淺談接地技術(shù)在建筑電氣工程中應(yīng)用

張建國(guó)

摘要：隨著我國(guó)建設(shè)的蓬勃發(fā)展和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程日趨向大系統(tǒng)，高參數(shù)的方向迅速發(fā)展。文章從多方面論述了對(duì)電氣接地技術(shù)的分析，分別闡述了接地等電位聯(lián)結(jié)對(duì)接地電阻的要求，筆者認(rèn)為在滿足等電位聯(lián)結(jié)條件下不必耗費(fèi)人力物力為共用接地強(qiáng)求不大與1Ω的接地電阻值。

關(guān)鍵詞：建筑電氣工程；接地技術(shù)；等電位聯(lián)結(jié)；電阻

中圖分類號(hào)：TU856文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）12-0161-02

關(guān)于建筑物電氣裝置接地電阻的阻值，我國(guó)現(xiàn)行電氣規(guī)范中有不少規(guī)定。例如規(guī)定低壓電力設(shè)備的接地電阻不大于4Ω(《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》CBJ65—83)，又如當(dāng)有多種電氣系統(tǒng)時(shí)，則共用接地的接地電阻不大于1Ω(《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ／T16-92)等。但國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)中卻鮮少這些規(guī)定。筆者也曾就這些規(guī)定值求教于我國(guó)這方面的專家，均不得要領(lǐng)，接地裝置量大面廣，如果我國(guó)的規(guī)定有誤，則難免在全國(guó)范圍內(nèi)造成很大的浪費(fèi)。目前一些地區(qū)，由于對(duì)等電位聯(lián)結(jié)重要性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)接地技術(shù)有不同程度的理解，對(duì)地網(wǎng)地極進(jìn)行重復(fù)建設(shè)，投入了大量人力物力，但采取的接地技術(shù)措施不當(dāng)和選擇了不科學(xué)降阻方法，給電氣的安全可靠性和環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了負(fù)面影響。

一、接地的兩種方式

（一）與大地相連接

通常人體離不開地球，所以人們使用的各種電氣系統(tǒng)都以大地的電位為參考電位。為取得大地電位需與大地連接，為此需打接地極用作與大地連接的接線端子，通過(guò)接地線的傳導(dǎo)取得地電位，這就是我們常用的接地。

（二）與代替大地的導(dǎo)體相連接

隨著電氣技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)時(shí)對(duì)接地賦予了新的含義，即與代替大地的導(dǎo)體相連接也是接地，例如汽車的輪胎是絕緣物質(zhì)，因此汽車上各類電氣系統(tǒng)的接地也是接代替大地的金屬車身。

許多用電中發(fā)生的電擊、電氣火災(zāi)等電氣事故是因過(guò)大的電位差而引起。比如飛機(jī)上的電氣安全就是靠以機(jī)身代替大地，進(jìn)行低阻抗的等電位聯(lián)結(jié)并輔以其他安全措施來(lái)保證的。所謂以與代替大地的導(dǎo)體相連接而實(shí)現(xiàn)接地實(shí)際上就是與導(dǎo)體間進(jìn)行低阻抗的等電位聯(lián)結(jié)。同理，打接地極的接大地就是與大地作等電位聯(lián)結(jié)，只是接地極的接地電阻以Ω計(jì)，其值甚大，引起的電位差也大，等電位效果不理想而已。

二、等電位聯(lián)結(jié)降低了對(duì)接地電阻的要求

在地面上的建筑物內(nèi)也可創(chuàng)造類似飛機(jī)內(nèi)那樣的等電位環(huán)境以提高用電安全水平。那就是在建筑物內(nèi)作等電位聯(lián)結(jié)，即在建筑物內(nèi)將電氣電氣裝置的外露導(dǎo)電部分和電氣裝置外的可導(dǎo)電部分（金屬結(jié)構(gòu)、管道等）互相連通而使電位相等或接近，以減少電氣災(zāi)害，這可用圖1和圖2來(lái)說(shuō)明。在圖1中一TT系統(tǒng)的外露導(dǎo)電部分通過(guò)接地極RA接大地，發(fā)生接地故障時(shí)接觸電壓Ut為故障電流Id在接地極RA和PE線上的電壓降Id· （RA+ZPE），其值約百伏左右。如果作了等電位聯(lián)結(jié)，如圖2中點(diǎn)劃線所示，則接觸電壓Ut僅為Id·ZPE。因ZPE< RA，Ut僅10V左右，它與接地電阻的大小已無(wú)多少關(guān)系。假如有個(gè)神話中的大力神將建筑物拔地而起，使它脫離大地，但電源依然接通，建筑物內(nèi)的人群依然能照常安全地生活和工作。這時(shí)接地電阻為無(wú)限大，但對(duì)用電安全卻毫無(wú)影響，因?yàn)榻ㄖ锏膮⒖茧娢灰逊堑仉娢欢堑入娢宦?lián)結(jié)系統(tǒng)的電位了。

等電位聯(lián)結(jié)是建筑物電氣裝置內(nèi)必須實(shí)施的基本電氣安全措施。它在電氣安全上的作用：（1）顯著降底預(yù)期電壓；（2）消除種種原因引起的危險(xiǎn)電壓；（3）接地故障保護(hù)的有效補(bǔ)充。所以，從圖2可知接觸電壓的大小與重復(fù)接地?zé)o關(guān)，由于等電位的作用，在許多情況下國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)沒有必要規(guī)定接地電阻的阻值要求。

需要說(shuō)明，以上所述系對(duì)低壓配電系統(tǒng)用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分的保護(hù)接地而言。對(duì)于變電所低壓側(cè)中性點(diǎn)的系統(tǒng)接地我國(guó)的規(guī)定又失之過(guò)大，例如規(guī)定為4Ω以至10Ω，這是不夠安全的，但卻未提出其科學(xué)依據(jù)。需知就用電安全而言，系統(tǒng)接地的接地電阻越小用電越安全，因此國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其都規(guī)定有計(jì)算公式的要求。例如為防TN系統(tǒng)內(nèi)的人身電擊事故，規(guī)定有計(jì)算公式PB/RE≤50／（U0-50），又如為防在10kV小電阻接地系統(tǒng)內(nèi)，TI'系統(tǒng)低壓設(shè)備絕緣被工頻暫態(tài)過(guò)電壓擊穿，規(guī)定有計(jì)算公式Id·Rb≤1200V。諸式中尺PB、RE、U0分別為系統(tǒng)接地的接地電阻，Ω；接地故障電阻，Ω；以及低壓系統(tǒng)的相對(duì)地電壓，V。

三、對(duì)共用接地要求接地電阻不大于1Ω的商討

現(xiàn)時(shí)一個(gè)建筑物內(nèi)常有多種用途的電氣系統(tǒng)，為避免不同系統(tǒng)接地裝置間的電位差引起人身電擊之類的電氣事故，國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一個(gè)建筑物內(nèi)只能設(shè)置一個(gè)共用的接地裝置，這一要求已基本為我國(guó)的電氣專業(yè)人員所接受。但在我國(guó)一些規(guī)范內(nèi)又額外增加共用接地的接地電阻不大于1Ω的規(guī)定，卻未見其說(shuō)明和依據(jù)，這是一個(gè)值得商討的問(wèn)題。

在50Hz的電氣裝置中電抗X的影響可忽略不計(jì)，而PE線的電阻又甚小于接地電阻，因此人們往往只規(guī)定對(duì)接地電阻值的要求?，F(xiàn)在已進(jìn)入信息時(shí)代，信息技術(shù)設(shè)備的工作頻率以MHz計(jì)，這樣在阻抗Z中不僅需考慮電阻R的影響，更需考慮高頻作用下電抗X的影響。不妨作一簡(jiǎn)單計(jì)算，一信息技術(shù)裝置接向接地極的接地線長(zhǎng)10m，其工作頻率為10MHz，設(shè)接地線的電感為1μH／m，則此段接地線的電抗X將為2πfL=2×3.14×（10x106）×（10×106）=628Ω，在如此大的電抗值下，將接地電阻限制為不大于1Ω對(duì)阻抗值Z的減少毫無(wú)影響，耗費(fèi)大量人力物力追求不大于1Ω的接地電阻值又有什么意義呢?還需說(shuō)明，在工程交接驗(yàn)收中用儀表測(cè)得的只是接地的直流電阻值或工頻電阻值而非高頻阻抗值Z。

因此國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信息技術(shù)裝置不規(guī)定接地電阻要小到多少來(lái)保證信息設(shè)備的正常工作，而是規(guī)定許多措施來(lái)最大限度地減少等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)中的高頻聯(lián)結(jié)阻抗。例如規(guī)定聯(lián)結(jié)線不僅需有足夠的截面和良好的電氣連接，還需有足夠的表面積以減少高頻集膚效應(yīng)的影響，走線則力求短直，以減少電感。又如盡量利用建筑物金屬結(jié)構(gòu)、管道作大量水平的和垂直的高頻等電位聯(lián)結(jié)并聯(lián)通路。這些措施都是為了盡量減少等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)中的高頻阻抗以保證信息設(shè)備的正常工作。設(shè)置不大于lΩ的接地電阻，對(duì)此恐是隔靴抓癢無(wú)濟(jì)于事的。

圖3是國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)例示，圖中PE線為保證安全用電的工頻接地線，它必須與相線緊靠來(lái)減少故障回路工頻阻抗，以提高回路過(guò)流防護(hù)的動(dòng)作靈敏度。ITE下的銅網(wǎng)格為一高頻等電位平面，它和圖中的信號(hào)接地線都需滿足上述高頻低阻抗的要求，并和ITE的PE線接在同一配電箱PE線母排上。不同樓層互相聯(lián)系的ITE則通過(guò)建筑物內(nèi)大量結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管道等實(shí)現(xiàn)水平的和垂直的多并聯(lián)通路的高頻低阻抗等電位聯(lián)結(jié)。國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定有若干其他減少高頻等電位聯(lián)結(jié)阻抗的措施，不多述。

防雷裝置必須接地，用以將雷電流泄放入大地和降低對(duì)地電位。雷電既能擊壞建筑物和電氣、電子設(shè)備，也能干擾ITE。它也是高頻的，因此也需滿足上述高頻低阻抗的等電位聯(lián)結(jié)要求。為防雷電危害需實(shí)施完善的等電位聯(lián)結(jié)，不僅需與電氣裝置共用接地，消除接地極上的I·R電位差對(duì)電氣裝置的危害，國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)（建筑物防雷，通則，IECl024-1，1990）還要求在防雷引下線適當(dāng)間隔距離處（不超過(guò)20m）與建筑物等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，以防引下線上L電位差招致的高電位跳擊，滿足防雷安全要求。

四、及時(shí)獲取國(guó)外新信息，提高我國(guó)建筑電氣水平

現(xiàn)階段我國(guó)建筑電氣與國(guó)際水平尚存在一定的差距。本文所探討的接地、等電位聯(lián)結(jié)和接地電阻等問(wèn)題只是建筑電氣中一個(gè)方面的問(wèn)題。建議我建筑電氣人員直接參閱國(guó)際上建筑電氣新標(biāo)準(zhǔn)、新資料，及時(shí)獲取建筑電氣新信息，積極更新觀念，將我國(guó)建筑電氣技術(shù)提上一個(gè)新臺(tái)階。