1.3　接地的概念

1.3.1　哪些设备要接地

机电设备是指通过电能能够形成机械运动的设备。需要接地的机电设备有各种各样的生产设备、电力设备、通信设备、电脑、避雷设备、电气防腐蚀设备等。图1-15所示是接地的概念图。

1.3.2　为什么要接地

进行接地的机电设备，其目的有的是为了安全，也有的是为了通信清晰。把大地作为回路的一部分也是接地。如图1-16所示，机电设备外壳接地就是为了将外壳对地的电位降低。当设备壳内的杂散电阻为Z1，壳外的杂散电阻为Z2，其对地电位的计算表达式为，明显地看出机电设备外壳接地后，对地电位大大小于外壳不接地。根据《GB 4793.1—2007，测量、控制和实验用电气设备的安全要求第1部分：通用要求（IEC 61010-1：2001，IDT）》的规定：设备在正常条件下，在可触及零部件与地之间，任意两个可触及的零部件之间，如交流电压的有效值有可能超过33V（或峰值超过46.7V），直流电压值有可能超过70V时，都必须设置保护地。

为了实现接地的目的，做接地时，必须装设大地的电气端子，而这个端子起作用的是接地电极。通常接地电极是埋入地下并直接与大地接触的金属导体，称为接地电极或接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备，称为自然接地体。

从被接地设备经接地线、接地电极流向大地的电流，叫做接地电流。在接地时，与大地连接是否良好的标志是接地电阻，接地电阻低，说明与大地实现了良好的连接。

1.3.3　什么叫接地电极

所谓电极就是电的源端或汇端。如常见的干电池，其电极为电源两端的正负极。

接地电极是电子流入大地的通路，接地极就是埋入地下并直接与大地接触的金属导体。接地极可比作一个树根，根系是机电设备的电气装置分布系统。树根吸收水分和营养以维系树的生长，就像接地电极在电气保护系统中起的重要作用一样。

接地电极种类很多，美国全国电气规程将名词“接地电极（Grounding Electrode）”改为“接地电极系统（Grounding Electrode System）”。其实接地电极系统一般是由多个接地电极组成，但仍然有采用单个接地电极的。接地电极除专门的接地极之外，主要还包括金属水管电极、辅助电极、作为电极的建筑钢构物、水泥封装的电极、地环电机、棒和管电极、板电极、居民楼单元电极、电解质接地棒等。

1.3.4　接地电极的作用

接地电极对所有的接地都是至关重要的。在大地安装接地电极，就是为了帮助电子流入大地，以保持与大地的良好接触，使得与接地系统相连接的机电设备电气部分的非载流金属部分保持在零电位。还可以为浪涌引起的强电流提供多通路，因雷电或线路上的浪涌引起的强电流，通过接地电极提供通路，使大量电子电荷尽快消散到大地中。当设备外壳上产生或聚集泄漏电荷时，利用接地电极引导到大地中。在故障状态下，供电系统的接地线连接到配电柜上时，其作用就是把故障电流引导到过流保护装置上。但是，接地电极的作用不是传输故障电流，使过流保护装置受触发而工作。原因是从接地电极到供电电路过流保护装置之间的阻抗很高，电流很小，几乎不能触发过流保护装置。

如果在同一个建筑物内部有几个有效的接地电极，那么任何两个电极之间都有可能有电位差，要让接地电极系统对地电位为零，必须把所有电极搭接在一起。接地电极和大地必须有良好接触，否则接触点处的阻抗就会变得很高，从而产生热量。当大地主要成分是沙而没有黏土时，电子努力穿越高阻抗节点进入大地时产生的热量，足以把包围接地电极的沙熔化、结晶，可见产生的不良结果是不堪设想的。

1.3.5　接地电极作用的实现

要想发挥接地电极的作用，首先要确保大地与机电设备的非载流金属部分之间维持零电位。通过有效的接地系统，维持各种设备接地导体的连续性，把所有的接地电极搭接在一起。为确保大量电子、泄漏电荷或静电电荷流入大地中，要尽可能地给流向大地的电子提供多条低阻抗通路。还要确保接地电极周围的大地状况满足接地要求，使得接地电极的作用得以很好发挥。

1.3.6　接地线

被接地设备和接地电极连接的电线，称为接地线。实际应用中，机电设备或塔杆的接地螺栓与接地电极或零线（由电力变压器接地中性点引出的线）连接的电线都称为接地线。

1.3.7　接地装置

接地电极（或接地体）和接地线的总和，称为接地装置。接地线有接地干线和接地支线两种形式，如图1-17所示。

接地电极按其布置方式可分为外引式接地体和环路式接地体。按其形状划分，有管形、带形和环形几种基本形式。按其结构划分，有自然接地体和人工接地体。自然接地体如上下水金属管道、与大地有可靠连接的建筑物和构筑物的金属结构（敷设于地下其数量不少于两根电缆金属包皮）及敷设于地下的各种金属管道。注意，可燃液体以及可燃或爆炸的气体管道除外。人工接地体如钢管、角钢、扁钢和圆钢等钢材。注意，在有化学腐蚀性的土壤中，应采用镀锌的钢材或铜质的接地体。

1.3.8　机电设备接地系统

对机电设备的接地而言，若按系统考虑，可分成两大部分。

①接地连接部分　从仪表、控制设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和，称为连接电阻。

②接地装置部分　接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接点电阻之和，称为接地电阻。

第二部分对连接电阻和接地电阻分别提出了不同的要求。总连接电阻一般要求小于1Ω，机柜内部的连接电阻应小于0.1Ω。