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接地系统

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在供电系统中,接地系统决定了电极对地球表面的电势。对接地系统的选择直接影响安全和电源的电磁兼容性,不同国家的标准和管理规定可以相差很大。大部分的接地系统都会将其中一个电源电极与大地直接相接,如果一个电器设备发生故障,使得火线(未接地的电源电极)接触到设备裸露的导电表面,那么任何一个与大地在电气上相连的人(比如站在地球表面或触碰接地池)触碰该设备表面将形成一个回路,电流返回到那个已接地的电源电极,造成触电。

保护接地,在美国国家电气代号NEC中称为设备接地极(equipment grounding conductor),将裸露的导电表面保持在与地相同的电势,从而避免这种危害。为了避免可能产生压降的压降,正常情况下,该极是不允许有电流流过的,但故障电流通常可以熔断保险丝或触发空气开关动作,从而保护电路。不足以触发过流保护的高阻抗的“相-地”故障还是有可能触发剩余电流(零序电流,漏电电流)装置(如果有的话) -(北美称之为接地故障电路断路器,GFCI)

相反,功能性的接地目的不是为了防止触电,而且可能通常会有电流通过。使用功能性接地的设备包括浪涌电流抑制器,电磁干扰滤波器,某些天线和测量仪器,但功能性接地的最重要的例子还是供电系统的中性点,该带电流的电极被接地,为了防止地电流,通常(但不尽然)是单点接地。在NEC中称之为接地的电源极(GroundED supply conductor),以此来区分设备接地极(equipment grounding conductor)。

在大多数的发达国家,带接地触头的230V电源插座都是在二战前后开用应用的,虽然各国流行的变种差别很大。在美国和加拿大,60年代中期(1960s)以前安装的120V插座通常是不带接地插孔的。在发展中国家,就地的接线施工可能没有连接插座上的接地孔。在没有提供电源地的时候,需要接地的设备通常会使用电源的中性点,有些使用接地棒。很多110V用电器的插头是分极性的,以区分相线和中性线,但用电源中性线作为设备接地线是有很大隐患的,插座或插头上的相线和中性线可能意外地弄反了,或者中性线与地没有连接上或者没有很好地安装好。中性线中正常的负载电流都有可能产生危险的压降。由于这些原因,多数国家已经强制使用现在已经很普遍的专用保护接地连接。

历史沿革

电报发明后,最早的接地导体出现在1820年代。1923年在法国。通过制定电气安装的“标准”,制定了特定的接地标准。1973年,决定使用TN网络。

分类

国际标准IEC60364区分了三大类接地系统,使用两个字母代号表示TN,TT和IT。

接地线选型
接地线选型

第一个字母表示供电设备(发电机或变压器)与地的连接,第二个字母表示提供给用电设备的与地连接。

T: 将一点直接与地相接(terra)
I: 没有与地相接的点(isolation),或是通过一个高阻抗。
N: 在安装位置直接与接地的中性点相接。
接地连接器
接地连接器

第三、四个字母表示保护导体(PE)及中性导体(N)是否共用同一导体。

C: 保护导体及中性导体是混合的(Combine)
S: 保护导体及中性导体是分开的(Seperate)

TN系统

在TN接地系统中,发电机或变压器的其中一点与地相接,通常是三相系统中的星点。用电设备的外壳通过变压器的这个接地点与地相接。

TN-S系统中,由变压器到最终电路均设有独立的保护导体(PE)及中性导体(N)
TN-C系统中,保护导体及中性导体混合在一起(PEN)
TN-C-S系统中,由变压器到总电掣柜,保护导体及中性导体混合在一起(PEN),之后分开独立的PE及N
TN-S 系统 TN-C 系统 TN-C-S 系统

TT系统

TT 系统

在TT系统中,发电机/变压器与客户端各自接地,两者没有使用保护导体(PE)相连。

TT系统最大的好处是减少PE干扰客户端设备的问题。一些特别设备(如电讯系统)需要一个没有噪声的接地极(Clean Earth),与普通的接地极(Dirty Earth)分开。由于客户端拥有自己的接地极,因此没有中线断开所产生的安全问题。

IT系统

IT 系统

在IT系统中,发电机/变压器没有接地或以高阻抗接地,客户端则拥有自己的接地极。

相比TN及TT系统,IT系统出现相-地短路(line-to-ground fault)时仍可正常运作,但其余两个相的对地电压会由VLN变成VLL。由于故障电流很小,因此所有电路都需要使用漏电断路器(RCD)来保护。

印度,矿场必须在中线加入电阻接地,确保故障电流不大于750mA,防止巨大的故障电流点燃可燃气体,同理,也可以确保地底下的供电系统不会因小事故而中断。

接地棒的物理模型
接地棒的物理模型

接地导体的类型

  • 单接地
  • 组接地导体
  • 接地网
  • 接地板

土壤的抵抗力

温纳法土壤电阻率
温纳法土壤电阻率

地质材料的抵抗力取决于几个组成部分:金属矿石的存在,地质层的温度,考古或结构特征的存在,溶解的盐和污染物(孔隙度和渗透率)的存在。

接地电阻的测量是接地设备设计中的重要方面。 从其电阻取决于接地装置的电阻。 有两种测量土壤阻力的方法:斯伦贝谢方法和维纳斯方法。

参见

  • 马琳娜·约达诺娃,叶夫根尼·马列夫 - 建筑物的接地和避雷系统

接地 中性线

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