蔡紅茹

（中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413）

1705年，富蘭克林第一次提出用實驗來證明閃電就是電的科學(xué)理論，此后，又由特斯拉、法拉第、歐姆、伏特、安培等科學(xué)家的不斷補充，將雷電從蒼穹引入民間的生產(chǎn)生活中。電氣帶來便利的同時，也具有很強的危險性，比如，會因電氣短路造成火災(zāi)威脅人身生命安全。電氣接地保護技術(shù)可以有效保證電氣的安全使用，不僅保護電氣設(shè)備的工作人員，還保護著日常中運行的電氣設(shè)備。

1 接地技術(shù)的概念、作用、方式與基本原則

接地技術(shù)就是電氣設(shè)備的接地設(shè)計和安裝，是將帶電設(shè)備的外殼與大地連接。舉一個簡單的例子，在冬天靜電現(xiàn)象頻繁手觸碰到物品時，會有輕微的過電現(xiàn)象，這時，就可以將手放置在墻上靜置幾秒，以此起到一個導(dǎo)電作用。因此，接地技術(shù)就是為了防止電氣內(nèi)部絕緣破壞導(dǎo)致外殼帶電而引起觸電事故發(fā)生的工程技術(shù)。

目前來看，接地技術(shù)的作用實現(xiàn)途徑有兩種，一種是提高電路和電氣設(shè)備自身的穩(wěn)定安全性。很多的電氣設(shè)備在正常運行的過程中，都會以一定的頻率運行，通過接地技術(shù)，可以有效防止或避免因頻率過載發(fā)生干擾電壓現(xiàn)象的發(fā)生，保障低電平信號平臺的安全正常運行。另一種是對干擾的抑制。電子設(shè)備是精密的儀器，在安裝過程中必須認(rèn)真對待，在設(shè)備運行的正常狀態(tài)下，自身產(chǎn)生的電源通常是以交流電的方式運轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的電容對電氣設(shè)備有非常大的干擾，接地技術(shù)就能夠發(fā)揮出最大的干擾抑制作用，保護設(shè)備的正常運行。

電氣接地設(shè)備的基本方式現(xiàn)在可以分為三種，一種是單點接地與大地相連的方式。這種方式在日常生活中也是隨處可見，很多的簡單設(shè)備都是采用的這樣一種方式；另一種是多點直接接地的方式，電氣設(shè)備的金屬外緣與土地之間進行多點連接，目前，適用于較大平臺的電氣設(shè)備，可以有效提升設(shè)備的抗干擾能力；最后一種是系統(tǒng)接地，系統(tǒng)接地的方式既可以保護電氣設(shè)備，還可以保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性與電磁的兼容性，一舉兩得。

各行各業(yè)都有自己的基本原則，尤其是電氣設(shè)備的設(shè)計、安裝行業(yè)，從業(yè)要求高，原則嚴(yán)格，遵循首先按照國標(biāo)給定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，若地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)的方可執(zhí)行的原則。受到電氣設(shè)備自身構(gòu)造和技術(shù)參數(shù)的影響，電路連接方式就會有很大的差別，因此，在接地設(shè)備的設(shè)計安裝時應(yīng)予考慮。

2 接地系統(tǒng)安裝實例闡述

目前市場上最常用的接地系統(tǒng)類型有以下三種：

第一種是TN系統(tǒng)，俗稱三相五線系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致電氣設(shè)備金屬外殼帶電時，會形成相線和零線短路，把回路電阻變小，增大電流，這樣能夠使電氣設(shè)備中的熔絲迅速熔斷，以此切斷電源，保護電氣設(shè)備與維修工作人員的人身安全。其實TN系統(tǒng)還可以分三個種類，一個是TN-C系統(tǒng)，一個是TN-S，還有一個是TN-C-S系統(tǒng)，安全系數(shù)最高、最常用的系統(tǒng)是TN-S（圖1），TN-S系統(tǒng)適用于內(nèi)部設(shè)有變電所的建筑物。TN-S系統(tǒng)在安裝時應(yīng)注意引出變壓器后中性線，即N線與保護零線，即PE線是完全分開的，PE線在正常運行時不通過電流沒有電位，只有在發(fā)生接地故障時通過故障電流。N線上會有三相不平衡電流，因此，在系統(tǒng)低壓配電設(shè)計中，應(yīng)平衡分配電力負(fù)載，盡量使三相平衡。PE線應(yīng)在規(guī)定距離內(nèi)接地，入戶端應(yīng)重復(fù)接地。

圖1 TN-S系統(tǒng)（保護接零）

第二種是TT系統(tǒng)（圖二），第一個T是系統(tǒng)的中性點，代表直接接地，第二個T則標(biāo)示設(shè)備的金屬導(dǎo)體部分與大地相連，由圖（二）可以看出，中心線（N線）除在電源端進行了一點接地外，不得在其他處再行接地。該系統(tǒng)內(nèi)的各個電氣設(shè)備或各組電氣設(shè)備可各有自己的接地極和PE線。各PE線之間在電氣上沒有聯(lián)系。該系統(tǒng)可以避免供電范圍內(nèi)在PE線上通過接地故障電壓。TT系統(tǒng)適用于無等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所，如施工現(xiàn)場、戶外照明系統(tǒng)等。

圖2 TT系統(tǒng)（保護接地）

第三種是IT（IT System）系統(tǒng)（圖3），電氣系統(tǒng)直接經(jīng)過高阻抗不與地面相接，外面裸露的導(dǎo)線部分可以通過保護地線的方法與大地相接。該系統(tǒng)不引出中性線，無法提供220V的電源電壓，這種系統(tǒng)適用于對安全性有特殊要求的地方，如醫(yī)院手術(shù)室、礦井下、鋼鐵廠等場所。

圖3 IT系統(tǒng)（工作接地）

3 土壤分析與其他降阻方法

理論上來說，電阻越小，導(dǎo)電率越好，一個運轉(zhuǎn)良好的導(dǎo)電系統(tǒng)，要把電阻降到最低。我國幅員遼闊，每個地方的土壤環(huán)境各有不同，土壤成分比較復(fù)雜，里面包含了多種礦物質(zhì)，在進行接地系統(tǒng)的設(shè)計和安裝前，應(yīng)當(dāng)搜集當(dāng)?shù)氐耐寥罃?shù)據(jù)甚至送到實驗中分析其中所包含的成分，土壤中所包含的水分、溫度、酸堿度等，制定好安裝方案。常用的改變土壤電阻率的方法有三種，未來的電氣發(fā)展也許會催生出更多的種類。目前來看，這三種是討論最多的。

第一種是在土壤中加入一些微量礦物質(zhì)，比如，無機鹽、工業(yè)鹽，還有常用的氯化鎂。這種物質(zhì)是制作防凍劑的原料之一。這些化學(xué)物質(zhì)和礦物質(zhì)非常容易獲取，同時成本低。但是，也有很大的缺點，比如，無機鹽鹽分投入土壤中，不僅會被土壤吸收，還會被雨水沖刷，而且使用量極難控制，費時又費力，就算能夠保證人工實施和無機鹽的補充，長時間下去，也會造成土地鹽堿化，不利于長久發(fā)展。

第二種是注水，不斷往土壤中添加水分。根據(jù)安裝面積，分布式散布噴淋，設(shè)定噴淋周期，理論上來說，這種方法也和第一種一樣，雖然水資源很容易獲得，但是，這種方法既耗時間，又費力氣，對水資源也是極大的浪費，理論上來說這種方法并不容易實現(xiàn)。

第三種方法是接地增效劑，這種增效劑就是為了應(yīng)對降阻而被發(fā)明出來的，它的優(yōu)點也非常多，效能穩(wěn)定，不需要人工維護，能夠改善土壤的接地性能，這在平時的施工過程中用到的最多，最常用的增效劑是導(dǎo)電水泥，干濕兩用極為方便。除了土壤降阻外，還有其他的方法，比如，外接引地法，將露出的電氣設(shè)備導(dǎo)入地面，以此來降低電阻。又如擴大接地安裝面積，這種方法很像物理學(xué)上的受力面越大，力分布就越均勻，這在平原地區(qū)還是有可能實施的，但是，在多雨的山中地區(qū)就很難實現(xiàn)。在土壤條件好的地區(qū)，可以把地網(wǎng)埋得深一點，越深，導(dǎo)電越好，就像大樹的根須一樣擴散效應(yīng)也就越好，根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》GB/T 50065-2011要求，接地網(wǎng)埋深不宜小于0.8米。

4 智能建筑中設(shè)備安裝與接地保護措施

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，在現(xiàn)代的建筑中也少不了電氣的應(yīng)用，辦公有自動化系統(tǒng)，施工過程中還有建筑自動化，日常通信中又少不了通信系統(tǒng)自動化。這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對于接地的技術(shù)需求越來越重要，在現(xiàn)代建筑電氣施工中，有以下三種需要著重說明，這和接下來的接地保護措施密不可分。

（1）電梯豎井內(nèi)電線設(shè)備安裝?，F(xiàn)在高樓越來越高，作為重要的出行工具，電梯就顯得尤為重要，在豎井內(nèi)的電線設(shè)備安裝通常采用母線槽技術(shù)，在安裝中，要將母線槽中相線與相線、相線與零線、零線與地線要良好絕緣，絕緣值的最低值要保證能夠超過20MΩ。

（2）樓層板面中電氣設(shè)備安裝。樓層板面中的電氣安裝，首先，要進行預(yù)埋處理，電氣設(shè)備尤其是電線暴露在樓層中不僅不美觀，還會產(chǎn)生很多的安全隱患。在做預(yù)埋處理時，需要考慮的因素有很多，施工材料的材質(zhì)、空氣溫度等。還要保證各項管路之間的有序連接，不僅要鋪設(shè)得整齊劃一，連接質(zhì)量也要處理好。

（3）控制系統(tǒng)中電氣設(shè)備安裝。在智能化建筑中，鋪設(shè)設(shè)備以后就得安裝控制系統(tǒng)。智能建筑的控制系統(tǒng)包括安防、報警、消防控制、照明控制等系統(tǒng)的機電設(shè)備的管理和監(jiān)控，涉及通信自動化和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，確保通信自動化和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，就要建立一個完善的保護系統(tǒng)，電氣接地保護作為控制系統(tǒng)電氣設(shè)備的重要部分，必須引起足夠的重視。

（4）接地保護。建筑接地主要包括三個方面：防雷、工作接地、安全保護措施?，F(xiàn)在的建筑普遍都是高層設(shè)施，防雷就是一個必不可少的環(huán)節(jié)，安全有效的防雷措施方可保護電梯豎井、控制系統(tǒng)的正常工作。根據(jù)各地區(qū)的雷電情況采取不同的對策，是接地保護安裝的靈活運用。工作接地特別是對于大功率運轉(zhuǎn)設(shè)備來說，就要采用中性接地的方式，這么做的目的是保證三相電壓間的運轉(zhuǎn)處在基本平衡的水平上。建筑安全保護接地主要利用建筑構(gòu)造柱內(nèi)、建筑基礎(chǔ)內(nèi)、建筑層內(nèi)圈梁等金屬結(jié)構(gòu)組成的鋼筋接地網(wǎng)，并對樓宇建設(shè)中的所有電子電氣設(shè)備和線路做接地處理。

（5）運行維護。實體接地保護工作結(jié)束后，并不意味著所有的工作都已經(jīng)完成，在電氣的使用方面也要多多注意，要進行運行維護。本文列舉三例系統(tǒng)保護方法以供參考：①接地技術(shù)的后續(xù)維護工作，這個維護工作，在接地保護工作之前就要規(guī)劃好，列舉出可能發(fā)生的情況，發(fā)揮出預(yù)期維護作用，規(guī)避可能出現(xiàn)的安全隱患，優(yōu)化電氣設(shè)備的運轉(zhuǎn)環(huán)境。②定期的設(shè)備維護運行，設(shè)定周期，對于發(fā)現(xiàn)的問題要及時上報、及時反映、及時排除。③電氣設(shè)備在發(fā)現(xiàn)問題后，要由專業(yè)的技術(shù)人員及時處理。

（6）人才培養(yǎng)。發(fā)展是第一要務(wù)，人才是第一資源。電氣領(lǐng)域需要更專業(yè)的人才，所以應(yīng)重視人才培養(yǎng)，加大專業(yè)化培訓(xùn)工作，加強專業(yè)人才素質(zhì)培養(yǎng)，讓整個電氣行業(yè)的發(fā)展跟上時代發(fā)展的步伐。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力設(shè)施的自動化和智能化技術(shù)將會更好地服務(wù)于人類，覆蓋人類生活的點點滴滴，如果電氣設(shè)備沒有做到好的接地保護，造成的損失不可估量。本文從電氣技術(shù)的基本概念、方式、作用和基本原則，到因地制宜分析土壤條件設(shè)計安裝適用的降阻方法和技巧，最后再到智能建筑的設(shè)備安裝和接地保護措施，對電氣設(shè)備接地保護技術(shù)進行了探討分析，提出了電氣設(shè)備接地保護的重要理念和電氣專業(yè)人才培養(yǎng)的重要性?？偠灾?，嚴(yán)格遵守國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，靈活根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和地貌條件選定合適的接地方式，運用合適的接地系統(tǒng)，設(shè)定合理的檢查周期，對機器設(shè)備、運轉(zhuǎn)情況進行科學(xué)維護，能夠做到這些可以極大地保護設(shè)備運行的穩(wěn)定性與安全性。筆者希望通過本文的敘述，能夠使更多從業(yè)人員認(rèn)識到電氣接地設(shè)備保護的重要性，提高知識水平，通過完善電氣接地保護設(shè)計和安裝來保障企業(yè)、人員的生產(chǎn)生活安全與電力設(shè)備的良好運行，保護國家財產(chǎn)安全，共同為我國電力行業(yè)的發(fā)展做貢獻。