“地”一般是指大地。但在電氣上,卻具有更深一層的含義。由于大地內(nèi)含有自然界中的水份等導(dǎo)電物質(zhì)。因此它也是能導(dǎo)電的。當(dāng)一根帶電的導(dǎo)體與大地接觸時(shí),便會(huì)形成以接地點(diǎn)為球心的半球形“地點(diǎn)場(chǎng)”。此時(shí),接地電流便經(jīng)導(dǎo)體由接地點(diǎn)流入大地內(nèi),并向四周呈半球形流散。
由于地球非常大,與一般物體比較,可以認(rèn)為大了無(wú)限倍。因此,無(wú)論多少電荷也可以經(jīng)它流散,而不會(huì)使整個(gè)地球的電位升高。所以,電氣上便常以大地的電位作為參考零電位。
接地就是在一個(gè)系統(tǒng)的元件和另一個(gè)系統(tǒng)之間(或者與某一個(gè)參考點(diǎn)之間)建立一個(gè)電的傳導(dǎo)路徑。電氣及電子系統(tǒng)中的“地”通常有兩種含義:一種是“大地”,另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。通常我們將地作為系統(tǒng)的零電位點(diǎn)。理想的“地”必須是一個(gè)零電位、零阻抗的理想導(dǎo)體,其上各點(diǎn)之間不應(yīng)存在電位差,它可以在系統(tǒng)中作為所有電平的參考點(diǎn)。
接地的目的有兩個(gè):一是為了安全,稱為保護(hù)接地,二是為信號(hào)電壓或系統(tǒng)電壓提供一個(gè)穩(wěn)定的零電位的參考點(diǎn),稱為信號(hào)地或系統(tǒng)地。
1.電系統(tǒng)的大地
1.1電位基準(zhǔn)的大地
將大地作為電位基準(zhǔn)的理由,主要從兩個(gè)方面出發(fā):防止危及人體;防止對(duì)小信號(hào)的干擾感應(yīng)。
以大地作為電位的基準(zhǔn),并將電位取為零伏的設(shè)想,正如表示山的高度一樣,也是以海平面高度取為零米,用海拔若干米表示。
以大地作為電位基準(zhǔn)的設(shè)想同這種海拔的設(shè)想是相似的。在靜態(tài)的大地電位,不管采取任何方法都應(yīng)認(rèn)為是完全相同的零電位,而且是穩(wěn)定的??墒菍?shí)際電位和海面高度一樣,海面高度受月亮引力和風(fēng)力的影響產(chǎn)生變化,而大地的電位同樣受外界電場(chǎng)變化的影響,它也是根據(jù)不同的場(chǎng)所隨時(shí)間而變化。
當(dāng)大地兩點(diǎn)間存在電位差時(shí),如果大地的電導(dǎo)率大,那么電位差隨著電荷的分布在瞬間內(nèi)理應(yīng)進(jìn)入平滑狀態(tài),且電位達(dá)到一定。但實(shí)際大地的電導(dǎo)率很低,并伴隨有靜電電容,所以使這種電位達(dá)到零值總需要一段時(shí)間??梢?jiàn)在兩點(diǎn)間,當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間加有象電位差那樣的外部電場(chǎng)變化時(shí),實(shí)際電位差是不易消失的,而且相對(duì)等電位的大地,無(wú)疑要引起小的電位變化。有時(shí)向大地直接流入電流的現(xiàn)象,實(shí)際就是這種狀態(tài)的代表例子。
從防止危及人體的立場(chǎng)考慮,盡管認(rèn)為象零值那樣的微小電位變化相對(duì)電磁干擾而言,在很多情況下也會(huì)起舉足輕重的作用。因此當(dāng)接地儀器分別相連接時(shí),決不能認(rèn)為大地就是各儀器的共同電位基準(zhǔn)的。尤其是大功率設(shè)備。這種電位差相當(dāng)大。也就是說(shuō),僅限于一點(diǎn)接地時(shí),大地可視為是電位的基準(zhǔn),但如果是不同電位的兩點(diǎn)以上進(jìn)行接地時(shí),實(shí)際它已形成的干擾發(fā)生源。另外,當(dāng)在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi),兩個(gè)不同電位點(diǎn)分別進(jìn)行接地時(shí),在接地回路中會(huì)直接流過(guò)電流,而且這種電流將給外部帶來(lái)不利的影響。為防止這種現(xiàn)象,對(duì)大地可只采取一點(diǎn)接地,各個(gè)儀器的接地線都方便與這一點(diǎn)相連,這樣僅接地的一點(diǎn),即可作為系統(tǒng)的電位基準(zhǔn)。也就是說(shuō),通常所說(shuō)的接地,實(shí)際就是指一點(diǎn)接地,它是利用大地作為電位基準(zhǔn),所以無(wú)電流通過(guò)。
1.2電流通路的大地
大地的電導(dǎo)率和銅線的電導(dǎo)率相比非常之小,在人們的想象中不能用它作為電流導(dǎo)體。
在電流非常小的情況下,當(dāng)然對(duì)使用的影響不大,接地即使有些電阻,引起電壓降也很小。例如某些軍用攜帶式電話機(jī)就是采用單線代替往復(fù)雙線,電話線只架一根往線,而回線電流是通過(guò)大地導(dǎo)體返回。
1.3 電子儀器接地的目的
接地有多種含義。
電子儀器的外殼接地接的是大地,這是保護(hù)性接地,這一接地措施可以使儀器的外殼與大地等電位,從而避免了因儀器漏電造成的觸電危險(xiǎn)。
電子電路圖中的接地,對(duì)于電路而言是一個(gè)共同參考點(diǎn);對(duì)電路圖的繪制而言是一種簡(jiǎn)略畫(huà)法;對(duì)分析電路工作原理而言,可以方便識(shí)圖。
使用電子儀器時(shí),人們都希望將它的底座或外殼接地,目的是為了防止內(nèi)部高壓回路與外殼相接的危險(xiǎn),當(dāng)然也是為了滿足法規(guī),但更重要的是為了儀器工作穩(wěn)定可靠。
在電子儀器內(nèi)部,有一個(gè)作為電位基準(zhǔn)的導(dǎo)體,這個(gè)導(dǎo)體稱為接地面,儀器底座或外殼往往都通過(guò)它來(lái)接地。這個(gè)大面積導(dǎo)體相對(duì)大地的電位一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定,就會(huì)引起儀器工作不穩(wěn)定,而且這個(gè)電位如果是交流電位,即使它是一定的,當(dāng)相對(duì)大地存在某一電位時(shí),也仍然要引起干擾電壓
接地的目的主要是保持殼體的電位一定,而希望接地回路有電流通過(guò)。尤其是利用大地電流的情況,只能限于天線的特殊范圍內(nèi),因殼體的接地回路只要有電流通過(guò),就會(huì)產(chǎn)生電壓降,殼體的電位產(chǎn)生變化,實(shí)際就直接形成了電磁干擾源。另外,接地導(dǎo)線盡量避免使用裸線,因裸線接地易引進(jìn)外部的雜散電流,從而直接形成干擾源,所以接地導(dǎo)線都采用絕緣線,以保證電流不能隨意出入。
靠近中波無(wú)線電廣播臺(tái)的地方,一般電場(chǎng)強(qiáng)度都很高,如接地導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng),則反而起到天線作用而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),從而形成干擾源。因此,這種情況下的接地導(dǎo)線,應(yīng)將其裝入套管中,以減小外界干擾。
2.接地裝置的維護(hù)
接地裝置包括接地線和接地體,連接設(shè)備接地部位和接地體的導(dǎo)線,叫接地線。接地線分為接地干線和接地支線。
2.1 自然接地體與自然接地線
接地體是接地裝置的主要組成部分,其選擇與裝設(shè)是能否取得合格接地電阻的關(guān)鍵。接地體可分為兩類,即自然接地體和人工接地體。
在設(shè)計(jì)與選擇接地體時(shí),要首先充分利用自然接地體,以節(jié)省材料、減少投資。若所利用的人工接地體經(jīng)實(shí)測(cè)接地電阻合乎要求時(shí),一般就不必另行裝設(shè)人工接地體(對(duì)發(fā)電廠與變電所除外),但是還應(yīng)考慮其熱穩(wěn)定也要能滿足要求。如果實(shí)測(cè)接地電阻及熱穩(wěn)定性不能符合要求,還應(yīng)裝設(shè)人工接地體,以彌補(bǔ)自然接地體的不足
無(wú)論是城鄉(xiāng)工礦企業(yè)及工業(yè)與民用建筑,凡與大地有可靠而良好接觸的設(shè)備或構(gòu)件,大都可以用來(lái)作為自然接地體。它們主要有:與大地有可靠連接的建筑物的鋼結(jié)構(gòu)件;敷設(shè)與地下而數(shù)量不少于兩根的電纜金屬外皮;建筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)的鋼筋部分;附設(shè)在地下的金屬管道及熱力管道等。
宜于用作為自然接地線的設(shè)施如下。
為了減少基建投資,降低工程造價(jià)并且加快施工進(jìn)度,實(shí)際工程中可以充分利用下述設(shè)施作為接地線。
建筑物的金屬結(jié)構(gòu)(如梁和柱子等);生產(chǎn)用的金屬結(jié)構(gòu);配線的鋼管;電纜的金屬包皮;電壓1000v以下的電氣設(shè)備,可以利用各種金屬管道作為自然接地線,但是,不得利用可燃液體、可燃或爆炸性氣體的管道,金屬自來(lái)水管道也不宜直接利用。
2.2接地裝置的檢查
接地裝置的良好與否,直接關(guān)系到人身及設(shè)備的安全,甚至涉及到系統(tǒng)的正常與穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際使用中,應(yīng)對(duì)各類接地裝置進(jìn)行定期維護(hù)與檢查,平時(shí)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,進(jìn)行臨時(shí)性檢查及維護(hù)。 接地裝置維護(hù)檢查的周期一般是:對(duì)于變配電所的接地網(wǎng)或工廠車間的接地裝置,應(yīng)每年測(cè)量一次接地電阻值,看是否符合要求,并對(duì)比上次測(cè)量值分析其變化。對(duì)于其他的接地裝置,則要求每?jī)赡隃y(cè)量一次。根據(jù)接地裝置的規(guī)模、在電氣系統(tǒng)中的重要性幾季節(jié)變化等因素,每年應(yīng)對(duì)接地裝置進(jìn)行1~2次全面性維護(hù)檢查。其具體內(nèi)容如下。
接地線是否有折斷、損傷或嚴(yán)重腐蝕;接地支線與接地干線的連接是否牢固;接地點(diǎn)土壤是否因受外力影響而有松動(dòng);重復(fù)接地線、接地體及其連接處是否完好無(wú)損;檢查全部連接點(diǎn)的螺栓是否有松動(dòng),并應(yīng)該注意加以緊固;挖開(kāi)接地引下線周圍的地面,檢查地下0.5米左右地線受腐蝕的程度,若腐蝕嚴(yán)重時(shí)應(yīng)即使更換;檢查接地線的連接線等的接觸是否完好;檢查明設(shè)部分接地或接零母線上的涂漆是否脫落,若有脫落現(xiàn)象則應(yīng)重涂,以使標(biāo)志鮮明;檢查接地體有否因受水沖擊或其他原因而造成露出地面或離地表過(guò)近,若有此類現(xiàn)象,則應(yīng)及時(shí)修復(fù);做好接地裝置的變更、檢修、測(cè)量等項(xiàng)內(nèi)容記錄。
3.安全接地
3.1 電對(duì)于人體的影響和安全界限
觸電的災(zāi)害是電流通過(guò)人體而引起的。從觸電現(xiàn)象來(lái)看,人體所通過(guò)的電流越大、時(shí)間越長(zhǎng),則危險(xiǎn)性越大。人體對(duì)電的反應(yīng)是根據(jù)電流的大小作如下變化:
(1)察覺(jué)電流:人體能夠感覺(jué)出受到刺激的電流值大越是1毫安左右,但根據(jù)不同人的情況,從0.2毫安開(kāi)始就有刺痛的感覺(jué)。
(2)失控電流(脫開(kāi)的界限電流):當(dāng)人體通過(guò)5~20毫安電流時(shí),肌肉就產(chǎn)生收縮抽搐現(xiàn)象,使人體不能自離電線。
(3)心室微動(dòng)電流:當(dāng)人體通過(guò)數(shù)十毫安以上的電流時(shí),使心臟動(dòng)作的心肌就將停止其擴(kuò)張和收縮的能力,甚至心肌微弱余振而致死。
3.2 接地事故和觸電
由電源、線路和儀器負(fù)載而構(gòu)成的閉合回路,其中有電流流過(guò)。而在閉合回路以外應(yīng)該是絕緣的,不應(yīng)該有電流通過(guò)。但是,往往電路或儀器內(nèi)部,它們同大地之間的絕緣條件很差,有時(shí)很容易通過(guò)弧光放電或?qū)щ娢镔|(zhì)而與大地之間形成導(dǎo)通狀態(tài)。在這種狀態(tài)下,電流已經(jīng)流出所規(guī)定的電路之外,使儀器殼體上直接帶有危險(xiǎn)電壓。這時(shí)稱通過(guò)大地的電流為接地電流,或者程從規(guī)定電路所泄漏出的電流為泄漏電流。
處于接地狀態(tài)的儀器,往往都是在儀器殼體的某一部位上,出現(xiàn)故障電壓。在這種狀態(tài)下,人體一旦接觸儀器的殼體就會(huì)觸電。人體觸電大體有兩種形式,一種是直接接觸帶電線路,另一種是接觸處于接地的儀器。
3.3接地系統(tǒng)和非接地系統(tǒng)
目前一般的低壓配電線多是將變壓器低壓側(cè)的中心點(diǎn)和大地相連,即形成接地回路。但另一方面,如對(duì)水池中的照明燈供電回路,還必須要求采取絕緣變壓器(為形成不接地系統(tǒng)),因此,不同場(chǎng)合,有的要求形成接地式,而有的又要求形成非接地式。
從防止觸電的觀點(diǎn)來(lái)看,非接地式比接地式有利。當(dāng)電路不接地時(shí),人體雖然接觸電路,也不會(huì)由一點(diǎn)接觸而形成閉合回路,而使危險(xiǎn)電流通過(guò)人體。
但如果采取接地式,因變壓器的電路與大地相連,人體一旦接觸接地點(diǎn)就會(huì)形成閉合回路,并根據(jù)人體的接觸狀態(tài)而導(dǎo)致危險(xiǎn)電流通過(guò)人體。因此水池(或游泳池)可以說(shuō)是人體接觸最不利的狀態(tài),當(dāng)然,從防止觸電的觀點(diǎn),就必須強(qiáng)制長(zhǎng)期非接地式回路;而且,從預(yù)防火災(zāi)的觀點(diǎn),采取非接地式或盡量不使漏電形成閉合回路應(yīng)該說(shuō)是上策??梢?jiàn),非接地式對(duì)于防止火災(zāi)和觸電都是有利的。但是,一般的低壓配電線都采取接地形式,原因很明確,非接地式潛伏著更大的危險(xiǎn)。
非接地式的弱點(diǎn)是,當(dāng)因某種原因而引起某電路對(duì)地電位升高時(shí),有時(shí),不易對(duì)它采取有效的抑制措施,只能任憑其發(fā)展。引起電路對(duì)地電位升高的原因有各種各樣的形式,如高低壓電路之間碰線、雷擊、開(kāi)關(guān)沖擊和靜電等??傊还苋魏卧?,只要在低壓側(cè)出現(xiàn)高壓,配線和儀器就要受到破壞,甚至發(fā)生觸電致傷的危險(xiǎn)。以前的變壓器,內(nèi)部經(jīng)常引起高低壓混線現(xiàn)象,由此而引起火災(zāi)的更為嚴(yán)重。正是由于這種教訓(xùn),從此才開(kāi)始采用變壓器低壓側(cè)中心點(diǎn)和大地相連的方式。
通過(guò)接地可以防止電路對(duì)地電位不致產(chǎn)生異常上升。但接地式也有其固有的弱點(diǎn),如果需要采取多點(diǎn)接地式回路的情況下,盡管可以分別獨(dú)立接地,但因相對(duì)大地是一個(gè)共有體,對(duì)大地大小不同的電位很容易引起相互之間的干擾。如兩個(gè)接地式回路的接地極相鄰不適當(dāng)?shù)乇宦袢氲叵?,就很可能產(chǎn)生兩種現(xiàn)象:一方面由于接地故障,可能使地表面電位升高,另一方面又可能波及其他完好的電路。
另外,當(dāng)一個(gè)和大地?zé)o絕緣的負(fù)載(如電極式溫泉穩(wěn)升器)同一個(gè)接地式回路相連接時(shí),通過(guò)負(fù)載的部分電流往往也要向大地進(jìn)行分流,因電源和負(fù)載共用一個(gè)大地。
所以在接地式回路中,必須特別注意通過(guò)大地的相互干擾現(xiàn)象。當(dāng)然,非接地式回路只要在電源之間插入一個(gè)絕緣變壓器,在變壓器的低壓次級(jí)幾乎就可以完全和其他系統(tǒng)斷開(kāi)。
可見(jiàn)接地系統(tǒng)和非接地系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn),但因?yàn)榉墙拥叵到y(tǒng)存在其他的缺點(diǎn),所以一般不用于低壓回路。
4.電氣設(shè)備的接地范圍
根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定,下面電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)該接地(或者接零)。
(1)電動(dòng)機(jī)、變壓器、電器、照明器具、攜帶式及移動(dòng)式用電器具等的底座和外殼,如手電轉(zhuǎn)、電冰箱、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等。
(2)交流、直流電力電纜的接線盒,終端頭的金屬外殼,電線、電纜的金屬皮,控制電纜的金屬外皮,穿線的鋼管;電力設(shè)備的傳動(dòng)裝置,互感器二次繞組的一個(gè)端子及鐵心。
(3)配電屏與控制屏的框架,室內(nèi)、外配電裝置的金屬構(gòu)架和鋼筋混凝土構(gòu)架,安裝在配電線桿路上的開(kāi)關(guān)設(shè)備、電容器等電力設(shè)備的金屬外殼。
(4)在非瀝青路面的居民區(qū)中,高壓架空線路的金屬桿塔、鋼筋混凝土桿,中性點(diǎn)直接接地的低壓電網(wǎng)的鐵桿、鋼筋混凝土桿,裝有避雷器的電力線路桿塔。
(5)避雷針、避雷器、避雷線和角性間隙等。
綜上所述,我們對(duì)于電力電氣系統(tǒng)電路的接地方法有具體的了解。在實(shí)際過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體要求進(jìn)行接地。