接地基础

通天雷神

论TN系统接地型式

王祖强

　　2001年，陆续读过几篇关于论述TN系统接地型式的文章，颇有异同，即有的论述正确，但也有些不实之处，可能是由于不太了解历史情况的片面理解。为此，本文将对这方面作些陈述，供大家参考。
　　一、关于TN－C接地型式的来由，与建国后到八十年代初国内工厂设计和民用建筑设计的做法问题。
　　1949年，建国前，220/380伏低压配电系统中，我国?以上海、天津为代表?曾采用接地保护?TT系统?，但在建国后的工业和民用建筑中则广泛采用接零保护了?TN系统?。这在当时的保护电器只有初级的熔断器和只有短路保护的自动开关的条件下，TN系统的单相接地短路电流和相同条件下的TT系统相比，要增大五倍以上，单相接地短路电流大，有利于保护装置的快速动作，从而提高了导速切断电源的条件，即提高了安全程度，这不能不说是正确的。
　　在五十年代到八十年代初期，国内有关设计规程，普遍推存“接零保护”?TN系统?。在工厂设计中，正确环境下的三相负荷平衡的动力设备的用电车间，为了节约有色金属?这是当年国家规定的技术政策?，甚至有用吊车钢轨或穿线钢管作“零线”的做法。但是别忘了，规程规定除了“工作接地”的要求外，还有必须进行“保护接地”的要求，如配电屏、开关柜、配电箱和用电设备的金属外壳等。即一般情况下，从车间变电所的接地点引出保护接地干线，此接地干线?通常是40×4扁钢?沿墙离地面30厘米处明敷，成环形绕厂房一周，多跨厂房中间沿柱暗敷，在柱处明敷，车间内所有用电设备?如配电箱、机床?的金属外壳用25×4扁钢与接地干线焊接处连接，所以它实际上是TN－S型式。在没有变电所的车间，此保护接地是从电源进户处的重复接地点引出的，TN－C－S型式。真正的TN－C型式在车间照明回路和民用建筑中比较普遍。广大的民用住宅，由于当年的家用电器很少，一般只有照明灯和少量的电风扇、电子管收间机等，它们由于挂高或无金属外壳，触电机会少，而且每户住宅面积不大，用电回路设备容量很小，其单相回路熔断器的熔体电流一般为2－4安，所以它具有一定的安全和可靠程度。
　　低压配电系统的接地型式与安全问题，在以往多年间，国内外都曾进行过长期的探讨、试验，国际电工委员会1977年通过的建筑电气装置标准总结了世界各国的低压配电系统的接地做法，才正式统一划分为TN、TT、IT三种接地系统，而且根据不同的做法，在TN系统中又有TN－S、TN－C、TN－C－S三种型式。在1982年的IEC364－4－41标准中，进一步明确了一些具体做法和保护措施的具体要求。对故障情况下的电击保护?间接接触保护?总的要求，不论其系统的接地型式如何，必须共性考虑的两条措施：1.用自动切断供电的保护；2.总等电位联结。而且更明确的提出其保护措施；第一要与系统的接地型式相配合；第二要与保护装置的特性相适应。
　　对于允许长时间维护的最大预计接触电压?通秒电压极限?UL，正常环境下，规定为50伏交流有效值?我国老规程为65伏?。这些条文我国现行的相关电气规程中，均已采用。
　　这时还应说明一点，TN系统中，接照IEC364－3标准的原文“TNPOWER SYSTEMSHAVEONEPOINTDIRECTLY EARTHED……”，译文为“TN电力系统有一个直接接地点”。但这个接地点是一个还是多个呢?从我国实际情况看，电力部门的规程中，TN系统都强调中性线重复接地，因此在有关技术要求中，只提“有直接地点”，而不提“一点”或“多点”。
　　二、关于TN－C接地型式存在不够安全的问题
这方面从八十年代以来论述诸多，概括起来就是：
　　1.配电线路过长，以及保护装置选择不当或其保护性能不完善，单相短路电流不足以使保护装置正确的可靠地切断电源的情况下，电源中心点和接保护中性线?PEN线?的设备的外壳均会长时间带有危险电位。即使是进户处有重复接地，虽对降低接触电压有一定作用，但仍免不了其危险性。
　　2.架空相线断落接地，如断线处接地电阻阻值大，由短路电流小，不能使保护装置动作，中性线?N线?电位在50伏以下时，不会危及人身安全，但断线接地点的电位较高，危险的部分是接地点周围。若接地点的电阻值甚小，则接地点电位较低而变压器中心点和N线以及接PEN线的设备外壳均带有危险电位。即使有重复接地或者是TN－S型式都消除不了这种危险。唯一的办法是降低变压器中性点的接地电阻值到1欧以下。
　　3.N线断线
　　1?断线后的接PEN线的设备外壳都处于高电位。
　　2?如三相负载不平衡，则其负载侧中性点偏移，各相电压不对称，导致某一相或两相以上所接用设备烧毁。这是经常听到的屡见不鲜的现象。即使断线的负载侧有重复接地，也只能使其危害程度减轻。
　　4.用电的三相负荷不平衡和有三次谐波电流。N线上将有较大的电流，从而使N线和接PEN线的设备外壳呈现较高电位，产生手触电气设备外壳的麻电现象。
　　除此之外，本人认为更为值得人们关注的是：从五十年代到八十年代初我国绝大多数民用建筑中，尤其是居民住宅，接地系统以TN－C型式单相两线入户的诸多。随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，家用电器多了，用电安全问题突出。例如许多家用电器事宜保护接地线的单相三级插头，单相220伏三极插座接地极如何接线?本人曾在各地作过调查：有的不接线，有的将它与N线极相连，也有的接出一根导线接到PEN线上或者接地附近的自然接地体上。这就是导致使用中存在有不安全因素。
　　1.有的用户将某一用电设备?例如洗衣机?的插座接地极引出导线接地自来水管上，而其他用电设备?例如电风扇、电饭锅等?的插座把接地极与N极连接在一起，这就出现了TN保护和TT保护共一系统的情况。这是不安全的，也是规程所不允许的。规程规定：“由同一台发电机、同一台变压器或同一段母线供电的低压线路，不宜采用TN、TT两种保护方式”。因为其中有一台用电设备单相接地碰壳，保护装置没有动作，其他设备的外壳都会呈现危险电压。
　　3.住宅中的相线和N线，常有不熟练的人?例如户主?去修理线路，很容易将相线和N线接错，使接PEN线的设备外壳带电而引起事故。

电子设备的接地

——　作者：埃德·纳考奇　（Ed Nakauchi）

　　大整本《美国国家电气法规》（NEC）中，关于接地的第250节是最难理解的一节，也是最容易错误执行的一节。电子设备对接地不当和电气噪音十分敏感。由于电子设备前所未有的普遍应用，有必要对下面一些问题作出回答。

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美国国家防火协会（NFPA）的规定

　　NEC第100节对“接地”一词定义如下：电气回路或设备与大地，或与代替大地的导体之间的导电的连接，它可以是有意的连接，也可以是无意的连接。

　　我们都应该熟悉这个定义。在配电回路或分支回路里，所有的回路和设备都通过导电连接来互相连通，从而减少它们之间的电位差，或将电位差限制到最小值。

　　在上述定义里，术语“地”是个关键。 NEC当然是针对安全编制的。接地的主要目的就是保证电气安全。在电击防护和为接地故障电流提供返回电源通路方面接地是很重要的。这两个问题都可将回路和地之间加以连接来解决。

　　通常将一接地棒打入地内就算与大地相连接了。对于一个建筑物配电系统，可在靠近电源进线处打一接地棒来接地。

　　将回路导线与地连接（Ground）或将设备接地（Grounding）可起如下作用：

·提供设备与近旁金属物体间的低阻抗连接，以减少人身电击危险。

·给接地故障电流提供返回电源的低阻抗通路，使熔断器或断路器得以动作。

·给雷电感应电流提供低阻抗的对地泄放通路。

·给静电电荷提供对地泄放通路，以防产生电火花或电弧。

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防雷接地

　　防雷装置也需要接大地。当电气装置附近发生雷击时，以千安计的雷电流在电气装置内感应出很大的电位差。将建筑物和设备的金属部分进行低阻抗的相互连接可减少此电位引起的各种问题。这种低阻抗的连接可将直接雷击产生的大雷电流经一安全通道泄放入地。

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与大地连接的接地

　　我们将大地看作一个无穷大容量低阻抗（零电位）的“海洋”。这当然是个简括的说法。电流的流动是遵循克希霍夫电流定律的。实际上大地的容量仍是有限的，所以雷电流在某些点上仍要流出大地。这一电流可产生电位差，从而给电子设备的设计者和使用者带来麻烦。电子设备频率高时此电位差更成为一个大问题。

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静电防护

　　前已述及，为了人身安全、设备安全和雷电防护需要作接地。关于设备安全，接地的作用并不仅限于对电路故障的防护，它还可为静电电荷的泄放提供通路。静电电荷的泄放电路意指能安全释放积蓄阶电荷的电路。因此其接地系统需有非常低的接地阻抗。接地线的长度和尺寸是最影响接地阻抗的因素。因长度增加后阻抗随之增加。尺寸加大阻抗就减小。我们谈到导线尺寸时，那只是指导线的截面。在讨论接地时，长度是指从连接点到接大地点的那一段距离。

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直流电阻

　　我们有必要讨论一下低阻抗值的接地。在许多接地情况下这是一个重要问题。在多数应用中，被接地点（译注：例如接地的电源中性点）至接地点（译注：指接地极处）能保证一低直流电阻通路就足够了。如果仍然存在噪音干扰的问题，那就需应用更先进的技术和设备来解决问题。

　　但由于不良的接地装置设计、施工和维护，我们许多人经常发现工程中存在过高的接地阻抗。噪音过滤器在一个工作不正常的信息系统中可以起到奇妙的作用，但对于一个接地阻抗偏高的系统却无能为力。

　　美国国家电气法规第9章表8列示了铜导线的直流电阻值。计算接地系统时可查阅此表。

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瞬态电涌

　　即使你不使用高速运算的数据处理设备，瞬态电涌仍然要给你找麻烦。瞬态电涌脉冲出现在交流电路中日益成为常见现象了。当投切电动机（或其他设备）时，在电路上产生短促的电压脉冲，这些脉冲在线路上能传输很长一段距离，它含有基波和大量谐波。这些谐波可高达几百兆赫。在如此高的频率下，设备接地线变成了噪音传输线。

　　为什么会如此呢？你可将984被频率的兆赫数除即可求得波长的ft 数。为使传输效率最高（也为了避免谐）接地线的长度不应大于波长的四分之一。这一波长通常为有关频率中最高频率的波长。最高频率约为数据处理设备最高时钟频率的10倍，或是π值(3．14）的倒数与瞬态信号上升时间的乘积。

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谐振效应

　　接地线与大地以及邻近金属物体间存在电容。我们有必要回顾一下电容器的基本定义，电客器是被一电介质分隔的两个导体。在许多情况下，此电介质即是空气。当频率低时，电容的客抗很高，对电路没有什么效应。当频率高时，同一电容（与所接设备接地线的电感相结合）却能构成一谐振回路。并联谐振回路谐振时看起来象一个高阻抗。因此，当谐振回路的Q值（译注：指回路的品质因数）能增大阻抗值时将出现许多电压尖峰。

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共有阻抗

　　有一种耦合形式，一个回路内的电压或电流可在另一回路内产生出电压或电流。这种耦合不是有意识的，它常造成不必要的干扰。我们称它为共有阻抗，因为它通常是接地系统的阻抗，而上述耦合则正是因跨接于其上而发生的。此接地系统为一回路的一部分，同时也为其他回路所共有。要记住，接地线或信号参考面的电位并非是零电位。接地系统阻抗越低，干扰电位就越低。

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干扰耦合

　　干扰耦合包括刚才讨论的公共阻抗耦合和由于电容效应和电感效应而引起的噪音耦合。因噪音电流通过地而产生电压差，从而产生大量的干扰。此电压可通过电容效应或电感效应与其他的接地线或信号线耦合。减少设备接地线的阻抗就可减少这种耦合效应。

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如何防止噪音环流

　　获得无干扰等电位参考面的第一步是将交流电源线路中的返回通道（中性线）只在一点与安全接地系统相连接。必须做到的二点是交流电源线路的返回电流不得流入信号参考地系统。由于消除了电流环路，这种与交流返回电流隔开的信号参考地系统可最大限度地减少公共阻抗耦合。

　　第二步是将电子设备尽可能通过多点与信号参考地相连接。这可为高频干扰提供多个并联的对地通路从而减少了电感效应。根据欧姆定律，电阻并联后其阻值减少。故并联通路越多，对地阻抗越小。这样做也有助于将接地之间的物理距离减少到我们所需要的1／10波长的距离或更小。和上述第一步相同。这样做也消除接地电流环路，因为设备多点所接的地都是实在的地。

　　既然不能将电源线、控制线和信号线合成一回线进入设备；在敷线和连接导线时同样也不要将设备接地线和各类被接地的线（其电位设计为零伏）合成一回线。应使进入接地系统的电流尽量小（此电流可经接地线流入其他设备）。也应使此电流进入接地系统后尽快流入大地（此电流不再流入其他设备）。为此一300 hp电动机接向大地的接地线应短于给可编程序控制器供电的15 kV A变压器接大地的接地线。应记住接地线的长度和宽度在接地中是至关重要的。

　　良好的接地平面可减少接地阻抗。可以想象用多根并联带形导体组成的接地平面能降低电感。对于射电频率信号的接地而言，导体面积大时效率高，因其电感小。阻抗随之也小。接地平面大到极限时为多块搭接的或对接的整块金属板（需要时可覆盖整个平面）。当然这常是不可能的。通常的做法是采用网格，它实质上是具有许多网孔的接地平面。当网孔尺寸小于所需频卒波长的1／10时，网格的效果接近一实体平板。为使此接地平面更为适用，应满足两个条件：

·所有接至网格的设备接地线的长度必须小于最高频率的1／10的波长；

·设备与接地平面的连接必须具有足够的并联通路，以降低设备与接地平面间的电位差。

通天雷神

关于“接地(PE)或接零(PEN)”及其他

　
北京市住宅建筑设计研究院　　朱林根  
   
   近日收到各地不少热心读者和电工专业人员来稿讨论保护接地和保护接零技术问题和施工安装工艺，笔者认为对这一个技术问题有的同志还存在着概念不清，因此觉得对施工安装、质量检查、工程监理的同志需要讨论统一认识。电气工程设计界的同志认识较为统一，正规设计院所签发的电气工程施工图纸和说明书上，可以说已经没有人标注“保护接零”一词了。2002年6月出版发行的《民用建筑变配电设计》罗列的49部与建筑电气工程设计相关的国家现行规范和标准?截止到2001年底?，可以说没有一部规范、标准中再用保护接零一词。《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16－92 14.1.3“用电设备的接地，一般可区分为保护性接地和功能性接地。保护性接地又可分为接地和接零两种型式”，显然这里指的接零型式是在保护性接地范畴中的。

　　电工科学技术理论和设备、器材是从欧美国家发现发展起来的，传入我国也不过120年的历史，过去的用电安全保护措施，只有保护接地一种。20世纪50年代电工科技全面学习原苏联，规范、标准完全照搬苏联章程，保护接零是从原苏联学来的。保护接零对于三相四线制系统不对称负载来说，中性线是有电流的，尤其中性线不能断开，否则用电设备的外露可导电金属外壳带电，会造成电击事故。

　　1978年后我国改革开放，欧美先进的电工科技和设备大量引进，为了与先进工业国家开展技术交流与合作，20世纪90年代国家对电工的技术规范、标准作了大量修订，基本上全部等效或等同IEC标准，例如《系统接地的型式及安全技术要求》GB14050－93、《漏电保护器安装和运行》GB13955－92，两部国家标准明确提出低压配电系统的保护接地型式有三种：

1.TN系统?分三种安装类别?

?1?TN－S系统；

?2?TN－C系统；

?3?TN－C－S系统；

2.TT系统

3.IT系统

　　从而在正规设计院?所?签发的设计图纸、说明书上不再采用保护接零一词了。尔后采取的漏电保护、等电位联结等安全用电技术措施，保护接地始终是安全用电技术措施的首要传统措施。

　　然而一些现行的甚至刚发布的建筑电气施工质量验收规范，例如《电气装置安装工程1kV及以下配线工程施工及验收规范》GB50258－96、《电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范》GB50259－96、《建筑电气工程施工质量及验收规范》GB50303－2002－3.1.7及至全篇?2002年6月1日实施?“接地?PE?或接零?PEN?支线必须单独与接地?PE?或接零?PEN?干线相连接，不得串联连接”。这里的“或”字意味着两个概念，显然《建筑电气施工质量验收规范》把接地或接零是相提并论的，对它表述的准确性是笔者提出商榷的所在。

　　其他：例如《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303－2002－11.2.3－1.2.3.4及至全篇“交流A相为黄色、B相为绿色、C相为红色”，《电气图用图形符号》GB4728.1～13，1985年颁布实施，工程设计、安装已经完全采用17年了，应是交流L1相为黄色、L2相为绿色、L3相为红色。交流系统设备端标志，U为第一相；V为第二相；W为第三相。N为中性线、PE为保护线、PEN为保护和中性共用线。

　　又例如GB50303－2002－6.1.1?101页?文：“对高压柜而言是保护接地。对低压柜而言是接……”、“尤其在照明工程中，TN－S系统，即三相五线制应用普遍……”等等这些不规范的电工术语，作为国标最新规范条文刊出，显然是不确当的。

　　《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16－92建设部1993年8月1日批准施行，《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303－2002，建设部2002年6月1日批准实施，时隔10年技术应当进步不是倒退吧。况且国标规范应该统一标准、一致采用规范电工术语，才是国家标准。

通天雷神

关于TN-C-S接地系统的讨论

从中性点直接接地的公用变380／220v低配网络取电的居民住宅楼配电系统，为了防止多种接地型式同时出现，有许多地区的电力部门规定采用TT接地型式，按规定配合使用末端RCD。照理这种配电方式能较好地防止接地故障所引起的触电及其它事故的发生但由于害怕网络中性线断裂而造成的负荷中心点漂移，许多地方的电管部问又采用中性线多点重复接地的办法，企图以此来遏制负荷中心点漂移的程度。并且一般在落火线引入建筑物处必须做这种重复接地。这样一来就很难重复保证TT接地型式中的末端设备外壳的接地极不与网络的N线重复接地极电气关联，从而使TT型式隐性地转化为TN-C-S型式。这种由TT型式隐性转化来的TN-C-S型式往往带来TN-C-S型式的全部缺陷而又不具备该型式的优点。原因是TT型式中末端用电设备的接地极与网络N线的重复接地极之间的电气关联往往是不稳定的，有时处在高阻状态下。既然TT接地型式易隐性转化为TN-C-S型式，则不如干脆采用TN-C-S型式，为可靠计仍配用RCD来作末端用电设备及线路的接地故障生保护采用TN-C-S接地型式，一般在建筑物电源引入的电缆接线箱处作PEN线的重复接地，之后PEN线分裂为N线和PE线，不得再相混淆。这是一种典型的TN-C-S接地型式，有的人喜欢把它叫做局部的TN-S型式，或者说进户之后采用TN-S型式，似乎都欠妥。

　　由于采用TN-C-S接地型式则末端用电设备及线路的接地故障系直接的金属短路，回路阻抗较小，短路电流较大，通常情况下都能使过流保护电器（断路器或熔断器）及时动作。加之采用RCD作接地故障的专上卫是护，应该说这种型式的配电系统对接地故障引起的触电及其它事故的保护是较TT型式更为安全可靠的。

　　凡事有利有弊。配电系统采用TN-C-S接地型式也有其固有的缺陷而需引起充分的注意。

（1）在相线和N线互调或相线搭落在N线上的事故状况下，设备外壳将带上致命的相电压，这是要力求避免的。

（2）中性线（PEN）断裂将使与负荷中心点相连的设备个壳带上危险电压。由于这时候三相不平衡电流流经由重复按地、大地及变压器的工作接地所组成的高阻回路，压降自然较流经PEN线时大。而这时如果又发生重复接地引线断裂，则三相负荷中心点漂移加剧可能危及用电设备的安全，而且设备外壳电压将再度升高，尤其在这时候若发生末端用电设备的接地故障，将使设备外壳的对地电位升高到220伏的相电压，这就十分危险了。为了防止PEN两年线强度。另外可能采用电力电缆作为低压母线，这对防止与PEN线断裂也是十分有利的。

　　上述几条基本上与低配网络有关，而公用变引出的380／220伏低压配电网络是隶属电管部门的所有和管理的，与作为某一住宅楼建筑的电气设计关系不大。从设计和施工的角度来说，TN-C-S接地型式算是找到了一种较好的居民住宅楼低压配电系统的接地制式。为了保证该系统中RCD的正常运行，防止误动作或难以合闸，要再强调的一点是RCD之后的末端系统中的N线必须与相线一样地保持对地的良好绝缘。

通天雷神

防雷接地问答

（一）问题
1.明敷防雷引下线近地端为什么要加以保护？
2.防雷引下线设置断接卡子的目的是什么？
3.利用建筑物钢筋混凝土中的结构钢筋作防雷网时，为什么要将电气部分的接地和防密接地连成一体，即采取共同接地方式？
4.周围无高层建筑，低压架空线引人建筑物时，为什么要将进户杆的瓷瓶铁校担按地？
5.装有避自带的屋顶上，安装风机等电气设备后，如何进行防密措施？
6.装有避自带的水塔顶上有一只航空灯，该航空灯的电源线敷设时要注意什么问题？
7.多层建筑的防雷装置如何施工？

（二）答案

1．明敷防雷引下线近地端为什么要加以保护？

明敷防雷引下线地上 1.7m 至地下 0.3m 的一段加保护措施的目的有两个：（1）在易受机械损坏的地方，加保护管后可防止防雷引下线受机械外力而损坏；（2）在人们能接近的地方．加绝缘保护（套硬塑料管或包缠绝缘材料），一旦雷击时，可减小接触电压。

在工矿企业，防雷引下线设在人们不易接近的地方。为防止防雷引下线受到机械外力，可用角钢或钢管加以保护．如图1 所示。当用钢管保护时，钢管两端，应把钢管管口和防雷引下线焊成一体，如不焊接，则雷击时，钢管感应电抗大，不利把雷引到地下；钢管的上口应封口．防止管内积水。

在住宅区，防雷引下线应用硬塑料管保护，塑料管的上口亦应封口。保护管或保护角钢应用铁卡子固定在墙上．铁卡子离地面或离保护管上口的距离为300mm，铁卡子一般用 25mm×4mm 锌扁钢加工。

2．防雷引下线设置断接卡子的目的是什么？

GB5O169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》第2.5.1条第三款明文规定：建筑物上的防雷设施采用多根引下线时．宜在各引下线距地面的 1.5～1.8m 处设置断接卡。

设置断接卡的目的是便于测量引下线的接地电阻，供检查用。规范指出：设置断接卡是对有多根引下线的场合。当建筑物（例烟囱）只有一组接地极时，不应该设置断接卡；当建筑物（例厂房）有两组及以上的引下线，每根引下线下有一组接地极时，设置断接卡可分别测量每组接地极的接地电阻。

规范未强调“必须”，而用“宜”在各引下线距地面的 1.5～1.8m 处设置断接卡，这里“宜”有双重含义：

（1）并非有多根引下线时，都必须设置断接卡。例如，利用建筑物柱头内主钢筋作为防雷引下线，并利用混凝土桩内钢筋作为接地极时，不应该设置断接卡。为了测量接地极电阻，在混凝土桩打入地下后，测量每根桩的接地电阻，然后把所有桩用圆钢（直径最小为 10mm，通常用 16mm）或扁钢（最小截面为 25mm×4mm，通常用40mm×4mm）连成一体，再测量总接地电阻。为了在建筑物投入使用后，检查接地电阻，可在建筑物近地端引出检测点，即从引下线主钢筋上焊出接地线至检测点，此检测点可为钢板并外露。

（2）断接卡并非一定要设置在 1.5～1.8m 处。一般在公共场合，如住宅区，防雷引下线明敷时，应把断接卡设置在 1.5～1.8m 处；暗敷时，为不影响建筑物的外观，断接卡可设在近地端的墙内（一般为距地 300～400mm）。当防雷引下线既未设置断接卡、又未设置检测点时，若检查接地电阻，可用导线把建筑物顶上的避雷带或避雷针引至地面进行测量，测量结果需减去导线的电阻。

3．利用建筑物钢筋混凝土中的结构钢筋作防雷网时，为什么要将电气部分的接地和防雷接地连成一体．即采取共同按地方式？

当防雷装置受到雷击时，在接闪器、引下线和接地极上都会产生很高的电位。如果建筑物内的电气设备、电线和其它金属管线与防雷装置的距离不够时，它们之间就会产生放电。这种现象称之为反击，其结果可能引起电气设备绝缘破坏，金属管道烧穿，从而引起火灾、爆炸及电击等事故。

为了防止发生反击，建筑物的防雷装置须与建筑物内外的电气设备及其它接地导体之间保持一定的距离，但在工程中往往存在许多困难而无法做到。当利用钢筋混凝土建筑物的结构钢筋作暗装防雷网和引下线时，更难做到。如电气配管就无法与结构钢筋分开到足够的绝缘距离。
　
当把电气部分的接地和防雷接地连成一体后，就使建筑物内的钢筋间构成一个法拉第笼，在此笼内的电气设备和导体都与笼相连接，就不会受到反击。

4．周围无高层建筑。低压架空线引入建筑物时，为什么要将进户杆的瓷瓶铁横担接地？

发生雷击时，雷电波往往会沿架空电线进入室内。为了防止雷电波进入室内，将固定瓷瓶的铁横担接地，就使横担与导线之间形成一个放电保护间隙，其放电电压约40kV、当雷电波沿架空电线侵入时，瓷瓶上发生沿面放电，将雷电波导流入地，大大降低架空电线上的电位，将高电位限制在安全范围以内。为此 SDJ4-79《架空配电线路设计技术规程》第58条作了如下规定；为防止雷电波沿低压配电线路侵人建筑物，接户线上的绝缘子铁脚直接接地，其接地电阻不宜大于 30Ω。公共场所（如剧院和教室等）的接户线以及由木杆或木横担引下的接户线，绝缘子铁脚应接地。

5．装有避雷带的屋顶上，安装风机等电气设备后，如何进行防雷措施？

建筑物屋顶上装有风机、热泵、航空灯等电气设备时，把设备外壳与避雷带连成一体这是通常的做法，但往往忽视了重要的一点：即这些电气设备的电源线未加防护不能直接与配电装置相连接。

GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》第2.5.3条作了如下规定。装有避雷针和避雷线的构架上的照明灯电源线必须采用直埋于土壤中的带金属护层的电缆或穿入金属管的导线、电缆的金属护层或金属管必须接地，埋入土壤中的长度应在 10m 以上，方可与配电装置的接地网相连或与电源线、低压配电装置相连接。
　
如果与避雷装置连成一体的电气设备的电源线，未加防护直接与低压配电装置相连接．当遭到雷击时，雷击引起的高电位就会通过电源线传到其它低压配电装置上。

与屋顶避雷装置已连成一体的电气设备的外壳，如再与屋内的接地线相连是更严重的错误。因为屋顶遭到雷击时，雷电流就会从避雷带→屋顶电气设备外壳→屋内电气设备外壳，使屋内电气设备外壳出现高电位，这是极其危险的。因此屋顶电气设备的外壳已与避雷装置连成一体后，不允许再与屋内接地线相连。

6．装有避雷带的水塔顶上有一只航空灯，该航空灯的电源线敷设时要注意什么问题？

装有避雷带的水塔，落雷时，雷电流除了沿着避雷引下线入地外，还有可能沿着航空灯的电源线进入室内。因此航空灯的未加防护电源线不能直接进入室内，而应采用带金属护层的电缆或穿入金属管的导线，且金属护层或金属管必须接地，埋入土壤中的长度应在 10m以上，方可再与电源或低压配电装置相连接。

当航空灯采用光导纤维传送光时，则不必采取上述措施。例如上海东方明珠电视塔的航空灯，强光从下面通过不导电只导光的光导纤维传送到高空，向天空发出强光信号，对这种光导纤维就不必采取避雷措施了。

7．多层建筑的防雷装置如何施工？

沿屋脊、屋檐及屋面两侧的斜边上装避雷带；若屋面为平顶，则沿屋面四周或女儿墙上架设避雷带，避雷带距外墙边的距离宜小于或等于避雷带支起的高度。

为避兔接闪部分的振动力，可将避雷带支起 10～20cm，支点间距不应大于 1.5m，一般取 1m。若屋顶有水箱，因水箱高出屋顶，因此在水箱顶部四周亦应安装避雷带。采用避雷带防雷时，屋面上任何一点距避雷带的距离不应大于 10m。如果屋面宽度超过20m 时，可增加避雷带，用避雷带组成 20m×20m 的网格。

避雷带一般用 25mm×4mm镀锌扁钢做成，女儿墙上的避雷带也可用装饰金属栏杆。避雷带至少有两根引下线和防雷接地极相连，引下线应对称设置。引下线之间距离对于一般建筑不大于 24m。引下线可明装亦可暗装，明装一般用 25mm×4mm 镀锌扁钢，明装引下线与建筑物墙面间隙一般不小于15mm。明装引下线是在建筑物外墙土建施工完后进行的。当引下线与支架焊接连接时，在引下线与墙之间应衬垫铁皮，避免焊接飞溅沾污墙面。焊接完后再拿走铁皮。暗装引下线则利用柱头主钢筋，这在土建施工时完成。

接地极通常每组用两根，相距 5m，两者用扁钢相连。接地极可用 50mm×5mm 角钢或 φ40mm 钢管（厚3.5mm）长2500mm 制成，埋深不宜小于 0.6m。有多根引下线时，在引下线距地面 1.5～1.8m 处，宜设置断接卡，断接卡以下的明敷引下线应用绝缘管（如 PVC 塑料管）加以保护

通天雷神

雷电防护及等电位接地的探讨与应用

广西地凯科技公司（530003）王东生

   摘要  目前，防雷接地工程五花八门，计算机及电子设备受雷击损坏逐年增多。本文依据IEC有关防雷标准（如IEC1312-1）和国家有关防雷标准（如 GB50057-94），结合笔者多年来在防雷理论及防雷工程研究、实践经验,论述雷电防护等电位接地系统中迫切需要解决的有关问题。
   关键词    等电位接地         接地汇集环       雷电先导         阻抗变换

１ 线路过电压、过电流损坏设备的原因分析及防护方法

1.1 雷击避雷针、避雷带、电源线、信号线产生感应过电压（过电流）的现象是经常发生的。

1.2 图１中的电子设备Ａ和Ｂ是两台互相传输数据的设备，假设电源线上传输进来５kA雷电电流波（10/350μS），按图２所示的等效电路，设备是否会被损坏？

图１ 独立接地系统的设备电位差图

1.2.1 假设：电源避雷器Ｐ性能优良，其响应时间和导通后的残压不会损坏电子设备Ａ，雷电流IP=5kA全部流经避雷器P进入接地点Ｇ1入地；
接地电阻R1＝1Ω、R2＝1Ω、R3＝1Ω，且互为独立接地。
雷电流IP流过接地电阻Ｒ1时，接地点Ｇ1的地电位将抬升为ＵG1＝Ip·R1＝5kV。
1.2.2 该电位ＵG1此时会加到电源的输入端ａ1，而设备Ａ的接地点Ｇ2为零电位，则电源输入端与入地点Ｇ2之间的电位差Ｖa1G2＝5kV。
电子设备开关电源能耐受的最高电压为800～1500V（10/350μS波）,若5kV的电压波加到ａ1─G2两端，则设备Ａ的电源端将被过电压损坏。
1.2.3 为了避免设备Ａ的电源端免受雷击损坏，应将接地点G1与G2相连接（如图２所示）。

图２ 用避雷器防雷的等电位接地图

  1.2.4 从1.2.3项看，Ｇ2电位变为5kV，此时，信号传输线另一端设备Ｂ的接地点Ｇ3为零电位，而信号接口ａ2与接地点Ｇ2之间的电位差VG2a2变成了5kV，从而使信号接口ａ2损坏。
1.2.5 要保护信号接口ａ2，应在信号接口ａ2和接地点Ｇ2之间安装残压小的信号避雷器ＰA，且接地点必须与Ｇ2相连。
1.2.6 由1.2.4项可以看出，设备信号接口被雷击损坏，该雷电不一定是由信号传输线产生的感应过电压所致。
1.2.7 由1.2.5项可以发现，虽然设备Ａ的信号接口ａ2并未损坏，但5kV的电压已加到ａ2与G3端，那么信号接口ｂ2会损坏吗？理论计算与实验结果表明：ａ2至ｂ2的信号传输线，如果线径≤1mm，长度大于100m，则线阻加上导线的分布电感所形成的电抗分压，使得加到ｂ2与Ｇ3的电压Ｖb2G3小于100V，但如果传输线小于100m，则有可能使Ｖb2G3＞100V 而使设备B受到雷击损坏。
1.2.8 为使设备Ｂ得完好保护，应同设备Ａ一样按1.2.3和1.2.5项的要求去做。
假设雷电从信号线上产生,其分析方法,防护手段同1.2.1至1.2.8。
２ 直击雷损坏设备的原因分析和防护方法

2.1 图３是建筑物受直击雷后室内设备受损坏的示意图，图中Ａ、Ｂ、Ｃ是处在不同楼层的电子设备;ＳA、ＳB、ＳC为各设备之间互相通信的信号线;Ｓ是与建筑物外的设备通信信号线；Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3为不同楼层建筑物内部钢筋引下线；Ｌ、ＬA、ＬB、ＬC为设备供电线路；ＲS为设备工作接地，ＲG为建筑物防雷接地，ＧA、ＧB、ＧC为设备工作接地在主杆线上的接地点；ＰL、ＰS分别为电源避雷器和信号避雷器。

图3  建筑物内设备受雷击分析示意图

2.2 假设雷电直接打在建筑物楼顶避雷带上，入地雷电流Ｉ＝100kA，ＲG＝1Ω、ＲS＝1Ω。此时,Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3所处的各楼层的电位都将抬升100kV,如果ＧA、 ＧB、ＧC与防雷地不相连接，就会发生设备工作地线与建筑物楼板到处打火的现象（反击），因为100kV的电位差可击穿的空气距离达300～500mm（由当时的空气绝缘程度而定）。
2.3 如果ＲG与ＲS相距较远（如20m以上），设备工作接地线与楼板、墙壁绝缘较好，地电位的抬升不足以击穿设备工作地线。但雷击时，工作人员刚好与设备机壳相接触，人身体上的某一部位又与地板或墙壁相接触，雷电将会流过人体进入设备工作接地，人身安全必将受到伤害（作者本人亲眼看到此类事故的发生）。

2.4 当2.2项和2.3项的事故发生后，高电位进入设备击穿设备的电源端或信号端口，雷电从电源线或信号线流出，构成了雷电流回路，使设备受到损坏，造成雷电电流波的低电位引入现象。

2.4.1 为了避免2.2项和2.3项事故的发生,ＲG与ＲS必须是同一个接地体,即设备工作地和防雷地必须联合接地；联合接地后，人身安全了。

2.4.2 联合接地后，设备就安全了吗？不,雷击时,设备机壳通过工作地线流入接地体，由于地线的分布电感及线电阻产生的线电压降很大（分布电感产生的线电压将在下一节讨论）,很难保证设备Ａ与Ｂ与Ｃ之间的地电位是相等的,当电位差大于100V以上就有可能使ＳC、ＳB、ＳA和Ｓ的接口通过信号连接线将雷电流（或过电压）引入而损坏接口；当雷电产生的电位差大于800～1500V，电源输入端口ＬC、ＬB、ＬA也将损坏（不论是否安装避雷器ＰL、ＰS，此结果作者曾做过多次试验）。

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零线与地线的理论与实践?

　　长期以来，零线与地线被人们混为一谈，有人认为零线就是地线，反之，地线也就是零线。其实这是一种错误的认识，那么零线与地线有什么区别呢?下面笔者谈一谈个人的观点。
　　零线与地线并不是同一概念，零线是中线的俗称，是电力部门提供的工作线路。就是说我们每家每户使用的两线照明线路，一线称相线(火线)，另一线则是中线(零线)。目前电力系统的供电方式绝大部分是采用三相四线制。为减小电能的损失，在输电过程中采用远距离高压输电，即三相输电，到城镇通过变压器降为市电单相220V和三相380V供给不同的用户，中线(零线)就是三相高压输入变压器变为四线低压供给用户的工作线路之一。
　　地线是接地装置的简称，地线又分为工作接地和安全性接地，其中安全性接地又可分为保护接地、防雷击接地和防电磁辐射接地。
　　1?工作接地　是用它完成回路使设备达到性能要求的接地线。如六、七十年代农村家家户户使用的广播有一根地线，而且接地处要经常用水淋湿。工作接地是把金属导体铜块埋在土壤里，再把它的一点用导线引出地面，这就建成了接地系统，地线要求接地电阻≤4Ω。
　　2?保护接地　为防止人们在使用家电及办公等电子设备时发生触电事故而采取的一种保护措施。家用电器和办公设备的金属外壳都设有接地线，如其绝缘损坏外壳带电，则电流沿着安装的接地线泄入大地，以达到安全的目的，否则会给人身安全造成危害。用电规程规定保护接地电阻应≤4Ω，而人体的电阻一般大于2000Ω，根据欧姆定律，绝缘损坏时通过人体的电流仅为总电流的1/500，从而起到保护作用。
　　3?防雷击接地　为防止在雷雨季节，高大建筑物，各类通信系统以及架于建筑物上的各种天线和其它一些设施被雷击，需加装避雷针，然后用导线将其引到安装的防雷击接地系统。
　　4?防电磁辐射接地　在一些重要部门为防止电磁干扰，对电子设备加装屏蔽网，安装的屏蔽网要接入相应的接地系统，并要求接地电阻≤4Ω。
　　除上述接地系统外有人提出“保护接零”接地法。所谓“接零”就是将各类电器的金属外壳、构架与供电线路的零线相连，当电器绝缘损坏，火线碰外壳时形成短路，熔丝迅速熔断以达到电源断开。然而，采用“保护接零”时，零线必须重复接地，而且接地电阻≤4Ω。否则是极其危险的，不做(零线)重复接地，当零线干线断开，电器外壳就带电(火线)，此时，当人站在地上触摸到电器外壳与大地形成回路，就会发生触电事故。因此，采用“保护接零”零线必须重复接地，实际上“保护接零”在安全用电规程中不允许的，就是将零线与地线混为一起。
　　5?保护接地　目前都是针对专用电子设备而言，一般家庭只有两线插座，没有地线，各种电器不便于保护接地，所以有的家庭把家用电器外壳的接地线接到自来水管或暖气管上，这是完全错误的方法。对一幢楼房来说，当一家接自来水管或暖气管的电器发生故障时，可能会使整个楼房的自来水管或暖气管带电，不能起到保护作用。