接地的基本原理

由上式知道，电位梯度与离电极的距离x的平方成 反比，即电位梯度在靠近电极的地方最大，随离电极 距离增大而急速降低。安全的区域每0.8m跨步电压 不应大于50V。
跨步电压触电示意图
1.4.4人身触电事故分析
一、人身触电的危害 1.电流对人体的伤害 电流的热效应能使触电者烧伤甚至造成局部机 体炭化； 电流的化学效应能引起人体内部组织发生电解 作用，严重的会造成人体机能失常； 电流对人体生理性质的伤害。由于电流的强烈 刺激使人体内部组织机能受到破坏．引起心室 颤动或呼吸停止．使触电者因大脑缺氧迅速死 亡。
2.人体对电流的反应
(1)感知电流 使人体有感觉的最小电流 男性约为1.1mA，女性约为0.7mA； (2)摆脱电流 工频摆脱电流 ，成年男性约为16mA 以下，女性约为10mA以下 （3)致命电流(室颤电流) 致命电流又称之为心室颤动最小 电流 ，工频电流为30mA
3．电流对人体伤害程度的几个因素
作业：
1. 什么是“地”?什么是对地电压? 2. 什么是接地系统、接地体、总接地端子和接地线? 3. 什么是等电位联结？什么是总等电位联结？什么是局部等电 位联结？ 4.什么是跨步电压和接触电压?它们的大小与距接地点的距离有 什么关系？ 5. 我国的电压等级是如何划分的？安全电压等级是如何规定的？ 6. 按照接地作用的不同，在电力系统和电气装置中的接地是的 何分类的? 7. 什么叫保护接零?保护接零的作用有哪些?它适用于哪些范围? 8. 对直接接触电击的防护措施有哪些? 9.对间接接触电击的防护措施有哪些？ 10.什么叫致命电流(室颤电流)?
(2)触电持续时间的影响
触电持续时间越长危险性越大．其原因是： 1)电流通过人体时间越长，由于电流对人体的发热和电解 作用。使人体电阻逐渐减小，在电源电压一定的情况厂，会 使电流增人。对人体组织的破坏越加厉害。 2)人体心脏每收缩和扩张一次．中间约有0.1s的间隙．在 这0.1s特定时间内心脏对电流最为敏感，在这特定时间内电 流通过心脏即使较小的电流也可能引起心室颤动 因此当触 电时间超过1s，则必然与心脏的敏感期重合。 心室颤动电流与电流的持续时间的关系可用下式表示： 当t≥1s时，I＝50mA ； 当t<1s时，I·t=50mAs (该式所允许的时间范围是0.1-5s） 以能量为允许限度的心室颤动电流与电流的持续时间的关系： I²t=0.0135
重复接地
低压供电系统采用接零保护时，陈电源变压器的中 性点必须进行工作接地外，还必须做重复接地。 所谓重复接地系指在中性线(应为PEN线)上的一处 或多处通过接地体再次与大地做良好的金属联结。 重复接地的接地电阻值不应大于10欧姆。 重复接地作用： (1)降低漏电设备外壳的对地电压 没有重复接地和 有重复接地时，中性线断线时的情况如图8—8所示。
3）我国现行接地规程接地电阻计算公式
利用圆板和圆环电极的接地电阻公式用线性 內插法求得
ρ 2 L2 ln R= + 4 4 S 2πL πhd × 10
式中：S—接地网总面积 L---接地体总长度，包括垂直接地体在内 d---水平接地体的直径或等值直径
πρ
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h---水平接地体埋设深度
(2)跨步电势Ｅstep;接触电势Etouch或网孔电势
二、配电系统的保护接地形式
根据GB9089．2的规定,配电系统接地型 式共有TN、TT及IT三种
电源变压器的中性点直接接地 · 可触及的导电部件与普通PEN导 体相连接 · 在全系统内N线和PE线是合一的
图 14.5 TN-C 系统
TN-S 系统
中性点直接接地，可触 及的导电部件与PE导体 相连接，在全系统内N 线和PE线是分开的
1.5接地参数的数值计算方法
（简介） 1.5.1综述 接地参数的计算为设计地网提供理论依据，减小设计的盲目 性，在保证人员和设备安全的条件下，做到投资小、效率高。 1.接地参数的近似计算 主要近似处理方法：①将接地极几何形状做某些改变以便于 进行数学分析 ②假设电流在接地极上均匀分布 （1）工频接地电阻的计算 1）考虑到屏蔽效应的各种水平接地极的接地电阻 不适用于大型接地网
1.4.2跨步电势与跨步电压
由图1．24知道，大地电位以与离 接地电极的距离成反比例下降。 中央的平坦部分是存在接地电极的 部分。如人在地面以跨步∆Χ （0.8m）立着，两足之间便可能 有电压∆V，把∆V这个值称为跨步 电压。
ρI us = 2π
1 1 − r r D c
1.4.5防接触电压和跨步电压触电措施
①降低接地电阻 ②改善地面电位分布
③提高地表层电阻率（例如：《建筑物防雷设计
规范》第4.3.5条：防直击雷的人工接地体距建筑物 出入口或人行道不应小于3m。当小于3m时应采取 下列措施之一： 水平接地体局部深埋不应小于1m; 水平接地体局部应包绝缘物,可采用50～80mm厚的 沥青层; 采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50～80mm 厚的沥青层,其宽度应超过接地体2m。）
rc和rd是两脚离半球中心的距离
或者
us = I 0 (R0 + 2Rb )
电位梯度
在接地电极中，可因各种各样的原因有接地电流流 人，如室外的输配电线可能有雷击电流流入，如是 在室内电气设备接着的接地电极上，在发生接地事 故时便有故障电流流入。 偶然在接地电极上有接地电流流入之际，担心在接 地电极附近立着的人会因跨步电压触电。这里，比 电位更重要的是 电位梯度，它可把电位微分求得：
触电时对人体的伤害程度与电流的大小、 触电持续时间、电源的频率 电压的高 电源的频率、电压的高 电源的频率 电流通过人体的途径以及人体的健康 低、电流通过人体的途径 电流通过人体的途径 人体的健康 状况有关 状况
(1)电流大小的影响
通过人体的电流越大，人体的生理反应越明 显．引起心室颤动的所需时间越短，致命危 险就越大。当通过人体电流超过50mA时就有 致命危险，当工频100mA的电流通过人体时， 可很快使人致命。
2）圆板公式的变形
由圆板电极接地公式
4h 1 − πr 4r
ρ
和环状地线接地公式
（D为等值直径 d为埋深）
近似得：地网接地公式为
R=
ρ
4r
+
ρ
L
r为等值半径，L为买地导体的总长 为等值半径， 为买地导体的总长 为等值半径 略去了埋深的影响，偏大。 度，略去了埋深的影响，偏大。
（5)电流途径的影响
电流通过心脏、呼吸系统和中枢神经时危害 性最大。实践证明。人身触电从左手到脚是 最危险的电流途径．因为在这种情况下电流 通过心脏、肺部、脊椎等重要器官．会造成 心室颤动、呼吸停止和截瘫等。 另外电流通过头部也是较危险的途径．因为 电流通过头部会号致昏迷并有可能造成脑损 伤，使人不醒而死亡、
1.4接触电压和跨步电压
R0 人体的阻抗 Rb 地板/脚部电阻 地板 脚部电阻 RE 可触及的主动导电部件 的接地电阻 If 故障电流
Ut Us Uf
接触电压 地板/脚部电阻上的电压降 地板 脚部电阻上的电压降 故障电压
Uf = Ut + Us = If × RE （地板材料放置在适当的 地板上） 地板上）
没有重复接地时，漏电设备外壳对地电压等于单相短路电流 I k在中性线部分产生的电压降，它近似等于相电压。有重复接 地后，漏电设备外壳对地电压仅为相电压的一部分。
(2)减轻中性线断线时的触电危险中性线上有重复接 地后．一旦出现中性线断线时、接在断线点后面的 所有电气设备的金属外壳的对地电压，仅为相电压 的一部分。当有人触及电气设备外壳时，虽然还有 危险，但是危险程度已大大降低。 (3)减轻或消除三相负荷严重不平衡时．中性线上可 能出现的对地电压，原规程规定，由于三相负荷不 平衡造成的中性线电流一般不允许超过线电流的25 ％。但是．当中性线断线时引起的中性点位移，将 导致三相电压不平衡，造成三相电流的不平衡，从 而使得中性线电位升高．即呈现出危险的对地电压。 如果有了重复接地，将给三相不平衡电流提供一条 通路。因此，可以减轻或消除中性线断线时，在中 性线上可能出现的危险电压。
或者
ut = I 0 (R0 + 0.5Rb )
I0为流过人体的电流，Rb为一只脚与地面的接触电阻
由接地电流引起大地电位上升
当接地电流流入接地电极，其附近的大地的电位分布亦改 变。在安全上重要的是地表面的电位。如x点的电位为Vx： (以无限远方为基准)
在Vx式中如取x＝r，便得 出半球状电极自身的电位 v，即
TN-C-S系统
电源变压器的中性点直接 电源 接地 · 可触及 可触及的导电部件与PEN 导体相连接，并且部分与保护 PE导体相连接 · 在全系统内 在全系统内，仅在电气装置 电源进线点前N线和PE线是合 一的，电源进线点后即分开为 两根线
TT系统
· 电源 电源变压器的中性点直接 接地 · 可触及 可触及的导电部件与单设 的装置接地系统（与电源 系统接地不相关）相连接
Emesh的计算(IEEE方法)
E mesh
E step
存在问题:
I ≈ Km Ki ρ L
I ≈ K s Ki ρ L
2.接地参数的数值计算
略
1.6接地和接零保护
一、基本概念
1)工作接地 根据电力系统远行的需要而进行的接地(例如 变压器中性点接地)称为工作接地。 2)保护接地 将电气设备正常运行情况下不带电的金属外壳 和架构，通过接地装置与土壤连接，它是用来防护间接触电 的。因此，称作保护接地。 3)保护接零 将电气设备正常远行情况不不带电的金属外壳 和架构与配电系统的零线直接进行电气连接。也是用来防护 间接触电的，因此，称作保护接零。 实验证明，在离开短路接地故障点 以外的地方， 实验证明，在离开短路接地故障点20m以外的地方，电位趋 以外的地方 近于零、我们把这零电位的地方称为电气上的‘ 近于零、我们把这零电位的地方称为电气上的‘地”。
(3)电流频率对人体的影响
电流的频率对触电的伤害程度有直接影 响．25--300Hz的交流电对人体的伤害程度最 大、当低于或高于以上频率范围时它的伤害 程度就会显著减轻。对于直流电来讲．它的 伤害程度要远比工频交流电小。人体对直流 电的极限忍耐电流值约为100mA。
(4)电压高、低对人体的影响
人体触电电压越高．通过人体的电流越大．危险就 越大。由于通过人体电流与作用于人体上的电压并 非线性关系。随着作用于人体上电压得升高．人体 电阻急剧下降，致使电流迅速增加，从而对人体的 伤害更为严重。 1000V以上的高电压触电还能伴随弧光烧伤、击穿 甚至引起心肌纤维断裂，因此后果更为严重。 IEC规定安全电压为50V。25V以上考虑采取防电击 措施。
四、保护接零
1.保护接零的应用范围 中性点直接接地的三相四线制(TN—C)和三 相五线制(TN—S)低压配电系统。 2.保护接零的作用 发生故障时短路电流很大。促使线路上的保 护装置迅速动作切断故障设备的电源。 !中性线应在规定地点采用重复接地。交流 工作接地电阻不应大于4欧，重复接地电阻 不应大于10欧
1.4.1接触电势与接触电压
在地表面离设备水平距离为0.8米处与沿设备 外壳（可触及的主动导电部件）离地面高度 可触及的主动导电部件） 可触及的主动导电部件 为1.8米处两点的电位差，称为接触电势 接触电势 人体接触这两点时所承受的电压叫接触电压 人体接触这两点时所承受的电压叫接触电压 如图： 1 rA为人脚站立点离半球形接地极球心的距离 ρI 1 ut = − 2π r A r0 r0为半球形接地极球心的半径
IT系统
· 电源变压器的中性点不接地或电 源的一点经高阻抗接地（例如 1000Ω）。 · 可触及的导电部件接地
三、保护接地
1．保护接地的应用范围 高、低压不接地电网（三相三线制）和部 分低压中性点接地电网的金属外壳、架构、 支架、框架等金属部分 2 .保护接地的作用 只要保护接地电阻（规定不大于4欧）远远 小于人体电阻就能保证接触电压低于安全 电压
接地装置的接触电位差和跨步电位差不应 超过下列数值
(6)人体电阻、健康状况的影响
人体电阻因人而异，一般为几百到一千多欧姆 人体的健康状况和精神状态正常与否对于触电后果 有一定的影响．如果有心脏病、神经系统疾病、结 核病、或醉酒的人因触电伤害的程度要比正常人严 重。 另外性别和年龄的不同对触电后果也有不同的程 度．女性较男性敏感．小孩遭受电击较成人危险。