浅谈接地技术及其应用

浅谈接地技术及其应用

丁东民

摘要：不管是电气设备还是电子设备，不管是直流设备还是交流设备，不管是高压设备还是低压设备，不

管是发电设备还是用电设备都采用不同方式的接地措施来保障设备的正常运行或安全。本文简要介绍了接

地的概念、分类及各类接地技术的应用。

关键词：工作接地保护接地重复接地

1.接地的定义

接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的，将其某一部分与大地之间做良好的电气连接。

2.接地的类型

从电气设备接地的目的来看，接地的类型有以下几种：

2.1功能性接地（工作接地）

为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，例如电源中性点的直接接地或经消弧线

圈等的接地，防雷装置的接地等。各种工作接地有各自的功能。例如电源中性点直接接地，能在运行中维

持三相系统中相线对地电压不变；而电源中性点经消弧线圈接地，能在单相接地时消除接地点的断续电弧，防止系统出现过电压。防雷装置的接地，则是为了对地泄放雷电流。

2.2保护性接地

为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地，叫保护性接地。保护性接地的型式有两种：

1)设备的外漏可导电部分经各自的接地线（PE线）直接接地，如在TT和IT系统中。

2)设备的外漏可导电部分经公共的PE线（在TN-S系统中）或经PEN线（在TN-C系统中）接地，这种接地型式我国习惯成为“保护接零”。值得注意的是，同一低压系统中，不能有的采取保护接地，有

的又采取保护接零，否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外漏可导电部

分将带上危险的电压。

2.3重复接地

在采用保护接零的系统中，将零线的一处或多处通过接地装置与大地做再次连接，成为重复接地。3.接地的应用

3.1功能性接地的应用

功能性接地（工作接地）的作用有：①降低人体的接触电压；②迅速切断发生故障的设备；③降低电

气设备和输电线路的绝缘水平。

3.1.1降低人体的接触电压

在中性点不接地的电力系统中，当一相接地而人体又触及到另一相时，作用在人体上的接触电压将超

过相电压并为相电压的√3倍，如图3-1所示。

如果将电力系统的中性点接地。因为中性点的接地电阻很小或接近于零，与地间的电位差亦接近于零。当一相接地而人体触及另一相时，作用与人体上的接触电压将不再是相电压的√3倍，而是接近或等于相电压。如图3-2所示。

k‘

图3-1中性点不接地系统中，一相接地而人接触另一相时的情形图3-2中性点接地系统中，当一相接地而人接触另一相时的情形

如果中性点没有进行工作接地，一旦发生一相接地故障时，则中性线对地电压变为接近相电压的数值，此时，所有接零设备的对地电压也接近于相电压，触电危险性非常大。同时其他不接地两相的对地电压也

可能上升为线电压，使单相触电的危险程度进一步加大。

采用工作接地后，如果发生单相导线接地故障时，则接零设备对地电压为零线对地电压

U = ≈ ?（3-1）式中 ——零线对地电压；

——零线对地电压；

——中性接地电阻；

?——相电压；

——接地故障点的接地电阻。

根据公式（3-1），只要使中性点的接地电阻R0不超过规定值（R0≤4Ω），就可以把零线对地电压U0限

制在某一安全范围之内。

3.1.2迅速切断故障设备

在中性点绝缘的电力系统中，当一相接地时，因为接地短路电流很小，保护设备不能迅速切断电源，

因此，接地故障将长时间持续下去，这对人体极不安全。

在中性点接地的电力系统中情况就不同了。当一相接地时，接地电流为一很大的单相短路电流，保护

设备能准确而迅速的动作，切断电源，从而避免人体触电事故的发生。

3.1.3降低电气设备和输电线路的绝缘水平

如前所述，当发生单相碰壳或接地时，其他两相的对地电压，在中性点绝缘的系统中将升高为相电压

的√3倍，而在中性点接地的系统中将接近于相电压。因此，在进行电气设备和输电线路设计时，在中性点

接地系统中，只需要按照相电压而不必按相电压的√3倍的绝缘水平来考虑，从而降低了电气设备制造成本和输电线路的建设费用。

电力系统中，电力变压器绕组中的中性点接地、避雷器组的引出线端接地等均属于工作接地。

3.2保护性接地的应用

保护性接地是一种重要的安全技术措施，无论在高压或低压系统、交流或直流系统以及在防止静电方面，都得到了广泛的应用。

3.2.1保护接地

在电力系统中，保护接地主要应用于三相三线制电网。在三相三线制中性点不接地的系统中，若电气设备因绝缘损坏而使金属外壳带电时，人体触及该设备外壳，电流就会通过人体与大地和电网之间的阻抗（对地电容和绝缘电阻并联阻抗）构成回路，造成人触电的危险。

保护接地，就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地体之间做良好的金属连接，以保护人身安全的一种接地方式。

如图3-3所示，当电气设备某处的绝缘损坏时，外壳就带上了电，同时由于线路与大地间存在电容，或者线路上某处绝缘不好，如果人体触及绝缘损坏的电气设备外壳，就有电流经人体形成通路，发生触电

图3-3

人体触及绝缘损坏的

电机外壳时的电流路径图3-4设备接地后，绝缘损坏的电机外壳带电后发生触电时的电流路径

I

r

图3-4所示为带接地装置的电气设备。当设备绝缘损坏使外壳带电时，接地短路电流将同时沿着接地

体和人体两条通路流过。因人身电阻与接地体为并联关系，流过每一条通路的电流将于电阻的大小成反比，即

= (3-2)式中 ′ ——流过接地体的电流；

——流经人体的电流；

——中性接地电阻；

——人体的电阻；

——接地体的接地电阻。

从式（3-2）中可知，接地体的接地电阻愈小，流经人体的电流救愈小。通常人体的电阻比接地体电阻要大数百倍，因此，流经人体的电流几乎等于零，也就是 ? ′ ,人体就能避免触电危险。

3.2.2保护接零

保护接零常应用于中性点直接接地的380V/220V三相四线电网中。在三相四线系统中，之所以采用

保护接零的方式，是因为电压在1kV以下重点接地良好的系统中，无论电气设备是否采用保护接地，都不

能防止人体遭受触电的危险，其原因如下：

1)当电气设备外壳与地和零线间无导线连接时，如图3-5所示，当电气设备发生碰壳事件时，事故是

不能自动消除的，设备外壳上将长期存在着电压。当人体触及此设备外壳时，就会有电流流过人体，其值

为

= ? (3-3)式中 ?——相电压；

——人体、鞋子及地板的总电阻；

——系统中工作接地电阻。

接地装置的接地电阻R O通常远比人体电阻R r小很多，可忽略不计。若R r为1000Ω，当相电压为

220V时，流经人体的电流为I r为0.22A。超出了人体所能承受的安全电流值。因此，在中性点直接接地的

系统中，不装设保护装置是绝对不允许的。

2)当电气设备采用接地保护时，如图3-6所示，当电气设备发生接地短路时，其短路电流为

= ? (3-4) 在电压为1KV以下的中性点直接接地系统中，一般都认为变压器低压侧中性点的接地电阻为4Ω。当电压为380V/220V系统中发生接地短路时，其短路电流为

= =27.5

为了保证保护设备的可靠动作，接地短路电流应不小于自动开关整定电流的1.25倍或熔断器额定电

流的3倍。因此，式3-4中的短路电流值只能保证断开整定电流不超过27.5/1.25，即22.0A的自动开关，或熔断额定电流不超过27.5/3，即9.2的熔断器。如果电气设备容量稍大，保护设备的额定电流整定值大

于上述数值时，保护设备就可能不会动作。此时，在设备外壳上将长时间地存在对地电压，其大小由式

（3-4）可得

= = ?，V

当 ? 或R o稍大于R d时，U d值对于人体都是不安全的。若使U d值达到安全值，如为65V,则R o 与R d的比值必须是 = ? ，但此时其他两相的对地电压将会大大地升高。在电压为380/220V的系统中，其他两相的对地电压将升高到U = () +220 ×(220?65)×220cos120°=327 这种情况依旧是不安全的。而此时，变压器低压侧中性点的对地电压将为220-65=155V，若有人触及与此中性点

相连接的导线时，仍将发生触电危险。

能否采用降低接地电阻R o与R d的数值，以增大接地短路电流，从而保证保护设备及时动作呢？现以200A熔断器所保护的电气设备为例来说明这个方法是否可行。

当设备发生接地短路时，为了保证熔断器可靠地熔断，接地短路电流应不小于200×3=600A.

若安全电压为65V,则电气设备接地装置的接地电阻不应大于 = =0.11 ，系统中性点的接地电阻则不应大于 = =0.26 。

在一般情况下，要达到如此低的接地电阻，花费的投资是很多的，而在土壤电阻率较大的地区，几乎

是不可能的。

因此，为了保证保护设备可靠动作而使人避免遭受触电危险，在中性点直接接地1KV以下的系统中，必须采用接零保护。

如图3-7所示，电气设备的外壳直接接到供电系统的零线上，当发生碰壳短路时，短路电流经零线而成闭合回路。因此电气设备外壳进行接零的目的，是将碰壳变成单相短路，是保护设备能可靠迅速地动作来断开故障设备。

图3-5设备不接地发生碰壳触电事故后的电流路径图3-6低压系统中性点接地系统的保护地（不安全）

R

图3-7保护接零线路（安全）

3.3重复接地的应用

重复接地能降低漏电设备的对地电压，减轻零线断线以及相线、零线接错时的危险，对缩短故障的时间等方面也有显著的作用。他的具体应用如下：

3.3.1降低漏电设备金属外壳的对地电压

用电设备因绝缘损坏而漏电时，在线路保护装置尚未切断的情况下，经故障设备外壳通过零线的短路电流会在零线阻抗上产生电压降，是设备的对地电压升高，零线阻抗愈大，设备对地电压就愈高。这个电压通常要比安全电压（50V）大很多，会威胁人身安全。当采用重复接地后，短路电流流经两个回路，即一部分通过零线构成回路，另一部分经重复接地，大地和工作接地构成回路。这样可以减少设备的对地电压，从而减轻触电的危险。

R O

k‘

图3-8无重复接地的保护接零图3-9有重复接地的保护接零

图3-8所示为没有装设重复接地的保护接零系统。当设备漏电发生碰壳短路时，从事故发生起，到保护装置动作切断电源完成的短时间内，设备外壳是带电的，其对地电压即短路电流在零线上的电压降为

= = = ? (3-5)式中 ——单相短路电流，A；

——零线的阻抗，Ω；

——相线的阻抗，Ω；

?——电网电压，V；

——零线电压降，V。

由式（3-5）可知，零线阻抗 越大，设备的对地电压U d就越高。在380/220V系统中，这个电压通常对人是有危险的。

图3-9所示为带有重复接地的保护接零系统，漏电设备的对地电压即接地短路电流 在接地电阻R c上所产生的电压降为

= = (3-6)由式3-6可知，采取重复接地以后，设备的对地电压U d只是零线电压降U1的一部分，则触电的危险性相应减小。

3.3.2减轻零线发生断线故障时的触电危险

采用接零保护的用电设备在零线发生断线故障后，断线故障点之后所有采用接零保护的用电设备就会失去接零保护的作用。此时，一旦某一设备发生碰壳漏电故障就会使所有接零设备的金属外壳带上电，金属外壳的对地电压接近于相电压，严重威胁到人身安全。

零线采用重复接地后，则零线断线故障点之后的所有用电设备，仍具有相当于保护接地的安全措施。

①减轻零线断线的危险。保护领先在很多情况下是有可能断开的。图3-10所示为没有重复接地的接零系统的零线断线的情形。当零线断开，又有一相碰壳时，故障电流通过触及设备的人体和工作接地构成回路。因人体电阻比工作接地电阻R o大得多，并且为串联关系，所以在断开点以后人体几乎承受全部电压，从而严重威胁人身安全。

如图3-11所示，在零线上采取重复接地措施后，情况就不同了。此时人体与重复接地成并联关系，故障电流中的绝大部分通过R c和R o形成回路；在断线点的后面部分，设备的对地电压 = ；在断线点的前面部分，设备的对地电压 = 。因U cd和U o都小于相电压，所以一般都可减轻事故。

图3-10无重复接地

图3-11有重复接地

R O

②减轻零线断线时，因三相负荷不平衡所造成的中性点严重位移而使负荷中性点出现的对地电压。如图3-12所示为没有重复接地的系统中，在其他两相不用电，仅一相保持通电的特殊情况下，如果零线断裂，故障电流I k 将通过该相负荷、人体、工作接地构成回路，三者为串联关系，因人体电阻较大，所以大部分电压作用在人体上，造成触电危险。

如果零线上或设备上装有重复接地，如图3-13所示，则设备对地电压即为重复接地电阻上的电压降。一般情况下，重复接地电阻R c 的值都不太大，其上的电压降只有相电压的一部分，从而减轻或消除了触电的危险。

例如，假定该相负荷为1Kw ，则其电阻 =48.4Ω，再假定 =4Ω, =10Ω，可求得设备对地电压

= = ? =220

×10≈35

这个电压值对人体来说是没有太大危险的。

图3-12无重复接地图3-13有重复接地

R O

浅谈接地技术及其应用

3.3.3

减轻零线、相线接错时的触电危险

无重复接地的保护接令系统中，单相线路在很多情况下均采用双髻开关，相线、零线同时进出开关，在维修和延伸线路时，很容易将零线和相线接错，以致在设备外壳上出现危险的电压，如图3-14所示，此时外壳的对地电压等于相电压。

在有重复接地的保护接零系统中，如图3-15所示，当零线、相线接错时，因重复接地而形成单相对地短路，强大的短路电流会促使熔丝熔断或自动开关断开而切断电源，或使接触电压从原先的相电压降低

为 = ?

，从而消除或减轻触电的危险性。

图3-14零线接错的危险性

图3-15重复接地的保护作用

R O

3.3.4缩短短路持续的时间

重复接地电阻和工作接地电阻串联以后，构成零线和并联分支，在发生短路时，能增加短路电流，并且线路越长，短路电流越大，从而加速了线路中保护装置的动作，缩短了事故持续的时间，减轻了触电的危险性。3.3.5

改善防雷性能

对架空线路的零线进行重复接地，对雷电有分流作用，有利于限制雷电过电压。电缆或架空线路引入车间或建筑物的地方，配电线路的最远端每千米处、高、低压线路同杆架设时，共同架设的两端均应进行重复接地。

i

参考文献：

⑴，翁双安. 供电工程. 北京：机械工业出版社. 2004.

⑵，[美] Ronaid P.O'Riley 著 沙斐 吕飞燕 谭海峰 等译. 电气工程接地技术. 北京：电子工业出版社. 2004.⑶，山西大同供电分公司. 电击防护使用问答. 北京：中国电力出版社. 2006.