EMD-“地”和“接地”的概念

一、“地”和“接地”的概念

為了正確地進行接地工作，首先必須明確"地”和“接地”的概念以及有關(guān)的主要名詞術(shù)語，并了解接地

在防止人身遭受電擊、減少財產(chǎn)損失和保證電力系統(tǒng)正常運行中的作用。

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(tǒng)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?！半姎獾亍钡姆秶S著大地結(jié)構(gòu)的組成和大地與帶電體接觸的情況而定。

甌能區(qū)

田1“地”的示息田

(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/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阻阻越大，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(jīng)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(shù)增大，上述20m的距

離可能會增大。圖1中的流散區(qū)是指電流通過接地極向大地流散時產(chǎn)生明顯電位梯度的土壤范圍。地電

位是指流散區(qū)以外的土壤區(qū)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(shè)備中各級電路電流的傳輸、信息轉(zhuǎn)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(shè)備的金屬機殼、底座、

印刷電路板上的地線或建筑物內(nèi)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(tǒng)或電氣裝置的某一部分經(jīng)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(shè)備的組合。“電氣設(shè)備”是發(fā)電、變電、輸電、配電或用電的任何設(shè)備，例如電機、變

壓器、也器、測量儀表、保護裝置、布線材料等。電力系統(tǒng)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?！巴饴秾щ姴糠帧睘殡姎庋b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(diào)的金屬管道以及建筑物的金屬結(jié)構(gòu)。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(chǎn)生的過電流稱為短路電流，例如相線和中性線間產(chǎn)生金屬性短路所產(chǎn)生的電流稱為單相短路電流。由

絕緣損壞而產(chǎn)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(shè)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(chǎn)生的電流稱為“碰殼電流”。

3.接觸電壓

圖2對地電壓.接觸電壓和跨力電壓的示空圖

在圖2中，當電氣裝置M絕緣損壞碰殼短路時，流經(jīng)接地極的短路電流為如接地極的接地電阻

力Rd，則在接地極處產(chǎn)生的對地電壓Ud=/<fRd，通常稱為為故障電壓，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(xiàn)的電位即為4。當人在流散區(qū)內(nèi)時，由

曲線C可知人所處的地電位為外。此時如人接觸M,由接觸所產(chǎn)生的故障電壓5=Ud-Uq。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(lián)，其綜合電阻為Rp/2。在

&的作用下，Rp/2與人體電阻/?B串聯(lián)，則流經(jīng)人體的電流后=5/（RB+RP/2）,人體所承受的電

壓U=IB，RB=5尺/（RB+0/2）。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(xiàn)的接觸電壓5與M和接地極間的距離有關(guān)。由圖2可見，當M越靠近接地極，”,越大，

則5越小，相應地。也越小。當人在流散區(qū)范圍以外，則以=0,此時g=Ud，Ut=UaRB/（RB+RP/

2）,5為最大值。由于在流散區(qū)內(nèi)人所站立的位置與“有關(guān)，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(qū)以外，計算接觸電壓5

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(qū)內(nèi)，由圖2的曲線C可見，一只腳的電位為Up”另一只腳的電位為外，則由于

跨步所產(chǎn)生的故障電壓在Uk的作用下，人體電流/B從人體的一只腳的電阻Rp，流過人體電

阻RB，再流經(jīng)另一只腳的電阻Rp,則人體電流lB=Uk/（RB+26）。此時人體所承受的電壓Uf=lBRB=U^RB

/（RB+2P）。這種當電氣裝置絕緣損壞時，在流散區(qū)內(nèi)跨步的條件下，人體所承受的電壓5為跨步電

壓。?般人的步距約為0.8m,因此跨步電壓5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，“越大。當一只腳在接地極上時以產(chǎn)為，此時跨步所產(chǎn)生的故障電壓5

為最大值，即圖2中的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(qū)以外時，和都等于零，則30,不再呈現(xiàn)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(jīng)接地極流入地中的接地電流之比，稱為流散電阻。底氣設(shè)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(lián)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?接地極的電阻。這種影響電流流散的現(xiàn)象，稱為

屏蔽作用，如圖3所示。

圖3多根接地極的電流散布圖

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(lián)值。此時，接地極組的流

散電阻

Rd=Rdi/(n-n)(1)

式中：Rdi——單一接地極的流散電阻

n—單一接地極的根數(shù)

H―接地極的利用系數(shù)，它與接地極的形狀、單一接地極的根數(shù)和位置有關(guān)

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(wěn)態(tài)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(tài)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(shù)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(chǎn)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(fā)生火花放電現(xiàn)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(jié)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(shù)。接地裝置中雷電流增

長至幅值

/M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/M

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=/M/?ds?由于實際上電位與電流的

最大值發(fā)生于不同時間，所以這樣計算的幅值常常比實際出現(xiàn)的幅值大一些，是偏于安全的，因此在實際

中還是適用的。

二、接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受電擊、設(shè)備和線路遭受損壞、預防火災和防止需擊、防止靜電損害和保障電力

系統(tǒng)正常運行?，F(xiàn)分別說明如下。

(-)防止人身遭受電擊

1.電擊機理

電擊所產(chǎn)生的電擊電流通過人體或動物軀體將產(chǎn)生病理性生理效應，例如肌肉收縮、呼吸困難、血

壓升高、形成心臟興奮波、心房纖維性顫動及無心室纖維性顫動的短暫心臟停跳、心室纖維性顫動，直

至死亡，所以必須采取防護措施。

人或家畜觸及電氣設(shè)備的帶電部分，稱為直接接觸。人或家畜與故障下帶電的金屬外殼接觸，稱為

間接接觸。直接接觸及間接接觸所造成的電擊稱為直接電擊和間接電擊。為了防止電擊，必須先了解電

擊機理，然后對直接電擊、間接電擊以及兼有該兩者電擊采取適當?shù)姆雷o措施，以保證人、畜及設(shè)備的

安全。

(1)人體阻抗的組成

電擊電流大小由接觸電壓和人體阻抗所決定。人體阻抗主要與電流路徑、皮膚潮濕程度、接觸電壓、

電流持續(xù)時間、接觸面積、接觸壓力、溫度以及頻率等有關(guān)。人體阻抗的組成如圖4所示。如將兩個電

極接觸人體的兩個部分，并將電極下的皮膚去掉，則該兩電極問的阻抗為人體內(nèi)阻抗4。皮膚上電極與

皮膚下導電組織之間的阻抗即為皮膚阻抗Zpi和ZP2oZj、Zpi、Zp2的矢量和為人體總阻抗ZT。現(xiàn)將這些

阻抗的特征說明如下：

>ZT

圖4人體阻抗的組成

①人體內(nèi)阻抗Z根據(jù)IEC測定的結(jié)果，4主要是電阻，只有少量電容，如圖4虛線所示，其數(shù)

值主要決定于電流路徑，一般與接觸面積關(guān)系不大，但當接觸面積小到幾平方毫米數(shù)量級時，內(nèi)阻抗才

增大。

②皮膚阻抗Zpi、ZP2Zp［、Zp2是由半絕緣層和小的導電元件(如毛孔構(gòu)成的電阻電容網(wǎng)絡(luò))組成,

見圖4接觸電壓在50V及以下時，皮膚阻抗值隨表面接觸面積、溫度、呼吸等顯著變化；50?100V時,

皮膚阻抗降低很多；頻率增高時，皮膚阻抗也隨之降低；皮膚破損時，皮膚阻抗可忽略不計.

③人體總阻抗4ZT由電阻分量及電容分量組成。當接觸電壓在500V及以下時，ZT值主要決定

于皮膚阻抗值；接觸電壓越高，ZT與皮膚阻抗關(guān)系越少；當皮膚破損后，ZT值接近于人體內(nèi)阻抗。

④人體初始電阻R.在接觸電壓出現(xiàn)的瞬間，人體的電容還未充電，皮膚阻抗可忽略不計，這時的

電阻值稱為人體初始電阻。該值限制短時脈沖電流峰值。當電流路徑從手到手或手到腳而且接觸面積較

大時，5%分布秩(即5%的人所呈現(xiàn)的最小初始電阻值)Z5”可認為等于500Q.

(2)人體阻抗與接觸狀況的關(guān)系通常劃分為以下三類：

①狀況1干燥或濕潤的區(qū)域、干燥的皮膚、高電阻的地面，此時人體阻抗值：

Zi=1000+0.5Z5%(C)

式中：1000—鞋襪和地面兩者電阻的隨機值，Q

0.5—考慮了雙手至雙腳的雙重接觸情況

Z5——5%分布秩，即5%的人呈現(xiàn)此最小阻抗值，Q

②狀況2潮濕的區(qū)域、潮濕的皮膚、低電阻的地面，此時人體阻抗值：

Z2=200=200+0.55%（Q）

式中；200—較低的地面電阻值，不計鞋襪的電阻，。

③狀況3浸入水中的情況，此時皮膚電阻、環(huán)境介質(zhì)的電阻可忽略不計。

在各種狀況下的安全電壓值，各國規(guī)定不盡相同，如表1所示。

表I1EC標準及各國安全電壓值（V）

IEC標準及有關(guān)國規(guī)定狀況1狀況2狀況3

IEC5025【注】

r卜國5024

奧地利65

美國5025

英國55(25),40(住宅)24

德國6524

捷克5020

日本50252.5

瑞士5036

瑞典5025

芬蘭65

丹麥651

比利時35

【注】標準未作規(guī)定，但編制說明提出「例如不超過12V”。

表1為交流電流的安全電壓，IEC規(guī)定直流（無紋波）的安全電壓為：在狀況1,不大于120V；

在狀況2,不大于60Vo安全電壓包括接地系統(tǒng)的相對地或極對地電壓，或不接地和非有效接地的相間

及極間電壓。

國5心動周期內(nèi)心室

易損期的出現(xiàn)

國6在心臟易報期內(nèi)電流刺做的影響

2.電擊效應

(1)交流電流的電擊效應IEC經(jīng)過多年的試驗研究，認為心室纖維性顫動是電擊致死的主要原

因。一個心動周期如圖5所示，由產(chǎn)生興奮期P、興奮擴展期R和興奮復原期T所組成。圖5中的數(shù)

字表示興奮傳播的順序。在興奮復原期內(nèi)有一個相對較小的部份稱為易損期，在易損期內(nèi)，心肌纖維處

于興奮的不均勻狀態(tài)，如果受到足夠幅度電流的刺激，心室纖維發(fā)生顫動，如圖6中X點受電流刺激.對

心電圖和血壓的影響，如圖6中曲線所示。此時發(fā)生心室纖維性顫動和血壓降低，如電流足夠大將導致

死亡。

?

￡

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*

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里

黑

w

5000

000

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SO100

20

10

25

，，/mA

電施

人體

應

懷的效

通及人

灌電源

H,安

OO

l5~t

（B7

此值

電流，

z交流

100H

15?

對于

值。

覺閾

為感

值稱

電流

的最小

察覺到

人身所

時，

人體

流過

當電流

過

當流

mA。

為10

電流

交流

HZ

~100

于15

流，對

擺脫電

值稱為

流最大

的電

擺脫

極能

握電

。人

5mA

為0.

人

流過

電流

是按

。圖7

7所示

如圖

關(guān)系

間f的

持續(xù)時

流過的

和電流

流宿

體電

時，人

續(xù)增加

電流繼

人體的

動的

性顫

纖維

心室

產(chǎn)生

s時，

100m

間為

、時

mA

500

流為

當電

的。

應繪制

腳的效

手到雙

徑從左

體的路

傷,

性損

器官