1.3　接地的概念

1.3.1　哪些設備要接地

機電設備是指通過電能能夠形成機械運動的設備。需要接地的機電設備有各種各樣的生產設備、電力設備、通信設備、電腦、避雷設備、電氣防腐蝕設備等。圖1-15所示是接地的概念圖。

1.3.2　為什么要接地

進行接地的機電設備，其目的有的是為了安全，也有的是為了通信清晰。把大地作為回路的一部分也是接地。如圖1-16所示，機電設備外殼接地就是為了將外殼對地的電位降低。當設備殼內的雜散電阻為Z1，殼外的雜散電阻為Z2，其對地電位的計算表達式為，明顯地看出機電設備外殼接地后，對地電位大大小于外殼不接地。根據《GB 4793.1—2007，測量、控制和實驗用電氣設備的安全要求第1部分：通用要求（IEC 61010-1：2001，IDT）》的規定：設備在正常條件下，在可觸及零部件與地之間，任意兩個可觸及的零部件之間，如交流電壓的有效值有可能超過33V（或峰值超過46.7V），直流電壓值有可能超過70V時，都必須設置保護地。

為了實現接地的目的，做接地時，必須裝設大地的電氣端子，而這個端子起作用的是接地電極。通常接地電極是埋入地下并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地電極或接地體。兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物的基礎、金屬管道和設備，稱為自然接地體。

從被接地設備經接地線、接地電極流向大地的電流，叫做接地電流。在接地時，與大地連接是否良好的標志是接地電阻，接地電阻低，說明與大地實現了良好的連接。

1.3.3　什么叫接地電極

所謂電極就是電的源端或匯端。如常見的干電池，其電極為電源兩端的正負極。

接地電極是電子流入大地的通路，接地極就是埋入地下并直接與大地接觸的金屬導體。接地極可比作一個樹根，根系是機電設備的電氣裝置分布系統。樹根吸收水分和營養以維系樹的生長，就像接地電極在電氣保護系統中起的重要作用一樣。

接地電極種類很多，美國全國電氣規程將名詞“接地電極（Grounding Electrode）”改為“接地電極系統（Grounding Electrode System）”。其實接地電極系統一般是由多個接地電極組成，但仍然有采用單個接地電極的。接地電極除專門的接地極之外，主要還包括金屬水管電極、輔助電極、作為電極的建筑鋼構物、水泥封裝的電極、地環電機、棒和管電極、板電極、居民樓單元電極、電解質接地棒等。

1.3.4　接地電極的作用

接地電極對所有的接地都是至關重要的。在大地安裝接地電極，就是為了幫助電子流入大地，以保持與大地的良好接觸，使得與接地系統相連接的機電設備電氣部分的非載流金屬部分保持在零電位。還可以為浪涌引起的強電流提供多通路，因雷電或線路上的浪涌引起的強電流，通過接地電極提供通路，使大量電子電荷盡快消散到大地中。當設備外殼上產生或聚集泄漏電荷時，利用接地電極引導到大地中。在故障狀態下，供電系統的接地線連接到配電柜上時，其作用就是把故障電流引導到過流保護裝置上。但是，接地電極的作用不是傳輸故障電流，使過流保護裝置受觸發而工作。原因是從接地電極到供電電路過流保護裝置之間的阻抗很高，電流很小，幾乎不能觸發過流保護裝置。

如果在同一個建筑物內部有幾個有效的接地電極，那么任何兩個電極之間都有可能有電位差，要讓接地電極系統對地電位為零，必須把所有電極搭接在一起。接地電極和大地必須有良好接觸，否則接觸點處的阻抗就會變得很高，從而產生熱量。當大地主要成分是沙而沒有黏土時，電子努力穿越高阻抗節點進入大地時產生的熱量，足以把包圍接地電極的沙熔化、結晶，可見產生的不良結果是不堪設想的。

1.3.5　接地電極作用的實現

要想發揮接地電極的作用，首先要確保大地與機電設備的非載流金屬部分之間維持零電位。通過有效的接地系統，維持各種設備接地導體的連續性，把所有的接地電極搭接在一起。為確保大量電子、泄漏電荷或靜電電荷流入大地中，要盡可能地給流向大地的電子提供多條低阻抗通路。還要確保接地電極周圍的大地狀況滿足接地要求，使得接地電極的作用得以很好發揮。

1.3.6　接地線

被接地設備和接地電極連接的電線，稱為接地線。實際應用中，機電設備或塔桿的接地螺栓與接地電極或零線（由電力變壓器接地中性點引出的線）連接的電線都稱為接地線。

1.3.7　接地裝置

接地電極（或接地體）和接地線的總和，稱為接地裝置。接地線有接地干線和接地支線兩種形式，如圖1-17所示。

接地電極按其布置方式可分為外引式接地體和環路式接地體。按其形狀劃分，有管形、帶形和環形幾種基本形式。按其結構劃分，有自然接地體和人工接地體。自然接地體如上下水金屬管道、與大地有可靠連接的建筑物和構筑物的金屬結構（敷設于地下其數量不少于兩根電纜金屬包皮）及敷設于地下的各種金屬管道。注意，可燃液體以及可燃或爆炸的氣體管道除外。人工接地體如鋼管、角鋼、扁鋼和圓鋼等鋼材。注意，在有化學腐蝕性的土壤中，應采用鍍鋅的鋼材或銅質的接地體。

1.3.8　機電設備接地系統

對機電設備的接地而言，若按系統考慮，可分成兩大部分。

①接地連接部分　從儀表、控制設備的接地端子到總接地板之間導體及連接點電阻的總和，稱為連接電阻。

②接地裝置部分　接地極對地電阻和總接地板、接地總干線及接地總干線兩端的連接點電阻之和，稱為接地電阻。

第二部分對連接電阻和接地電阻分別提出了不同的要求。總連接電阻一般要求小于1Ω，機柜內部的連接電阻應小于0.1Ω。