谈谈接地保护装置

　　在工程技术上，许多地方要求必须接地，即应当有工作地线。因为交流电可能通过元器件的内阻、等效电感或电容耦合、绝缘不良等途径。使电器的外壳或外露的金属部分呈现带电状态。

　　使用交流电网供电并具有金属外壳的设备，如果是需要人工操作的，或是人体经常接触到的。为避免设备漏电时发生触电事故，把在故障情况下可能出现危险的对地电压的导电部分同大地紧密地连接起来，称为保护接地，接地体和接地线总称为接地装置。

　　如果电器设备的金属外壳不接地，则当电器设备一相绝缘损坏时，其金属外壳就存在相电压，人体一旦接触就会通过电流造成触电事故。

　　目前我国低压供电系统采用三相四线制。配电变压器低压侧的中性点是直接接地的。电器设备采用了保护接地之后。当电器设备一相绝缘损坏出现漏电时。其接地短路电流较大，就会熔断保险丝或使自动空气开关断开，切断电源，确保人身安全。

　　为了保证熔断器或自动空气开关能迅速可靠地动作，接地短路电流不应小于熔体额定电流的4倍或自动空气开关整定电流的1.5倍。为了安全可靠，接地体的接地电阻应小于4Ω。且越小越好。减小接地电阻的方法是尽量利用自然接地体，采用多点接地、网状接地等。

　　这里顺便谈一下“保护接零”。所谓“接零”是将电器设备在正常情况下不带电的金属外壳与系统中的零线相连接，称为保护接零，零线就是三相四线中接地的中性线，所以接零只能在中性点接地的三相四线制系统中采用。其作用原理是，当电器设备有一相发生绝缘损坏碰外壳时，由于保护零线有足够的截面，阻抗甚小，能产生很大的单相短路电流，使熔体迅速熔断或自动空气开关跳开，从而切断设备电源。同时，保护接零的优越性就在于能克服保护接地受制于接地电阻的局限性。但须提出的是，在同一系统中，不得将一部分设备接零，而一部分设备接地。即应采用同一类型的保护接地（接零）装置，以免接地设备绝缘发生碰壳故障时，零线电位升高而发生事故，如图下所示。

　　采用保护接地时，接地装置的接地电阻不应大于4Ω，敷设人工接地体不应少于二根，采用垂直敷设时，其入地深度不应小于2m，二根接地体之间的距离不应小于2.5m。

　　所有设备的保护接地线或接零线不得串联，应当分别直接接于接地干线或接零干线。下图、下下图分别示出了错误和正确接线实例。

　　有接地要求的单相电器设备，不得使用两孔插座，单相电源的三孔插座不得用于三相动力设备。，没有条件正确采用接零的场合，宁可不要保护接零，以免造成电气事故。

　　使用三孔插座时，接线必须正确。应将插座上接电源中性线的孔和接地的孔用两根导线分别接到工作零线（N）和保护线（PE）上，不准将插座上接电源中性线的孔和接地线的孔串接，以免当接零线松落时，设备外壳带电。

　　为了施工和便于检查，相线、中性线、接地线应有明显的颜色区别，通常三根相线采用红、黄、绿三种颜色，中性线采用黑颜色，而接地线采用黄绿相间的颜色。

　　为防止雷击，在较高建筑物上的顶部通常都设置避雷针或避雷器，并经引下线到接地装置与大地作良好的连接。当建筑物上空出现雷云时，地面上感应出的负电荷就会沿着接地装置、引下线和避雷针进入大气，与雷云的正电荷中和，避免发生大规模的放电现象。为避免静电感应雷，应将建筑物内所有大型金属物体全部予以良好的接地，使感应产生的静电荷迅速地被引导入地，消除积聚放电的可能。

　　由于雷击时在接闪器、引下线和接地体上都会产生很高的电位，对附近的电器设备、金属管道、电缆等可能造成破坏事故。所以，防雷接地装置同地下管线之间，一定要保持适当的距离。

　　当架空线路直接受到雷击或在其周围发生雷击时。在线路上会形成高达数十万伏的感应过电压。

　　这称之为高电位引入。因此在架空线路上每隔一段距离就要重复接地，这是必不可少的保护措施。

　　接地对设备的安全也是至关重要的。任何两种不同的物体发生摩擦时，都会产生不同的静电荷。在冬季气候干燥的情况下，工作人员在铺设地板的机房内走动，人体便会带电，有时这种静电可高达千伏以上，如果电器设备没有采取接地保护措施，人体碰触到设备或某些器件时，静电就会造成设备的损坏。因此工作台和设备外壳都应接工作地线。人体所带的静电通过地线泄放后，才不致对设备造成危害。

　　电路图中选择一个参考点的电位作为零电位，例如图4所示的NPN管放大电路，是从电池负极接地作参考点。但也可改用图5所示用电池正极接地作参考点。这两种电路实质相同，但所标注的各点电位数值都不相同了，然而电路中任意两点间的电压不变，如基极到发射极的电压Vbe都是+0.7V，Vce都是+0.2V，同样：PNP管放大电路亦可以从电池负极接地，分别如图6、图7所示。在集成电路中，集成运放电路、TTL电路、CMOS电路等一般均在正电源情况下工作，即电池负极接地，这称为“正逻辑”工作方式；而PMOS电路在负电源情况下工作。其电源正极接地，这称为“负逻辑”工作方式。

　　在电路图中，认为所有接地符号表示这些点的参考电位应相等，即是等电位。但实际上，由于种种因素会引起这些点的参考电位出现差异，对电路的工作状态产生一定的影响，有的影响可以忽略不计。有的影响则必须采取补偿措施。

　　例如，便携式仪器使用机内直流电源。测试时无须接地，参考点电位是悬浮的，即使测试点对地有较高电位差，对测试仪器本身没有多大影响，只要注意输入信号不超过量程限制即可。但在使用交流供电以及需接地的仪器时，就要慎重考虑接地问题。特别是测试点的“地”与仪器的“地”参考电位是否相等。测试点是否允许接地，这两点一定要心中有数，有的高档测量仪器在使用中对输入信号要求很严，一旦过载就会损坏仪器，有时直接引入仪器测量端口的信号是正常的，但忽略了仪器“地”同测量点“地”的等电位问题。就会通过回路引入电位差，如图8所示测试状态。如果仪器是悬浮的（使用直流供电，不接地），在仪器的输入端仅有同轴电缆芯线与屏蔽层之间的电位差U1，若是使用交流供电，大致有两种情况：

　　1.使用三芯电源插头，相线L、中性线N和地线上（接地）正确连接，则仪器的“地”与大地之间没有电位差，这是标准测试时仪器电源的连接方式；

　　2.使用两眼插孔，仪器外壳未接工作地线。则仪器的“地”与大地之间可能会有一个交流电位差U2。如果被测试的同轴电缆中除传输高频信号外，还馈送放大器电源，那么电缆末端外层屏蔽（地）与大地之间也会有一个交流电位差U3，测试仪器同电缆的“地”电位不一致。

　　倘若是在第2种情况下测试同轴电缆信号。仪器的电位差U2、电缆与大地之间的电位差U3，特别是测试探头与电缆芯线先接通时，仪器输入端承受的电位差最大，即：Ui=U1+U2+U3。这个电压如果超过仪器允许范围，就会使仪器受损。

　　现在自动控制的电器越来越多，强电与弱电技术融合在一起，对强、弱接口部分的“地”电位应概念明确。例如有一台自动焊机工作不正常，在检修时为观察控制脉冲发生器的工作情况，用示波器接人有关部分进行检测。该焊机控制脉冲发生器电路图上标示的“地”电位实际上是悬浮的，真正直接与工作地线相连的仅是焊机的外壳部分，而所使用的示波器是通用单踪示波器。其外壳与测试探头地线连接在一起，检修人员将示波器放在焊机外壳上，通过两台设备的金属外壳，使示波器探头一端（地）与工作地线等电位（如图9所示）。当测量主通路大功率可控硅的阴极和控制极脉冲波形时，经过示波器测试线将地电位引入，相当于把可控硅控制极接到电网零线上，结果瞬间烧毁大功率可控硅。如果将示波器的外壳与电焊机外壳相互隔离，也即人为地使示波器参考点电位“地”悬浮起来，在这种情况下进行测试，便不会损坏设备。

　　再如，采用不平衡方式进行长距离音频信号输送时（如图10所示），在信号源的“地”A点与放大器的“地”B点之间会产生一个电位差Uab，这个信号叠加在信号源输出信号Uo上。传输距离越远，电位差Uab越大，信号源高电平输出时，相对干扰要小一些。信号源输出电平低时，电位差造成的影响相对较大。采用平衡方式馈送信号，并在传输终端加入有源或无源校正装置，可以使干扰减至最小。

本文关键字：暂无联系方式电工电器基础，电子学习 - 基础知识 - 电工电器基础