电气设备接地保护技术浅析

蔡红茹

（中国原子能科学研究院，北京 102413）

1705年，富兰克林第一次提出用实验来证明闪电就是电的科学理论，此后，又由特斯拉、法拉第、欧姆、伏特、安培等科学家的不断补充，将雷电从苍穹引入民间的生产生活中。电气带来便利的同时，也具有很强的危险性，比如，会因电气短路造成火灾威胁人身生命安全。电气接地保护技术可以有效保证电气的安全使用，不仅保护电气设备的工作人员，还保护着日常中运行的电气设备。

1 接地技术的概念、作用、方式与基本原则

接地技术就是电气设备的接地设计和安装，是将带电设备的外壳与大地连接。举一个简单的例子，在冬天静电现象频繁手触碰到物品时，会有轻微的过电现象，这时，就可以将手放置在墙上静置几秒，以此起到一个导电作用。因此，接地技术就是为了防止电气内部绝缘破坏导致外壳带电而引起触电事故发生的工程技术。

目前来看，接地技术的作用实现途径有两种，一种是提高电路和电气设备自身的稳定安全性。很多的电气设备在正常运行的过程中，都会以一定的频率运行，通过接地技术，可以有效防止或避免因频率过载发生干扰电压现象的发生，保障低电平信号平台的安全正常运行。另一种是对干扰的抑制。电子设备是精密的仪器，在安装过程中必须认真对待，在设备运行的正常状态下，自身产生的电源通常是以交流电的方式运转，由此产生的电容对电气设备有非常大的干扰，接地技术就能够发挥出最大的干扰抑制作用，保护设备的正常运行。

电气接地设备的基本方式现在可以分为三种，一种是单点接地与大地相连的方式。这种方式在日常生活中也是随处可见，很多的简单设备都是采用的这样一种方式；另一种是多点直接接地的方式，电气设备的金属外缘与土地之间进行多点连接，目前，适用于较大平台的电气设备，可以有效提升设备的抗干扰能力；最后一种是系统接地，系统接地的方式既可以保护电气设备，还可以保护系统的稳定性与电磁的兼容性，一举两得。

各行各业都有自己的基本原则，尤其是电气设备的设计、安装行业，从业要求高，原则严格，遵循首先按照国标给定的标准执行，若地方标准、行业标准高于国家标准的方可执行的原则。受到电气设备自身构造和技术参数的影响，电路连接方式就会有很大的差别，因此，在接地设备的设计安装时应予考虑。

2 接地系统安装实例阐述

目前市场上最常用的接地系统类型有以下三种：

第一种是TN系统，俗称三相五线系统。当系统发生故障而导致电气设备金属外壳带电时，会形成相线和零线短路，把回路电阻变小，增大电流，这样能够使电气设备中的熔丝迅速熔断，以此切断电源，保护电气设备与维修工作人员的人身安全。其实TN系统还可以分三个种类，一个是TN-C系统，一个是TN-S，还有一个是TN-C-S系统，安全系数最高、最常用的系统是TN-S（图1），TN-S系统适用于内部设有变电所的建筑物。TN-S系统在安装时应注意引出变压器后中性线，即N线与保护零线，即PE线是完全分开的，PE线在正常运行时不通过电流没有电位，只有在发生接地故障时通过故障电流。N线上会有三相不平衡电流，因此，在系统低压配电设计中，应平衡分配电力负载，尽量使三相平衡。PE线应在规定距离内接地，入户端应重复接地。

图1 TN-S系统（保护接零）

第二种是TT系统（图二），第一个T是系统的中性点，代表直接接地，第二个T则标示设备的金属导体部分与大地相连，由图（二）可以看出，中心线（N线）除在电源端进行了一点接地外，不得在其他处再行接地。该系统内的各个电气设备或各组电气设备可各有自己的接地极和PE线。各PE线之间在电气上没有联系。该系统可以避免供电范围内在PE线上通过接地故障电压。TT系统适用于无等电位联结的户外场所，如施工现场、户外照明系统等。

图2 TT系统（保护接地）

第三种是IT（IT System）系统（图3），电气系统直接经过高阻抗不与地面相接，外面裸露的导线部分可以通过保护地线的方法与大地相接。该系统不引出中性线，无法提供220V的电源电压，这种系统适用于对安全性有特殊要求的地方，如医院手术室、矿井下、钢铁厂等场所。

图3 IT系统（工作接地）

3 土壤分析与其他降阻方法

理论上来说，电阻越小，导电率越好，一个运转良好的导电系统，要把电阻降到最低。我国幅员辽阔，每个地方的土壤环境各有不同，土壤成分比较复杂，里面包含了多种矿物质，在进行接地系统的设计和安装前，应当搜集当地的土壤数据甚至送到实验中分析其中所包含的成分，土壤中所包含的水分、温度、酸碱度等，制定好安装方案。常用的改变土壤电阻率的方法有三种，未来的电气发展也许会催生出更多的种类。目前来看，这三种是讨论最多的。

第一种是在土壤中加入一些微量矿物质，比如，无机盐、工业盐，还有常用的氯化镁。这种物质是制作防冻剂的原料之一。这些化学物质和矿物质非常容易获取，同时成本低。但是，也有很大的缺点，比如，无机盐盐分投入土壤中，不仅会被土壤吸收，还会被雨水冲刷，而且使用量极难控制，费时又费力，就算能够保证人工实施和无机盐的补充，长时间下去，也会造成土地盐碱化，不利于长久发展。

第二种是注水，不断往土壤中添加水分。根据安装面积，分布式散布喷淋，设定喷淋周期，理论上来说，这种方法也和第一种一样，虽然水资源很容易获得，但是，这种方法既耗时间，又费力气，对水资源也是极大的浪费，理论上来说这种方法并不容易实现。

第三种方法是接地增效剂，这种增效剂就是为了应对降阻而被发明出来的，它的优点也非常多，效能稳定，不需要人工维护，能够改善土壤的接地性能，这在平时的施工过程中用到的最多，最常用的增效剂是导电水泥，干湿两用极为方便。除了土壤降阻外，还有其他的方法，比如，外接引地法，将露出的电气设备导入地面，以此来降低电阻。又如扩大接地安装面积，这种方法很像物理学上的受力面越大，力分布就越均匀，这在平原地区还是有可能实施的，但是，在多雨的山中地区就很难实现。在土壤条件好的地区，可以把地网埋得深一点，越深，导电越好，就像大树的根须一样扩散效应也就越好，根据《交流电气装置的接地设计规范》GB/T 50065-2011要求，接地网埋深不宜小于0.8米。

4 智能建筑中设备安装与接地保护措施

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，在现代的建筑中也少不了电气的应用，办公有自动化系统，施工过程中还有建筑自动化，日常通信中又少不了通信系统自动化。这些技术的广泛应用，对于接地的技术需求越来越重要，在现代建筑电气施工中，有以下三种需要着重说明，这和接下来的接地保护措施密不可分。

（1）电梯竖井内电线设备安装。现在高楼越来越高，作为重要的出行工具，电梯就显得尤为重要，在竖井内的电线设备安装通常采用母线槽技术，在安装中，要将母线槽中相线与相线、相线与零线、零线与地线要良好绝缘，绝缘值的最低值要保证能够超过20MΩ。

（2）楼层板面中电气设备安装。楼层板面中的电气安装，首先，要进行预埋处理，电气设备尤其是电线暴露在楼层中不仅不美观，还会产生很多的安全隐患。在做预埋处理时，需要考虑的因素有很多，施工材料的材质、空气温度等。还要保证各项管路之间的有序连接，不仅要铺设得整齐划一，连接质量也要处理好。

（3）控制系统中电气设备安装。在智能化建筑中，铺设设备以后就得安装控制系统。智能建筑的控制系统包括安防、报警、消防控制、照明控制等系统的机电设备的管理和监控，涉及通信自动化和网络通信技术，确保通信自动化和网络通信设备的安全稳定运行，就要建立一个完善的保护系统，电气接地保护作为控制系统电气设备的重要部分，必须引起足够的重视。

（4）接地保护。建筑接地主要包括三个方面：防雷、工作接地、安全保护措施。现在的建筑普遍都是高层设施，防雷就是一个必不可少的环节，安全有效的防雷措施方可保护电梯竖井、控制系统的正常工作。根据各地区的雷电情况采取不同的对策，是接地保护安装的灵活运用。工作接地特别是对于大功率运转设备来说，就要采用中性接地的方式，这么做的目的是保证三相电压间的运转处在基本平衡的水平上。建筑安全保护接地主要利用建筑构造柱内、建筑基础内、建筑层内圈梁等金属结构组成的钢筋接地网，并对楼宇建设中的所有电子电气设备和线路做接地处理。

（5）运行维护。实体接地保护工作结束后，并不意味着所有的工作都已经完成，在电气的使用方面也要多多注意，要进行运行维护。本文列举三例系统保护方法以供参考：①接地技术的后续维护工作，这个维护工作，在接地保护工作之前就要规划好，列举出可能发生的情况，发挥出预期维护作用，规避可能出现的安全隐患，优化电气设备的运转环境。②定期的设备维护运行，设定周期，对于发现的问题要及时上报、及时反映、及时排除。③电气设备在发现问题后，要由专业的技术人员及时处理。

（6）人才培养。发展是第一要务，人才是第一资源。电气领域需要更专业的人才，所以应重视人才培养，加大专业化培训工作，加强专业人才素质培养，让整个电气行业的发展跟上时代发展的步伐。

5 结语

随着科学技术的不断发展，电力设施的自动化和智能化技术将会更好地服务于人类，覆盖人类生活的点点滴滴，如果电气设备没有做到好的接地保护，造成的损失不可估量。本文从电气技术的基本概念、方式、作用和基本原则，到因地制宜分析土壤条件设计安装适用的降阻方法和技巧，最后再到智能建筑的设备安装和接地保护措施，对电气设备接地保护技术进行了探讨分析，提出了电气设备接地保护的重要理念和电气专业人才培养的重要性。总而言之，严格遵守国家规范、标准，灵活根据当地的气候条件和地貌条件选定合适的接地方式，运用合适的接地系统，设定合理的检查周期，对机器设备、运转情况进行科学维护，能够做到这些可以极大地保护设备运行的稳定性与安全性。笔者希望通过本文的叙述，能够使更多从业人员认识到电气接地设备保护的重要性，提高知识水平，通过完善电气接地保护设计和安装来保障企业、人员的生产生活安全与电力设备的良好运行，保护国家财产安全，共同为我国电力行业的发展做贡献。