王厚余 接地

内容摘要
本文论述了接地和等电位联结在电气安全和功能上的作用。

指出在一个建筑物的多个电气系统中共用接地的必要性，认为应重视等电位联结的设置而不必追求共用接地过低的接地电阻。

为保证建筑物电气装置内的人身和财产安全以及装置的正常工作，我们需将各类电气系统进行接地。

随着用电技术的发展，国际上更强调等电位联结的作用，接地问题变得十分复杂。

而在同一个建筑物内各个电气系统是共用接地还是单独接地，共用接地的接地电阻应为多少，又成为一个众说纷纭的问题。

笔者多年从事建筑电气IEC标准的归口工作，了解一些信息，愿就个人理解所及，陈述一些浅见，供电气同行参考。

低压配电系统内的两个接地
低压配电系统是最常用的电气系统，它有两个接地，现以TT系统为例简述如下。

（1）系统接地(system earthing)
它也称工作接地，是指低压配电系统内某一根带电导体的接地。

例如在配电变电所内将二次侧的中性线接地，如图1所示，它可为线路上感应的雷电涌流提供入地通路，也可在发生同杆高压线坠落在低压线上时提供故障电流返回高压电源的通路，使一次侧继电保护及时动作，保证配电系统的正常工作。

（2）保护接地（protective earthing)
图1中用户用电设备的金属外壳的接地称作保护接地，它的作用是在发生诸如设备相线碰外壳接地故障时，使故障电流有一返回低压电源的通路，以降低人体接触故障设备外壳的接触电压，并使线路上的保护电器（如断路器、熔断器、剩余电流动作保护器等）迅速动作，从而使接触故障设备的人避免因电击而发生伤亡事故。

配电系统内的两个接地与一建筑物电气装置内采用共用接地或分开接地是不同的两种理念，相互间并没有关联。

等电位联结(equipotential bonding)比接地(earthing)具有更好的电气安全效果
近数十年来国际上更强调等电位联结在电气安全上的作用。

它在防人身电击、防雷、防火、防爆以及电子信息设备防干扰等方面都比接地（指接大地）有更好的效果。

所谓等电位联结就是将配电系统的接地干线（PE干线）与建筑物内的金属结构、管道等在总配电箱近旁的一个铜排（接地母排）上互相连通，使整个建筑物内的金属大件互相导通，这样建筑物就近
似为一个等电位的法拉第笼，使建筑物内可能出现的电位差大大降低，从而有效地起到安全保护作用。

现以TT系统内防人身电击事故为例来说明等电位联结的效果。

在图2a中一建筑物由一配电变电所以220/380V TT系统供电，变电所作有系统接地RB，但建筑物电气装置未作保护接地。

如果某用电设备发生相线碰外壳接地故障，人体触及设备金属外壳时，接触电压Ut将为全部相对地电压220V，电击致死的危险非常大。

如果如图2b所示，将设备外壳作保护接地，则故障时的接触电压将为
U′t＝Id(RA＋ZPE) （1）
式中Id――接地故障电流，A
RA――保护接地的接地电阻，Ω
从式（1)可知，作保护接地后，接触电压小于220V，电击致死的危
险将在一定程度内减少。

如果如图2c所示，在建筑物电气装置内作等电位联结，如图中虚线所示，则发生上述故障时人体的接触电压将不再是设备外壳与大地间的电位差，而是外壳与等电位面的电位差，因为人体是站在建筑物内的等电位面上，而接地电阻则在等电位面以下，接触电压值仅为U″t ＝Id•ZPE （2）
将式(2)和式（1）作比较，RA以若干欧姆计，而ZPE则远小于1Ω，RA＞＞ZPE,显而易见U″＜＜U′，也即作等电位联结后不论保护接地的电阻值为多少，其接触电压将远小于作接地的接触电压，因此作等电位联结减少电位差和防电击的效果远优于作接地。

这一结论已为现场实测数据所证明。

在TN系统内，作等电位联结后故障时的人体接触电压也仅是接地故障电流Id在PE线上的电压降Id•ZPE，它也与接地电阻值大小无关，如图3所示。

限于篇幅这里不再作解释。

其他电气事故，例如雷电高电位跳击和配电系统故障电位差引起的爆炸、火灾等电气事故，按IEC标准也都必须依靠等电位联结来有效地予以防范，在这方面如仅仅依靠接地，其效果是有限的。

等电位联结和接地的关系
联结（bonding）不同于一般的连接(connection)，它是具有将各个导电部分互相连通，其作用不为传递电流，而为传递电位，使各导电部分的电位相等或接近，以减少危险电位差导致灾害的特定含义。

就这个意义而言，通常的接地其实也是一种等电位联结。

地球是个导电体，所谓接地就是以大地电位为参考电位的等电位联结。

但地球表面不具有作等电位联结的金属接线端子，因此就需打接地极来与大地进行连接，这就是常说的接地。

但接地极与大地也连接的接触电阻（即接地电阻）很大，增加了与大地作等电位联结的阻抗，所以其等电位的效果远不如在建筑物内以金属导体为通路的等电位联结。

在建筑物内作等电位联结后，被包裹在水泥基础内的金属结构和管道能兼起自然接地极的作用。

因为水泥是导电的，而这些地下金属物体量大面广，其接地电阻远小于多根人工接地极。

且水泥保护了这些自然接地极免受土壤的腐蚀，这种自然接地极的寿命几乎是无限长的。

所以作等电位联结后一般可不需另打人工接地极，也不需维护，正因为此，图2c和图3中的RA仅以虚线表示。

现在为建筑物电气装置花费大量人力物力来打大量人工接地极，只是沿袭多年来的尚未更新的老做法而已。

综上可见建筑物电气装置内的接地是等电位联结的一种方式，而等电位联结则能兼起接地的作用。

建筑物电气装置的共用接地
一个建筑物电气装置内的各种电气系统一般都有接地要求，是采用共用的接地(common earthing)还是采用分开的接地(separately earthing）则众说纷纭，莫衷一是，成为一个颇具争议的问题。

查对IEC标准和一些发达国家的电气法规，都规定一个建筑物电气装置内的各个电气系统通常只能共用一个接地系统。

这里引用有关防电磁干扰国际电工标准IEC 60364-4-444（等同采用的国家标准为GB 16895.3）内一插图来依说明，如图4所示。

图中有低压配电系统、雷电防护系统、信息技术系统和电话系统，这些系统都通过与接地母排的连接而共用基础接地极作接地，并以此实现全建筑物电气装置各系统“地”间的等电位，但不能作分开的接地。

道理很简单，如果采用分开的接地，则各个系统的接地可能出现不同的电位，如果它们之间出现大电位差，则对人身和电气设备都可能引起危险。

另外，各系统如分开设置电气上互不影响的接地，其接地极间的距离至少在IOM以上，这在实践中是难以做到的。

对于雷电防护系统，为给雷电流提供低阻抗的短捷泄放入地的通路可在不影响建筑物基础稳
固性前提下贴近建筑物设置直接短捷连通的接地极。

但如图4所示，此接地极必须与基础接地极相连通而实现共用接地，也即等电位联结，以防其接地极上的高电位对建筑物反击。

但这还不够，在防雷引下线的适当位置，视外墙的屏蔽程度，还需要如图4所示与墙内钢筋作等电位联结，以防引下线的电感L和雷电涌流
陡度di/dt形成的高电位Ldi/dt对建筑物反击。

如果外墙屏蔽差，引下线每隔不大于20m就需与外墙钢筋作一次等电位联结。

这说明就防雷而言，仅在建筑物底层作共用接地是不够的，重要的是与建筑电气装置实施等电位联结。

从图4也可知，建筑物内信息技术设备、电话和其他电子设备也是通过PE线、信息接地线与接地母排连接实现等电位联结而共用接地的。

有关信息技术设备接地的国际电工标准IEC 60364-5-548（等同采用的国家标准为GB/T 16895.16）规定信息技术设备由于功能上的原因可以为它增设局部接地极，但此局部接地极必须与建筑物的接地母排相连接而实现共用接地，以免出现电位差引发电气危险和设备损坏、工作不正常事故。

共用接地的接地电阻值
在我国的一些电气规范中常有共用接地或联合接地的接地电阻不大于1Ω的规定，但无人能解释这一规定值的根据。

查对IEC标准和发达国家的电气法规，除规定情况外（例如为保证TT系统内剩余电流动作保护器和IT系统内绝缘监测器的可靠动作）都没有对共同接地提出多少欧姆的要求。

稍加分析不难明白，不提这类要求是正确的。

过去单纯依靠打人工接地，以大地的电位作为各个电气系统的参考电位，就必须尽量降低接地极的阻抗使电气系统的电位尽量接近大地电位。

但由于电气技术的进步，现时各类电气系统不再以大地的电位为参考电位，而是以建筑物内等电位面的电位为参考电位，这样电气装置的安全和功能上的要求就与大地电位和接地电阻无关，只要接向等电位面的联结线的低频或高频的阻抗尽量小就可满
足这些要求。

现时信息技术设备的频率高达几百上千兆赫兹，它不仅要求接地电阻小，还要求高频下的电抗小。

如果以大地电位为参考电位，单纯依靠在地面打接地极来接地则不仅接地电阻过大，接地极的引线也往往因过长而使高频电抗过大，这都难以满足高频条件下的低阻抗接地要求。

为此IEC标准和发达国家电气法规都舍弃了这种做法，而以建筑物内的等电位面来作“地”，与其进行联结来代替接大地。

例如在建筑物内一些信息技术设备下铺设铜网格，并以足够截面的铜质导线与之作高频低阻抗的短直联结来代替大地。

它与地电位和接地电阻多少已无关系，但却能取得很好的效果。

我国现时对共用接地不考虑高频阻抗，花费大量人力物力追求不大于1Ω的直流接地电阻值恐无实际意义。

最能说明问题的是飞机上的各类电气系统，它包括飞机上用电设备的配电系统以及高频的导航、雷达、通信等对电磁干扰敏感的信息系统。

飞机并未作不大于1Ω的接地，它根本不接地，其接地电阻为无限大，但飞机上所有电气系统工作都很安全而正常，它的所谓共用接地只是将各电气系统的“地”与飞机的金属机身作短捷的低阻抗的等电位联结。

从以上分析可知建筑物电气装置的共用接地不大于1Ω直流接地电阻的要求恐是一个陈旧过时的规定，这类接地量大面广，浪费建设资金却不具实效。

有关主管部门宜在调查研究的基础上进行适当的修改。

结束语
近数十年国外建筑电气技术有很大发展，而我国由于历史上的种种原因与国外交流沟通不够，一些技术观念比较陈旧过时，本文所探讨的接地问题仅是一例。

我国加入WTO后国外建筑行业将进入我国建筑市场，建筑电气技术落后的矛盾将日趋突出。

希我建筑电气同行了解建筑电气新技术并掌握和运用国际电工标准，以适应我国经济建设和国际建筑市场竞争的需要。

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