关于接地和电气安全的问题

　　摘  要：本文介绍了接地的基本概念及分类，说明了在电气安全中对保护接地的规定，分析了防止间接接触电击的基本技术措施，如保护接地、挂接地线、重复接地、工作接地和保护接零的工作原理、作用以及使用过程中存在的问题。

　　关键词：接地 电气安全 保护接地 保护接零 重复接地

　　1 前言

　　在人们的日常生活和生产过程中，离不开电器、用电设备和电力设施，每年因为电击伤人甚至致人死亡和损毁电气设备所带来的经济损失数额巨大，因此电气安全问题成为关系到人身安全和设备安全的头等大事，探讨接地与电气安全问题意义重大。

　　2 接地的概念及分类

　　2.1接地的基本概念

　　所谓接地，就是将设备的某一部位经接地装置与大地紧密连接起来。

　　接地装置是接地体和接地引下线的总和。接地体包括人工接地体和自然接地体。如由角钢、钢管、扁钢和圆钢等金属件组合，专门制作的具有一定散流电阻的金属导体组称为人工接地体。各种埋在地中的金属构件、金属管道，建筑物的金属构件(梁、柱、行车轨道、配电装置、起重机、升降机等的骨架)称为自然接地体。

　　2.2接地的分类

　　按照接地性质，接地可分为正常接地和故障接地。正常接地又有工作接地和安全接地之分。工作接地指正常情况下有电流流过，利用大地代替导线的接地，以及正常情况下没有或只有很小不平衡电流流过，用以维持系统安全运行的接地。安全接地是正常情况下没有电流流过的起防止事故作用的接地，如防止触电的保护接地、挂接接地、保护接零、防雷接地等。故障接地是指带电体与大地之间的意外连接，如接地短路等。

　　3 防止间接接触电击的基本技术措施

　　3.1保护接地

　　保护接地的目的，顾名思义就是保护人身安全的接地。当电机外壳不接地，而一相绝缘击穿时，它的外壳对地来说，就有—电位。因此接触带电的外壳和直接接触到未绝缘的相同样危险。

　　在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式：一种是电源中性点不接地，一种是电源中性点经阻抗接地，再有一种是电源中性点直接接地。前两种合称小接地电流系统，亦称中性点非有效接地系统；后一种称为大接地电流系统，亦称中性点有效接地系统。保护接地一般用于配电变压器中性点不直接接地的供电方式中，起限制电器设备因绝缘损坏而漏电后的对地电压不超过安全范围。

　　在中性点直接接地的系统中，一般不宜采用保护接地，因为在这种供电方式下，供电部门在电气施工中将变压器低压侧中性点、配电屏、构架等配电设备的金属外壳都连接在总的接地体上，从而形成安全保护。也就是说，这种情况并非单纯的接地，而是属于接零，此时，如果用户采取接地保护，就出现了同—供电系统中存在接零和接地两种不同的保护方式，一旦设备外壳因绝缘损坏带电，对地电压将沿金届接地线通过大地流向低压配电系统的接地体，而且此时由于接地电流不大，如果保护装置灵敏度不够，则不会动作，这样，就使与接地体相连的配电变压器中性线、配电屏、构架等长期带有不安全电压，这是安全规程所不允许的。

　　3.2保护接零和重复接地

　　在我国低压网络中，都是采用中性点直接接地的，在这种系统中运行的电气设备可以采用保护接零的办法，以避免人体遭到触电的危险。

　　所谓保护接零，就是将电器设备在正常情况下与带电部分相绝缘的金属结构部分用导线与配电系统的零线连接起来。保护接零一般与熔断器、保护装置等配合用于变压器中性点直接接地系统中。

　　众所周知，在低压网络中，中性点直接接地，而设备外壳不接地是危险的。而当设备外壳采用保护接地后，要确保人身安全，要花费高昂的代价来降低接地电阻值，经济上、技术上均是不合理的，因此我国低压配电装置规定，在中性点直接接地的低压电力网中，电力设备的外壳宜采用低压接零保护的方式。

　　采用这种方式后，当一相绝缘损坏后，便形成了一个由该损坏相线、设备外壳、零线的闭合回路。由于导线(相线和零线)及设备外壳的合成电阻值很小，所以单相短路电流一般足够大，从而引起保护电器动作，迅速切断故障设备的电源，确保人身迅速脱离电源。

　　在保护接零系统中，零线仅靠在电源端一处接地是不够安全可靠的。为了提高安全可靠性，还应在零钱的干线上和分支线路的终端以及中间沿线每一公里处进行重复多点接地。电缆或架空线在引入车间和大型建筑物处，应加接地极或与室内配电屏、控制屏的接地装置相连。当高、低压线同杆架设时，应在杆线的两端杆上，将低压零线加重复接地。这样模式的重复接地系统，至少有以下四方面好处：

　　(1)当系统发生接地短路时(如碰壳)，可以降低零线的对地电压。在无重复接地的情况下，当发生单相接地短路时(如碰壳)，短路电流通过相线和零线构成回路。在零线上产生电压降，就是设备外壳对地电压UD。

　　对于380伏系统来说，UD≈146.7伏，显然比安全电压高得多，所以仍有触电伤亡的危险存在。

　　当零线加重复接地后(二点)，故障电流将沿着零线和流经重复接地和工作接地的两个并联电阻RN和R0流入大地，该故障电流大部分通过零线成回路，小部分通过重复接地电阻RN和工作接地R0成回路。

　　按规程，R0≤4欧，RN≤10欧，则设备对地电压UD＝104.伏。

　　可见采用一组重复接地后，对地电压降低了40％，如果再多接几处，则完全可以降低至危及人身安全的范围以内。

　　(2)当零相发生断线，且断线处后面某些电气设备碰壳短路时，可以使故障程度减轻。

　　在没有重复接地的情以下，当零相断线，断线后面的设备有一相碰壳短路时，则断线处前面的设备外壳对地电压接近于零；断线处后面的设备的外壳上，均存在着接近于相电压的对地电压。

　　如果触及断线处后面的设备，则人体将承受接近于全部相电压的危险。

　　在有重复接地的情况下，接在零线断线处前后的电气设备，其外壳存在的对地电压多少是被拉平了，如果R0＝RN，则前后对地电压均为1/2UΦ，也就是说，断线处后面的设备外壳的对地电压降低了一半，也即故障程度减轻了。

　　当然，应该指出的是这种电压对人体仍然是危险的，只不过程度有所减轻罢了。因此如何确保零相不发生断线，就应该精心施工，加强维护才是

　　(3)零线发生一处断线时，若三相负荷不平衡，能维持断线处后面的三相电压的基本平衡与稳定，并能减轻和消除断线处后面的电气设备触电的危险。

　　在没有重复接地的情况下，由于三相电流不平衡，导致三相电压不对称，负载轻的一相电压升高，负载重的一相电压降低，断线处后面的零相上可能有数十伏高的电压，将导致触电危险。

　　当采用重复接地后，由于两个接地点之间可以通过两组接地装置RN、R0和大地成回路，所以能显著降低两个中点之间的电压，负荷端三相电压基本保持平衡。同时，由于在零线上增加了重复接地，设备对地电压即为重复接地电阻RN上的电压降，它仅是相电压的一部分，从而减轻了触电的危险性。

　　(4)在零线上增加重复接地，可使单相接地短路电流增大，加速熔断或开关迅速跳闸。并且当线路越长，作用越显著，有利于加速保护装置的动作切除故障电源，保障人身及设备的安全。3.3工作接地

　　在电力系统中，110千伏及以上系统多数中性点是直接接地运行的，该级电压系统发生单相接地短路时，将立即切除故障线路。

　　35～66千伏系统的中性点，是经过消弧线圈接地的，该级电压系统发生单相接地时，允许运行一段时间，进行故障点的寻找。在6～10千伏系统，中性点是绝缘的，单相接地时，也允许在运行状态下寻找接地故障点。在380／220伏低压系统中，其中性点是直接接地的，当火线发生单相接地短路时，该故障相熔丝将熔断故障切除。

　　这些中性点直接接地的系统，其接地要求是十分严格的：

　　(1)由同一台发电机，同一台变压器，同一母线供电的380／220伏网络中，不宜采用接零、接地两种保护方式。

　　如果电动机容量较大，所产生的短路电流不足以使其保护没备动作切断故障，此时与零钱相连的所有用电设备的外壳及电动机上都可能带上危险的电压。由此可见，这种接地方式是极危险的。因此在同一低压接零网络中，不能一部分设备采用接零保护，而另一部分设备采用保护接地。

　　(2)在同一个车间里，其中性点工作制不同时，应当采取共同接地，即将接地网连成一体，处在同—个接地网中。高压和低压用电设备均应采取共同接地方式。

　　(3)各种电气设备的工作接地和保护接地，均应使用同一个总接地装置。

　　3.4挂接接地

　　将停电设备三相短路后接地，称为挂接地线，简称接地线，其主要作用是防止突然来电时有关人员遭受触电伤害。停电设备挂接地线后，一是可以将用电设备或线路上的剩余电荷放入大地，二是万一发生误送电而造成停电设备三相同时来电时，接地线可造成三相短路，巨大的短路电流将使电源开关迅速断开而切断电源。

　　几种错误的挂接地线方法：

　　(1)分相单独接地。如果采用分相单独接地，一旦发生误送电现象，尽管由于三相对地短路而使开关跳开，但由于短路电流在接地线上可产生很高的残压，这一残压直接加在停电设备或线路上，对工作人员构成巨大威胁。

　　(2)挂设单相接地线。如果仅在某一相上挂设接地线，发生误送电操作时，所产生的单相短路电流将流过接地电阻而在其上产生一个电压降，这一电压降直接加在停电设备上，同样会给工作人员带来危险。更何况对于小接地电流系统来讲，发生单相接地故障时一般不能保证保护装置动作，此时的危险性将会更大。

　　(3)挂设两相短路接地线。假如仅使三相线路的其中两相短接后接地，发生误送电操作时，产生两相短路，此时尽管短路电流可使保护装置动作而切断电源，但由于接地回路中将有电流流过，同样会产生较高的残压，对工作人员同样会构成威胁。

　　正如前面分析的那样，正确的挂接地线的做法是采用三相短路后接地。从理论上讲，采取三相短路接地，如电源侧发生三相同时合闸送电，则会发生对称性三相短路，短路处为零电位，这无疑是安全的。但是否这种做法就不存在问题了呢？答案是否定的。如果突然来电为单相电源时，将使整个工作地点都带有和该单相电源数值相同的电位，尽管出现这种情况的可能性不大，但一旦出现，危险性还是比较大的。因此，挂接地线并不能在所有情况下都保证安全，这就提醒我们在工作中既要正确挂接地线，又不能过分依赖接地线，必须在挂接地线的同时，抓好安全规程的落实工作，严格按规程操作，防止误送电。只有这样，才能有效地防止触电事故的发生。

　　4 结论

　　我们应该充分认识到接地对于电气安全的重要性，熟悉防止间接接触电击的基本技术措施，如保护接地、挂接地线、重复接地、工作接地和保护接零的工作原理及作用，并能够在实际工作中正确使用，确保用电过程中人身及设备安全。