电力电气系统的接地方法和要求

“地”一般是指大地。但在电气上，却具有更深一层的含义。由于大地内含有自然界中的水份等导电物质。因此它也是能导电的。当一根带电的导体与大地接触时，便会形成以接地点为球心的半球形“地点场”。此时，接地电流便经导体由接地点流入大地内，并向四周呈半球形流散。
由于地球非常大，与一般物体比较，可以认为大了无限倍。因此，无论多少电荷也可以经它流散，而不会使整个地球的电位升高。所以，电气上便常以大地的电位作为参考零电位。
接地就是在一个系统的元件和另一个系统之间（或者与某一个参考点之间）建立一个电的传导路径。电气及电子系统中的“地”通常有两种含义：一种是“大地”，另一种是“系统基准地”。通常我们将地作为系统的零电位点。理想的“地”必须是一个零电位、零阻抗的理想导体，其上各点之间不应存在电位差，它可以在系统中作为所有电平的参考点。
接地的目的有两个：一是为了安全，称为保护接地，二是为信号电压或系统电压提供一个稳定的零电位的参考点，称为信号地或系统地。
1.电系统的大地
1.1电位基准的大地
将大地作为电位基准的理由，主要从两个方面出发：防止危及人体；防止对小信号的干扰感应。
以大地作为电位的基准，并将电位取为零伏的设想，正如表示山的高度一样，也是以海平面高度取为零米，用海拔若干米表示。
以大地作为电位基准的设想同这种海拔的设想是相似的。在静态的大地电位，不管采取任何方法都应认为是完全相同的零电位，而且是稳定的。可是实际电位和海面高度一样，海面高度受月亮引力和风力的影响产生变化，而大地的电位同样受外界电场变化的影响，它也是根据不同的场所随时间而变化。
当大地两点间存在电位差时，如果大地的电导率大，那么电位差随着电荷的分布在瞬间内理应进入平滑状态，且电位达到一定。但实际大地的电导率很低，并伴随有静电电容，所以使这种电位达到零值总需要一段时间。可见在两点间，当长时间加有象电位差那样的外部电场变化时，实际电位差是不易消失的，而且相对等电位的大地，无疑要引起小的电位变化。有时向大地直接流入电流的现象，实际就是这种状态的代表例子。
从防止危及人体的立场考虑，尽管认为象零值那样的微小电位变化相对电磁干扰而言，在很多情况下也会起举足轻重的作用。因此当接地仪器分别相连接时，决不能认为大地就是各仪器的共同电位基准的。尤其是大功率设备。这种电位差相当大。也就是说，仅限于一点接地时，大地可视为是电位的基准，但如果是不同电位的两点以上进行接地时，实际它已形成的干扰发生源。另外，当在一个系统内，两个不同电位点分别进行接地时，在接地回路中会直接流过电流，而且这种电流将给外部带来不利的影响。为防止这种现象，对大地可只采取一点接地，各个仪器的接地线都方便与这一点相连，这样仅接地的一点，即可作为系统的电位基准。也就是说，通常所说的接地，实际就是指一点接地，它是利用大地作为电位基准，所以无电流通过。
1.2电流通路的大地
大地的电导率和铜线的电导率相比非常之小，在人们的想象中不能用它作为电流导体。
在电流非常小的情况下，当然对使用的影响不大，接地即使有些电阻，引起电压降也很小。例如某些军用携带式电话机就是采用单线代替往复双线，电话线只架一根往线，而回线电流是通过大地导体返回。
1.3 电子仪器接地的目的
接地有多种含义。
电子仪器的外壳接地接的是大地，这是保护性接地，这一接地措施可以使仪器的外壳与大地等电位，从而避免了因仪器漏电造成的触电危险。
电子电路图中的接地，对于电路而言是一个共同参考点；对电路图的绘制而言是一种简略画法；对分析电路工作原理而言，可以方便识图。
使用电子仪器时，人们都希望将它的底座或外壳接地，目的是为了防止内部高压回路与外壳相接的危险，当然也是为了满足法规，但更重要的是为了仪器工作稳定可靠。
在电子仪器内部，有一个作为电位基准的导体，这个导体称为接地面，仪器底座或外壳往往都通过它来接地。这个大面积导体相对大地的电位一旦出现不稳定，就会引起仪器工作不稳定，而且这个电位如果是交流电位，即使它是一定的，当相对大地存在某一电位时，也仍然要引起干扰电压
接地的目的主要是保持壳体的电位一定，而希望接地回路有电流通过。尤其是利用大地电流的情况，只能限于天线的特殊范围内，因壳体的接地回路只要有电流通过，就会产生电压降，壳体的电位产生变化，实际就直接形成了电磁干扰源。另外，接地导线尽量避免使用裸线，因裸线接地易引进外部的杂散电流，从而直接形成干扰源，所以接地导线都采用绝缘线，以保证电流不能随意出入。
靠近中波无线电广播台的地方，一般电场强度都很高，如接地导线过长，则反而起到天线作用而产生感应电势，从而形成干扰源。因此，这种情况下的接地导线，应将其装入套管中，以减小外界干扰。
2.接地装置的维护
接地装置包括接地线和接地体，连接设备接地部位和接地体的导线，叫接地线。接地线分为接地干线和接地支线。
2.1 自然接地体与自然接地线
接地体是接地装置的主要组成部分，其选择与装设是能否取得合格接地电阻的关键。接地体可分为两类，即自然接地体和人工接地体。
在设计与选择接地体时，要首先充分利用自然接地体，以节省材料、减少投资。若所利用的人工接地体经实测接地电阻合乎要求时，一般就不必另行装设人工接地体（对发电厂与变电所除外），但是还应考虑其热稳定也要能满足要求。如果实测接地电阻及热稳定性不能符合要求，还应装设人工接地体，以弥补自然接地体的不足
无论是城乡工矿企业及工业与民用建筑，凡与大地有可靠而良好接触的设备或构件，大都可以用来作为自然接地体。它们主要有：与大地有可靠连接的建筑物的钢结构件；敷设与地下而数量不少于两根的电缆金属外皮；建筑物钢筋混凝土基础的钢筋部分；附设在地下的金属管道及热力管道等。
宜于用作为自然接地线的设施如下。
为了减少基建投资，降低工程造价并且加快施工进度，实际工程中可以充分利用下述设施作为接地线。
建筑物的金属结构（如梁和柱子等）；生产用的金属结构；配线的钢管；电缆的金属包皮；电压1000V以下的电气设备，可以利用各种金属管道作为自然接地线，但是，不得利用可燃液体、可燃或爆炸性气体的管道，金属自来水管道也不宜直接利用。
2.2接地装置的检查
接地装置的良好与否，直接关系到人身及设备的安全，甚至涉及到系统的正常与稳定运行。实际使用中，应对各类接地装置进行定期维护与检查，平时也应根据实际情况，进行临时性检查及维护。 接地装置维护检查的周期一般是：对于变配电所的接地网或工厂车间的接地装置，应每年测量一次接地电阻值，看是否符合要求，并对比上次测量值分析其变化。对于其他的接地装置，则要求每两年测量一次。根据接地装置的规模、在电气系统中的重要性几季节变化等因素，每年应对接地装置进行1~2次全面性维护检查。其具体内容如下。
接地线是否有折断、损伤或严重腐蚀；接地支线与接地干线的连接是否牢固；接地点土壤是否因受外力影响而有松动；重复接地线、接地体及其连接处是否完好无损；检查全部连接点的螺栓是否有松动，并应该注意加以紧固；挖开接地引下线周围的地面，检查地下0.5米左右地线受腐蚀的程度，若腐蚀严重时应即使更换；检查接地线的连接线等的接触是否完好；检查明设部分接地或接零母线上的涂漆是否脱落，若有脱落现象则应重涂，以使标志鲜明；检查接地体有否因受水冲击或其他原因而造成露出地面或离地表过近，若有此类现象，则应及时修复；做好接地装置的变更、检修、测量等项内容记录。
3.安全接地
3.1 电对于人体的影响和安全界限
触电的灾害是电流通过人体而引起的。从触电现象来看，人体所通过的电流越大、时间越长，则危险性越大。人体对电的反应是根据电流的大小作如下变化：
（1）察觉电流：人体能够感觉出受到刺激的电流值大越是1毫安左右，但根据不同人的情况，从0.2毫安开始就有刺痛的感觉。
（2）失控电流（脱开的界限电流）：当人体通过5~20毫安电流时，肌肉就产生收缩抽搐现象，使人体不能自离电线。
（3）心室微动电流：当人体通过数十毫安以上的电流时，使心脏动作的心肌就将停止其扩张和收缩的能力，甚至心肌微弱余振而致死。
3.2 接地事故和触电
由电源、线路和仪器负载而构成的闭合回路，其中有电流流过。而在闭合回路以外应该是绝缘的，不应该有电流通过。但是，往往电路或仪器内部，它们同大地之间的绝缘条件很差，有时很容易通过弧光放电或导电物质而与大地之间形成导通状态。在这种状态下，电流已经流出所规定的电路之外，使仪器壳体上直接带有危险电压。这时称通过大地的电流为接地电流，或者程从规定电路所泄漏出的电流为泄漏电流。
处于接地状态的仪器，往往都是在仪器壳体的某一部位上，出现故障电压。在这种状态下，人体一旦接触仪器的壳体就会触电。人体触电大体有两种形式，一种是直接接触带电线路，另一种是接触处于接地的仪器。
3.3接地系统和非接地系统
目前一般的低压配电线多是将变压器低压侧的中心点和大地相连，即形成接地回路。但另一方面，如对水池中的照明灯供电回路，还必须要求采取绝缘变压器（为形成不接地系统），因此，不同场合，有的要求形成接地式，而有的又要求形成非接地式。
从防止触电的观点来看，非接地式比接地式有利。当电路不接地时，人体虽然接触电路，也不会由一点接触而形成闭合回路，而使危险电流通过人体。
但如果采取接地式，因变压器的电路与大地相连，人体一旦接触接地点就会形成闭合回路，并根据人体的接触状态而导致危险电流通过人体。因此水池（或游泳池）可以说是人体接触最不利的状态，当然，从防止触电的观点，就必须强制长期非接地式回路；而且，从预防火灾的观点，采取非接地式或尽量不使漏电形成闭合回路应该说是上策。可见，非接地式对于防止火灾和触电都是有利的。但是，一般的低压配电线都采取接地形式，原因很明确，非接地式潜伏着更大的危险。
非接地式的弱点是，当因某种原因而引起某电路对地电位升高时，有时，不易对它采取有效的抑制措施，只能任凭其发展。引起电路对地电位升高的原因有各种各样的形式，如高低压电路之间碰线、雷击、开关冲击和静电等。总之，不管任何原因，只要在低压侧出现高压，配线和仪器就要受到破坏，甚至发生触电致伤的危险。以前的变压器，内部经常引起高低压混线现象，由此而引起火灾的更为严重。正是由于这种教训，从此才开始采用变压器低压侧中心点和大地相连的方式。
通过接地可以防止电路对地电位不致产生异常上升。但接地式也有其固有的弱点，如果需要采取多点接地式回路的情况下，尽管可以分别独立接地，但因相对大地是一个共有体，对大地大小不同的电位很容易引起相互之间的干扰。如两个接地式回路的接地极相邻不适当地被埋入地下，就很可能产生两种现象：一方面由于接地故障，可能使地表面电位升高，另一方面又可能波及其他完好的电路。
另外，当一个和大地无绝缘的负载（如电极式温泉稳升器）同一个接地式回路相连接时，通过负载的部分电流往往也要向大地进行分流，因电源和负载共用一个大地。
所以在接地式回路中，必须特别注意通过大地的相互干扰现象。当然，非接地式回路只要在电源之间插入一个绝缘变压器，在变压器的低压次级几乎就可以完全和其他系统断开。
可见接地系统和非接地系统各有优缺点，但因为非接地系统存在其他的缺点，所以一般不用于低压回路。
4.电气设备的接地范围
根据安全规程规定，下面电气设备的金属外壳应该接地（或者接零）。
（1）电动机、变压器、电器、照明器具、携带式及移动式用电器具等的底座和外壳，如手电转、电冰箱、电风扇、洗衣机等。
（2）交流、直流电力电缆的接线盒，终端头的金属外壳，电线、电缆的金属皮，控制电缆的金属外皮，穿线的钢管；电力设备的传动装置，互感器二次绕组的一个端子及铁心。
（3）配电屏与控制屏的框架，室内、外配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架，安装在配电线杆路上的开关设备、电容器等电力设备的金属外壳。
（4）在非沥青路面的居民区中，高压架空线路的金属杆塔、钢筋混凝土杆，中性点直接接地的低压电网的铁杆、钢筋混凝土杆，装有避雷器的电力线路杆塔。
（5）避雷针、避雷器、避雷线和角性间隙等。
综上所述，我们对于电力电气系统电路的接地方法有具体的了解。在实际过程中，应根据系统的具体要求进行接地。