接地装置的安全运行和监测
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1243页（6216字）
(一)接地故障火灾
接地装置是由接地体和接地线两部分组成的，其基本作用是给接地故障电流提供一条经大地通向变压器中性接地点的回路。对雷电流和静电电流唯一的作用是构成与大地间的通路。无论哪种电流，当其流过不良的接地装置时，均会引起火灾。比如，1．当绝缘损坏时，相线与接地线或接地金属物之间的漏电，会形成火花放电。2．在接地回路中，因接地线接头太松或腐蚀等，使电阻增加形成局部过热。3．在高阻值回路流通的故障电流，会沿邻近阻抗小的接地金属结构流散。若是向煤气管道弧光放电，则会将煤气管击穿，使煤气泄漏而着火。4．在低阻值回路，若接地线截面过小，还会影响其热稳定性，使接地线产生过热现象。
(二)对接地装置的安全要求
1．可靠性联接
为保证导电的连续性，接地装置必须联接可靠。一般均采用焊接，其搭接长度，扁钢为其宽度的2倍，圆钢为其直径的6倍。当不宜于焊接时，可以用螺栓和卡箍联接，在有振动的地方还应采取防松措施，确保电气接触良好，在管道上的表计和阀门法兰处，可以使用塑料绝缘垫，以提高密封性，但会使电气道路隔断。为此在法兰联接处，也必须敷设跨接线。在建筑物中，伸缩缝处同样也要敷设跨接线。
2．机械强度
接地线和零线宜采用钢质材料，若有困难时可采用铜、铝，但埋在地下时不能用裸铝线，因易腐蚀。移动设备的接地线和零线应采用0．75～1．5mm2以上的多股铜线，电缆线路的零线可用专用芯线或铅、铝皮。接地线的最小截面应符合有关规定。
3．防腐与防损伤
对于敷设在地下或地上的钢制接地装置，最好用镀锌元件，对于焊接部位必须做防腐处理，如涂刷沥青油或防腐漆等，在土壤的腐蚀性比较强烈时，应加大接地装置的截面，特别在使用化学方法处理土壤时，要注意提高接地体的耐腐蚀性。
在施工设计中，接地线和零线要尽量安在人不易接触且又容易检查的地方。在穿越铁路、墙或跨过伸缩缝时可用角钢、钢管加以保护，或使用其弯成弧状，以防机械损伤和热胀冷缩造成机械应力，将其破坏。
明敷的接地线应涂成黑色，即作为接地线的标志，又可防腐。
4．足够的载流量和热稳定性
对于小接地短路电流系统中，与设备和接地极联接的钢、铜、铝接地线，在流过单相短路电流时，由于作用的时间较长，会使接地线温度升高，所以规定接地线敷设在地上部分不超过150℃，敷设在地下的不超过100℃，其校验公式为：
式中：tt——接地线的规定允许温度(150℃或100℃)；
t0——周围介质温度(℃)；
te——导体的额定温度70℃；
Ie——按额定温度70℃考虑时，查出的接地线额定电流(A)；
It——温度按150℃(或100℃)考虑时，该接地线的接地电流允许值(A)。
对中性点不接地的低压电气设备，接地干线的截面按供电网中容量最大线路的相线允许载流量的
确定；单独用电设备接地支线的截面不应低于分支供电相线的
。实际上接地线的截面一般都不大于下列数值，钢－100mm2、铝－35mm2、铜－25mm2。这时无论从机械强度还是热稳定角度，都能满足要求。
对大接地短路电流系统的接地线的截面应按下式进行热稳定校验：
式中：Sjd——接地线的最小截面(mm2)；
Iid——流过接地线的单相接地短路电流(A)；
td——短路的等效持续时间(s)；
C——接地线材料的热稳定系数(铝55、铜270、钢90)。
5．安全距离及其他连接法
接地体与建筑的距离不宜小于1．5m，接地线与独立避雷针的接地线之地中距离不应小于3m。独立避雷针及其接地装置与道路或建筑物的出入口等的距离应大于3m。
接地干线至少应在不同的两点与接地网相连接。自然接地体至少应在不同的两点与接地干线相连接。
有时防雷接地与电气设备接地装置要连接在一起，这时每个接地部分应以单独的接地线与接地干线相连，不得在一个接地线中串接几个需要接地部分。
(三)降低接地电阻的措施
1．换土
将接地体0．5m内的土壤换成电阻率较低的土壤，如黑土或粘土。此法比较永久。不得已时可用氯化钠、硫酸镁、硫酸铜等化学药剂加入土壤中，并注入一定水分以加速其化学效应。此法不永久，易流失。
2．深埋接地体法
当地下深处的土壤或水电阻率较低时，可将接地极深埋在地下，以降低接地电阻，如果有条件还可采用深井式接地法。
3．外引式接地装置法
如果要接地的附近有导电良好的、且不冻的河流湖泊时，可将接地装置设在其中。联接干线不得少于二根，接地体长度不得超过100m。
4．长效降阻剂法
长效降阻剂是一种比较新的方法，它由几种物质配制而成，具有良好导电性能的强电解质和水分组成。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好的导电作用。下面介绍一种长效降阻剂配方：a剂，氯化钾1．5kg，氯化镁1．5kg；b剂，水硫酸氢钠0．4kg；c剂，尿醛树脂4kg；d剂，尿素0．8kg、聚乙烯醇0．5kg；水2．7kg。将以上四剂混合搅拌好，倒入接地体周围，待降阻剂硬化后换土打实。
(四)接地电阻的测量
竣工验收和防火检查中都要测量接地电阻，测量接地电阻的方法很多，比如利用电流——电压表法，接地电阻测定器等。其基本原理是测出被测接地体至“地”电位间的电压和流过被测接地体的电流，然后求出接地电阻值。
下面讨论接地电阻测定器，MC－07、MC－08，测量接地电阻的方法和注意事项。接地电阻测定器本身能产生交变接地电流，不需外加电源，使用简单，携带方便，抗干扰力强，应用广泛。
图4－4－16是用接地电阻测定器测量接地电阻的接线原理图。
图4－4－16 接地电阻测定器测量接地电阻原理图
测量时，接地电阻测定器的E、P、C三个接线端钮分别接于被测接地体、电压极和电流极。将测定器置于水平状态，以大约每分钟120转的速度转动手柄，即可产生交变电流Id，沿被测接地体流向电流极。待稳定后，就可直接从表读出被测接地电阻值。
测量时只要电压极和电流极与被测接地体之间的距离保持足够大小，就能使被测接地体Rd和电流极的对地电压曲线互不影响，并能使电压极位于被测接地体和电流接地体的对地电压曲线趋近于零的范围之外。为减少测量误差Sg和SL宜取80m；对网络接地体，Sg、SL宜取网络对角线长度的4～5倍(有困难时可减为2～3倍)；对垂直单管接地体，SL取40m，Sg取20m。电流极与电压极之间距离可取20m；若电流极由多管组成，宜取40m。
测量时，宜取Sg为SL的50%～60%，并按SL的5%移动电压极两次，将三次测得的结果取平均值即可。
测量时，应避免测量电压反馈到与被测接地体相连的其它导体上，影响测量工作的安全，被测接地体同电网应该分开；为保证测量的正确性，被测接地体同其他接地体都应该分开；电压极(接地棒)也不宜与地下管道和电缆靠的太近，其目的是防止因电缆或管道的均电压作用，而使接地棒所在的地电位不为零，影响测量结果。
电流——电压表法，测量接地电阻不受测量范围的限制。缺点是要有独立的交变电源。故在没有交变电源的地方，还是用接地电阻测定器较为方便。
(五)漏电保护器及其防火功能
进入80年代以来，漏电保护器在1000V以下的低压配电系统，获得了广泛应用，主要作用是防止由漏电引起的触电和火灾事故。
漏电保护器按其工作原理有电压型和电流型两种。
1．电压型漏电保护器
当电气设备发生漏电时，漏电流在设备正常时不带电的金属部分，就会形成对地电压。电压型漏电保护器就是通过检测机构从取得设备外壳对地电压为基础的，其工作原理如图4－4－17所示。检测继电器是一个电压继电器YJ，它的一端接电机外壳，另一端接地，常闭触点YJ接在执行继电器QC的控制回路中。当电机发生碰壳短路或直接接地使电机外壳带电时就出现对地电压，此时就有电流流过继电器，当对地电压达到给定的危险值时，继电器YJ就动作使常闭触点打开，QC断电，QC的主触头就将故障电机从线路中切除达到排除火灾和触电事故的目的。
图4－4－17 电压型漏电保护器
这种电压型的漏电保护开关，适用于对设备的漏电保护，可用于中性点接地系统，也可用于不接地系统。使用时必须装设单独专用的接地线，绝对不能和用电设备原有的接地混在一起使用。由于YJ电压继电器线圈阻抗很高，这时会使电压线圈两端没有电位差，漏电开关也就失效，并且对专用接地体的接地电阻也有较高要求，对移动的设备，要达到符合规定的接地线是很难办到的。为了扩大保护范围，往往将漏电保护开关，接到变压器的低压出口处，这样在漏电保护开关动作时，又扩大了停电范围，是每一个用户所不希望的。为此国际上多采用电流型。
2．电流型漏电保护器
电流型漏电保护器主要由零序电流互感器、脱扣机构及主开关组成，当信号较小时，中间还可增加放大环节。零序电流互感器是一个检测元件，可以安装在变压器中性点与接地体之间，构成全网总保护方式；也可安装在干线或分支线上，构成干线或分支线保护。
图4－4－18是干线保护式。其工作原理是，当电路没有发生漏电故障时，由电工原理知，正常情况下，各相电流的矢量和恒等于零，即：
图4－4－18 电流型漏电保护器工作原理
此时，各项工作电流在零序电流互感器环形铁心中所感应的磁通的矢量和也等于零，即：
所以，零序电流互感器的二次线圈没有感应电压输出。当被保护的电路出现漏电或有人触电时，三相电流的矢量和将不等于零，即：
零序电流互感器环形铁芯中所感应的磁通矢量和就为：
于是，零序电流互感器的二次线圈就有感应电压输出，此电压经放大器放大，加在脱扣器动作线圈上，便产生一个激磁电流I2，当漏电流达到火灾或触电要求的规定值时，I2也相应增加，并推动脱扣器动作，将主开关断开，切除故障电路。从零序电流互感器检测到主电路断开，整个全过程对快速型只有0．1s左右，对定时限不超过0．1～2s，故可有效地起到触电和火灾的保护作用，这种漏电保护开关装置灵活，不致影响大范围停电。
漏电保护器有防触电和防火两种功能，它检测到的是漏电流，而不是不平衡电流。以安全电流为动作值的漏电保护器称触电保护器；以防火安全电流为动作值的则为防火保护器；当有报警功能时，又叫电气火灾报警器。对防火安全电流，日本规范推荐值为100～400mA。
漏电流是客观存在的，且有一定规律。经测试保护接零系统比保护接地系统大；电气设备的温升越高，容量越大，漏电流也越大；绝缘击穿部位不同，漏电流大小也不一样。基本情况是，电气设备正常运行时，供电干线始端和末端的漏电流均大于人身安全电流和防火安全电流。这就是说，漏电保护器的实际动作值都应大于上述值，否则将会出现频繁跳闸，使设备无法工作。即使这样，其防触电和防火效果仍很显着。因为，漏电流呈现分散性，并不全部流过人体，产生的火花能量也不一定达到点燃能量。但漏电流如果持续时间过长，对触电和火灾仍是危险的。同时，正常情况下，漏电引起火灾的可能性依然存在。因此，选择优良的漏电保护器，进行合理安装是十分必要的，进一步设计制造技术先进的电气火灾报警器，更是消防科技工作者努力的方向。