“地”和“接地”的概念

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1．地

　（1）電氣地　大地是一個電阻非常低、電容量非常大的物體，擁有吸收無限電荷的能力，而且在吸收大量電荷后仍能保持電位不變，因此適合作為電氣系統中的參考電位體。這種“地”是“電氣地”，并不等干“地理地”，但卻包含在“地理地”之中。“電氣地”的范圍隨著大地結構的組成和大地與帶電體接觸的情況而定。




　（2）地電位　與大地緊密接觸并形成電氣接觸的一個或一組導電體稱為接地極，通常采用圓鋼或角鋼，也可采用銅棒或銅板。圖 1示出圓鋼接地極。當流入地中的電流I通過接地極向大地作半球形散開時，由于這半球形的球面，在距接地極越近的地方越小，越遠的地方越大，所以在距接地極越近的地方電阻越大，而在距接地極越遠的地方電阻越小。試驗證明：在距單根接地極或碰地處 20m 以外的地方，呈半球形的球面已經很大，實際已沒有什么電阻存在，不再有什么電壓降。換句話說，該處的電位已近于零。這電位等于零的“電氣地”稱為”地電位”。若接地極不是單根而為多根組成時，屏蔽系數增大，上述 20m 的距離可能會增大。圖 1中的流散區是指電流通過接地極向大地流散時產生明顯電位梯度的土壤范圍。地電位是指流散區以外的土壤區域。在接地極分布很密的地方，很難存在電位等于零的電氣地。

　 （3）邏輯地　電子設備中各級電路電流的傳輸、信息轉換要求有一個參考的電位，這個電位還可防止外界電磁場信號的侵入，常稱這個電位為“邏輯地”。這個“地”不一定是“地理地”，可能是電子設備的金屬機殼、底座、印刷電路板上的地線或建筑物內的總接地端子、接地干線等；邏輯地可與大地接觸，也可不接觸，而“電氣地”必須與大地接觸。

2．接地

　　將電力系統或電氣裝置的某一部分經接地線連接到接地極稱為“接地”。“電氣裝置”是一定空間中若干相互連接的電氣設備的組合。“電氣設備”是發電、變電、輸電、配電或用電的任何設備，例如電機、變壓器、電器、測量儀表、保護裝置、布線材料等。電力系統中接地的一點一般是中性點，也可能是相線上某一點。電氣裝置的接地部分則為外露導電部分。“外露導電部分”為電氣裝置中能被觸及的導電部分，它在正常時不帶電，但在故障情況下可能帶電，一般指金屬外殼。有時為了安全保護的需要，將裝置外導電部分與接地線相連進行接地。“裝置外導電部分”也可稱為外部導電部分，不屬于電氣裝置，一般是水、暖、煤氣、空調的金屬管道以及建筑物的金屬結構。外部導電部分可能引入電位，一般是地電位。接地線是連接到接地極的導線。接地裝置是接地極與接地線的總稱。

　　超過額定電流的任何電流稱為過電流。在正常情況下的不同電位點間，由于阻抗可忽略不計的故障產生的過電流稱為短路電流，例如相線和中性線間產生金屬性短路所產生的電流稱為單相短路電流。由絕緣損壞而產生的電流稱為故障電流，流入大地的故障電流稱為接地故障電流。當電氣設備的外殼接地，且其絕緣損壞，相線與金屬外殼接觸時稱為“碰殼”，所產生的電流稱為“碰殼電流”。

3．接觸電壓



　　在圖2 中，當電氣裝置M絕緣損壞碰殼短路時，流經接地極的短路電流為 Id 。如接地極的接地電阻力 Rd ，則在接地極處產生的對地電壓 Ud = Id·Rd ，通常稱 Ud為故障電壓，相應的電位分布曲線為圖 2 中的曲線 C 。一般情況下，接地線的阻抗可不計，則M上所呈現的電位即為 Ud 。當人在流散區內時，由曲線 C 可知人所處的地電位為 Uφ 。此時如人接觸M，由接觸所產生的故障電壓 Ut = Ud -Uφ 。人站立在地上，而一只腳的鞋、襪和地面電阻為 Rp，當人接觸M時．兩只腳為并聯，其綜合電阻為 Rp／2 。在 Ut的作用下，Rp／2 與人體電阻RB串聯，則流經人體的電流 IB = Uf／（RB+Rp／2），人體所承受的電壓 Ut = IB·RB = Uf ·RB／（RB+Rp／2）。這種當電氣裝置絕緣損壞時，觸及電氣裝置的手和觸及地面的雙腳之間所出現的接觸電壓Ut與M和接地極間的距離有關。由圖 2 可見，當 M 越靠近接地極，Uφ 越大，則 Uf 越小，相應地 Ut 也越小。當人在流散區范圍以外，則 Uφ = 0，此時 Uf = Ud，Ut = Ud·RB／（RB+Rp ／2），Ut為最大值。由于在流散區內人所站立的位置與 Uφ 有關，通常以站立在離電氣裝置水平方向 0.8m 和手接觸電氣裝置垂直方向 1.8m 的條件計算接觸電壓。如電氣裝置在流散區以外，計算接觸電壓 Ut 時就不必考慮上述水平和垂直距離。

4．跨步電壓

　　人行走在流散區內，由圖 2 的曲線 C 可見，一只腳的電位為 Uφ1 ，另一只腳的電位為 Uφ2 ，則由于跨步所產生的故障電壓 Uk = Uφ1 - Uφ2 。在Uk 的作用下，人體電流IB從人體的一只腳的電阻 Rp ，流過人體電阻RB ，再流經另一只腳的電阻Rp ，則人體電流 IB = Uk／（RB十2Rp）。此時人體所承受的電壓 Ut = IB·RB = Uk·RB／（RB+2p） 。這種當電氣裝置絕緣損壞時，在流散區內跨步的條件下，人體所承受的電壓 Uk為跨步電壓。一般人的步距約為 0.8m，因此跨步電壓 Uk以地面上 0.8m 水平距離間的電位差為條件來計算。由圖 2 可見，當人越靠近接地極，Uφ1 越大。當一只腳在接地極上時 Uφ1 = Ud ，此時跨步所產生的故障電壓 Uk為最大值，即圖 2 中的 Ukm，相應地跨步電壓值也是最大值。反之，人越遠離接地極，則跨步電壓越小。當人在流散區以外時，Uφ1 和 U φ2 都等于零，則 Uk = 0 ，不再呈現跨步電壓。

5．流散電阻、接地電阻和沖擊接地電阻

　　接地極的對地電壓與經接地極流入地中的接地電流之比，稱為流散電阻。

　　電氣設備接地部分的對地電壓與接地電流之比，稱為接地裝置的接地電阻，即等于接地線的電阻與流散電阻之和。一般因為接地線的電阻甚小，可以略去不計，因此，可認為接地電阻等于流散電阻。

　　為了降低接地電阻，往往用多根的單一接地極以金屬體并聯連接而組成復合接地極或接地極組。由于各處單一接地極埋置的距離往往等于單一接地極長度而遠小于40m，此時，電流流入各單一接地極時，將受到相互的限制，而妨礙電流的流散。換句話說，即等于增加各單一接地極的電阻。這種影響電流流散的現象，稱為屏蔽作用，如圖 3所示。                     




　　由于屏蔽作用，接地極組的流散電阻，并不等于各單一接地極流散電阻的并聯值。此時，接地極組的流散電阻

Rd = Rd1／(n·η)　　　（1）

式中：Rd1──單一接地極的流散電阻

　　　n ──單一接地極的根數

　　 η ──接地極的利用系數，它與接地極的形狀、單一接地極的根數和位置有關

　　以上所談的接地電阻，系指在低頻、電流密度不大的情況下測得的，或用穩態公式計算得出的電阻值。這與雷擊時引入雷電流用的接地裝置的工作狀態是大不相同的。由于雷電流是個非常強大的沖擊波，其幅度往往大到幾萬甚至幾十萬安的數值。這樣，使流過接地裝置的電流密度增大，并受到由于電流沖擊特性而產生電感的影響，此時接地電阻稱為沖擊接地電阻，也可簡稱沖擊電阻.　　由于流過接地裝置電流密度的增大，以致土壤中的氣隙、接地極與土壤間的氣層等處發生火花放電現象，這就使土壤的電阻率變小和土壤與接地極間的接觸面積增大。結果，相當于加大接地極的尺寸，降低了沖擊電阻值。

　　長度較長的帶形接地裝置，由干電感的作用，當超過一定長度時，沖擊電阻不再減少，這個極限長度稱為有效長度、土壤電阻率越小，雷電流波頭越短，則有效長度越短。

　　由于各種因素的影響，引入雷電流時接地裝置的沖擊電阻，乃是時間的函數。接地裝置中雷電流增長至幅值IM的時間，是滯后于接地裝置的電位達到其最大值 UM 的時間的。但在工程中已知沖擊電流的幅值IM和沖擊電阻 Rds的條件下，計算沖擊電流通過接地極流散時的沖擊電壓幅值 UM = IM·Rds 。由于實際上電位與電流的最大值發生于不同時間，所以這樣計算的幅值常常比實際出現的幅值大一些，是偏于安全的，因此在實際中還是適用的。

spy007868

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