接地、接零的概念

出处：按学科分类—政治、法律中国商业出版社《最新单位消防工作实务全书第三卷》第1222页（4027字）

(一)接地装置

将电气设备的任何部分，都与大地间作良好的电气联接，称为接地。埋入地中并且与大地直接相接触的金属体或金属体组，称为接地体或接地极。埋在地下的钢管、角钢或钢筋混凝土基础等都可做为接地极使用。联接电气设备与接地极之间的金属导线，称为接地线。接地线又有接地干线和支线之分。接地线和接地体的全称为接地装置。如图4－4－1所示。

图4－4－1 接地装置示意图

1－接地体；2－接地干线；3－接地支线；4－电气设备

(二)接触电压与跨步电压

为了清晰地建立接触电压与跨步电压的概念，我们假定接地体是一个与地面齐平的半径为r的半圆形球体，如图4－4－2所示。接地体周围的土壤也是十分均匀的，即土壤电阻率ρ为一恒定值。

图4－4－2 接地极的电位分布

当电气设备的带电部分，偶尔与金属构架或与大地间发生电气联接，形成接地短路时，接地电流I_d将通过接地体向周围大地呈半球形均匀地流散出去，这时，距球心x处，半圆球表面上的电流密度为：

x处的电场强度：

将上两式整理并积分，则得r→x间的电位差：

r→x等位面之间的电阻：

当x→∞时

式中的R_r－x就是半圆球接地体的接地电阻R_d。那末，任一x处的电阻与R_d的比值

就可用下式表示，即：

由上式计算可知，R_d有一半集中在接地体附近，即距球心为r及2r的两半球面之间。r至10r两半球面之间的电阻则占R_d的90%。其原因是接地体附近电流密度特别大，距接地体愈远电流密度愈小，电阻也愈小。试验证明，在距接地体2．5m处或距电源碰地点20m远的地方，球面已经很大，电阻已不存在，也不再有什么电压降，即该处的电位趋近于零，通常把电位趋近于零的这个地方，称为电气上的“地”或“大地”。

电气设备的接地部分，如接地外壳、接地线、接地体等与大地零电位点之间的电位差，称为接地部分的对地电压，用U_d表示，它在数值上等于接地电流与接地电阻的乘积，即：

U_d=I_d·R_d

一般电气设备的外壳都是通过接地线与接地体连接在一起的，使电气设备外壳保持和大地同为零电位，当电气设备内有一相绝缘破坏，则有接地电流入地。由于接地体附近存在着对地电位分布，电气设备外壳上也就存在着对地的最高电压U_d，如图4－4－3所示。

图4－4－3 对地电压、接触电压和跨步电压示意图

1．接触电压

如果人体同时触及具有不同电位的两处，则在人体内就有电流流过。这时，加在人体两点的电位差，即所谓的接触电压。例如，人站在某处触摸漏电的设备外壳，手的电位是U_d，而脚的电位为U₁，则加在人体的电压为：

Ui_c=U_d－U₁

U_ic就是接触电压数值。接触电压在愈靠近接地体处或碰地处愈小，反之愈大。在距接地体20m以外的地方，接触电压最大，可接近于电气设备的对地电压U_d。接触电压通常以水平方向0．8m，垂直方向1．8m计算。

为安全起见，在任何情况下都不允许超过允许接触安全电压。规定人体最小安全电流为50mA，最不利时人体电阻按1000Ω考虑，则U_ic≤0．05×1000=50V，我国规定安全电压为12V、36V、65V三级就是这个道理。

2．跨步电压

由前面分析已知，电流通过接地体向四周流散时，地面上就存在电位分布，其规律是靠近接地极附近，电位梯度较大，然后逐渐变小。

当消防队员走进带有这种不同电位分布的地面时，由于跨步过程中，两脚的位置不同(人的两脚间为0．8m)，电位也不一样，比如前脚为U₂，后脚电位为U₃，则加于人的两脚间的电压就是：

U_kb=U₂－U₃

这个电压叫跨步电压。跨步电压的大小，随着与接地体的距离的变化而变化。当人的一脚踏在接地体上时，跨步电压最大；反之，距接地体愈远愈小，若站在距离接地体20m以外时，跨步电压接近于零。降低跨步电压的措施通常是采用打接地均压网，使电位分布曲线的陡度变得平缓一些。

(三)流散电阻、接地电阻和冲击电阻

接地体的对地电压与通过接地体流入地中的接地电流之比，称为流散电阻。

接地体或自然接地体的对地电阻和接地线的电阻，总称为接地装置的接地电阻。因接地线的电阻很小，可以忽略不计，故可认为接地电阻在数值上等于流散电阻。通常所讲的接地电阻，是按工频接地电流求得的，因此，又称工频接地电阻。

雷电流是一个高达几万甚至几十万安的冲击波，通过接地体时具有强烈的冲击性，时间只有3～6μs，此时，接地装置的电流密度增大，致使土壤中的气隙，接地体与土壤间的气层等处发生火花放电现象等，使接地电阻发生很大变化。为了与工频接地电阻区别，将通过接地体流入地中的冲击电流求得的电阻称为冲击接地电阻，简称冲击电阻。

(四)低压配电系统的接地型式

在电力系统中，根据电源中性点接地的方式不同，可分为中性点直接接地系统和中性点不直接接地系统两类。中性点直接接地系统，多用在高压或超高压电力系统。将中性点接地的目的是降低电气设备的绝缘水平，抑制因系统故障接地而引起的过电压。中性点不接地系统，则多用在35kV以下的供电系统。在380／220V低压配电系统，除矿山和有特殊要求的地方外，如工业与民用建筑中，就多用中性点直接接地系统，它与高压和超高压系统中性点接地的目的完全不同，是为了防止用电设备因绝缘损坏，而使人们触电的危险。

按照国际电工委员会(IEC)的规定，低压配电系统常见的接地型式，实际有三种。即TT系统、IT系统和TN系统。

1．TT系统

电源中性点直接接地，用电设备正常不带电的外露可导电(金属)部分，通过保护线与电源直接接地点无直接关联的接地体作良好的金属性连接，如图4－4－4所示。