徑40～50 mm的鋼管或40 mm×40 mm×4 mm～50 mm×50 mm×5 mm的角鋼垂直埋設(shè)。為兼顧成本與性能，長度一般以2．5 m左右為宜，數(shù)量不少于兩根。它們可以成排布置，也可作環(huán)形或射線形分布，如圖2所示，具體參數(shù)見圖3。無論是自然接地體還是人工接地體，安裝完后都需對(duì)接地電阻進(jìn)行測量，達(dá)標(biāo)方可投入使用。

把自來水管作接地體或“插根鐵絲當(dāng)?shù)鼐€”是不符合要求的，也是很危險(xiǎn)的。

2、在接地電網(wǎng)中使用時(shí)的接法

在接地電網(wǎng)中，應(yīng)將電氣設(shè)備上的地線與保護(hù)零線緊密地連接起來，即將設(shè)備保護(hù)接零，如圖所示。當(dāng)某相帶電部分碰連設(shè)備外殼時(shí)，通過設(shè)備外殼形成該相對(duì)零線的單相短路，即碰殼短路。短路電流Id能促使線路上的保護(hù)裝置（如熔斷器RD）迅速動(dòng)作，切斷故障部分的電源，消除觸電危險(xiǎn)。

我們必須注意，在接地電網(wǎng)中是不許對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)接地的，原理如圖5所示。設(shè)接地電網(wǎng)相電壓為U，變壓器低壓中性點(diǎn)接地電阻為Ro，設(shè)備外殼的對(duì)地電壓為Ud，如果該設(shè)備有保護(hù)接地裝置，當(dāng)某相發(fā)生碰殼短路時(shí)，由于人體電阻Rr與保護(hù)接地電阻Rd處于并聯(lián)狀態(tài)，且Rd＜＜Rr，Rd≈Ro≈4Ω，人體承受的電壓為：

顯然這個(gè)電壓對(duì)人體是危險(xiǎn)的，這說明在接地電網(wǎng)中保護(hù)接地設(shè)備本身并不安全。

同樣理由，此時(shí)零線對(duì)地電壓由原來的Uo＝0變?yōu)椋?/p>

這使得整個(gè)系統(tǒng)不再安全，其它保護(hù)接零設(shè)備也都帶上了危險(xiǎn)電壓。與此同時(shí)，由于Rd、Ro限制了故障電流的大小，線路上的保護(hù)裝置可能不會(huì)動(dòng)作而使這種危險(xiǎn)狀態(tài)長期存在。

可見，不看設(shè)備工作的電網(wǎng)環(huán)境，片面強(qiáng)調(diào)“是地線就該接地”的觀點(diǎn)是不正確的。

3、有特殊要求時(shí)的處理方法

由于接地電網(wǎng)在減輕故障接地的危險(xiǎn)、穩(wěn)定系統(tǒng)的電位等方面有一定的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。如果沒有特殊要求，我國的低壓電網(wǎng)一般采用接地方式。從前面的分析可知，在這樣的電網(wǎng)中是不許將設(shè)備保護(hù)接地的。另一方面，隨著電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，集成電路、晶體管等半導(dǎo)體器件在各種設(shè)備上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。這類設(shè)備上的地線除確保人身安全外還有防止靜電和電磁干擾、提高設(shè)備可靠性的作用。這樣的設(shè)備一般要求保護(hù)接地。對(duì)于這類設(shè)備，它們的地線可按以下3種情況酌情處理。

（1）對(duì)于大型設(shè)備，應(yīng)單獨(dú)建立不接地電網(wǎng)供電，以便對(duì)設(shè)備采取保護(hù)接地的措施。

（2）對(duì)于中小型設(shè)備，在接地電網(wǎng)中使用時(shí)，應(yīng)通過隔離變壓器建立不接地電源進(jìn)行二次供電。值得注意的是，隔離變壓器是接地電網(wǎng)的負(fù)載，其鐵芯應(yīng)保護(hù)接零。設(shè)備是隔離變壓器所建立的不接地電源的負(fù)載，所以應(yīng)保護(hù)接地。

（3）對(duì)于安防監(jiān)控這類小型設(shè)備，其工作環(huán)境干燥，外設(shè)一般是塑料部件，漏電危及人身安全的可能性很小，其地線的主要作用是防止靜電和電磁干擾、提高設(shè)備可靠性。

在接地電網(wǎng)中使用時(shí)，如有必要，這類設(shè)備的地線可經(jīng)過圖3所示的阻容網(wǎng)絡(luò)接地。這個(gè)電路?？缃佑诓噬娨暀C(jī)的“冷地”和“熱地”之間。

電阻、電容分別泄放靜電和高頻諧波。值得注意的是，電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)涉及安全問題，不應(yīng)隨意更改。由于有這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的隔離，對(duì)接地裝置的要求變得很低，它可以是自來水管，也可以是插座上的火線或零線。當(dāng)然，插座上的火線和零線一般帶有高頻諧波，從這點(diǎn)考慮用自來水管做接地裝置要好一些。