电气设备上地线的处理方法

阿杰

电气安全的含义主要有3种：设备安全、消防安全、人身安全。熔断器、空气开关的功能是短路和过载保护，其作用是保证设备安全和消防安全。电气设备上的地线（或接地端子），是把设备上在故障情况下可能带电的金属部分用导线连结起来的引出线，它的主要作用是确保人身安全。
大家知道，按变压器次级的中性点是否接地分类，线电压在1 kV伏以下的低压电网一般分两种：接地电网和不接地电网。国家标准（GB5306—85）要求，在接地电网中，变压器低压端的中性点必须直接接地，且接地电阻不大于4Ω。在不接地电网中，变压器低压端的中性点是不接地的。为了减轻高压串入低压的危险，在中性点与大地之间一般装设击穿保险器。当电气设备在不同的电网中使用时，它的地线应按国家标准中相应的要求用不同的方法进行连接，具体如下：
1、在不接地电网中使用时的接法
在不接地电网中，应将电气设备上的地线与大地紧密地连接起来，即将设备保护接地，如图1所示。据图可知人体电阻Rr与接地电阻Rb处于并联状态。当一相碰壳时，接地电流Id通过（Rr／Rb）和电网对地绝缘阻抗形成回路。设各相对地绝缘阻抗相等，均为Z，电网相电压为U，运用电工学方法可求得漏电设备的对地电压为：
一般情况下｜Z｜很大，Rb＜＜｜Z｜，所以保护接地后设备的对地电压大大降低，只要适当控制Rb的大小就可将设备的对地电压限制在安全范围内。国家标准要求在一般情况下Rb不大于4Ω。
保护接地必须有接地装置，接地装置由接地体和接地线（包括地线网）组成。接地体分自然接地体和人工接地体，它是接地装置的重要组成部分，必须严格按标准安装制作，现简要介绍如下。
凡与大地有可靠接触的金属导体，除另有规定外均可作为自然接地体。如埋设在地下的金属水管、井管等等。人工接地体通常采用直径40～50 mm的钢管或40 mm×40 mm×4 mm～50 mm×50 mm×5 mm的角钢垂直埋设。为兼顾成本与性能，长度一般以2．5 m左右为宜，数量不少于两根。它们可以成排布置，也可作环形或射线形分布，如图2所示，具体参数见图3。无论是自然接地体还是人工接地体，安装完后都需对接地电阻进行测量，达标方可投入使用。把自来水管作接地体或“插根铁丝当地线”是不符合要求的，也是很危险的。
2、在接地电网中使用时的接法
在接地电网中，应将电气设备上的地线与保护零线紧密地连接起来，即将设备保护接零，如图4所示。当某相带电部分碰连设备外壳时，通过设备外壳形成该相对零线的单相短路，即碰壳短路。短路电流Id能促使线路上的保护装置（如熔断器RD）迅速动作，切断故障部分的电源，消除触电危险。
我们必须注意，在接地电网中是不许对设备进行保护接地的，原理如图5所示。设接地电网相电压为U，变压器低压中性点接地电阻为Ro，设备外壳的对地电压为Ud，如果该设备有保护接地装置，当某相发生碰壳短路时，由于人体电阻Rr与保护接地电阻Rd处于并联状态，且Rd＜＜Rr，Rd≈Ro≈4Ω，人体承受的电压为：
显然这个电压对人体是危险的，这说明在接地电网中保护接地设备本身并不安全。
同样理由，此时零线对地电压由原来的Uo＝0变为：
这使得整个系统不再安全，其它保护接零设备也都带上了危险电压。
与此同时，由于Rd、Ro限制了故障电流的大小，线路上的保护装置可能不会动作而使这种危险状态长期存在。
可见，不看设备工作的电网环境，片面强调“是地线就该接地”的观点是不正确的。
3、有特殊要求时的处理方法
由于接地电网在减轻故障接地的危险、稳定系统的电位等方面有一定的优势而被广泛应用。如果没有特殊要求，我国的低压电网一般采用接地方式。从前面的分析可知，在这样的电网中是不许将设备保护接地的。另一方面，随着电子技术突飞猛进的发展，集成电路、晶体管等半导体器件在各种设备上得到了越来越广泛的应用。这类设备上的地线除确保人身安全外还有防止静电和电磁干扰、提高设备可靠性的作用。这样的设备一般要求保护接地。对于这类设备，它们的地线可按以下3种情况酌情处理。
（1）对于大型设备，应单独建立不接地电网供电，以便对设备采取保护接地的措施。
（2）对于中小型设备，在接地电网中使用时，应通过隔离变压器建立不接地电源进行二次供电。例如，申星牌XTZ－140全自动洗涤脱水机给它的以单片机为核心的控制电路供电时就是采用的这种方法。值得注意的是，隔离变压器是接地电网的负载，其铁芯应保护接零。设备是隔离变压器所建立的不接地电源的负载，所以应保护接地。
（3）对于微机这类小型设备，其工作环境干燥，外设一般是塑料部件，漏电危及人身安全的可能性很小，其地线的主要作用是防止静电和电磁干扰、提高设备可靠性。在接地电网中使用时，如有必要，这类设备的地线可经过图6所示的阻容网络接地。这个电路常跨接于彩色电视机的“冷地”和“热地”之间。电阻、电容分别泄放静电和高频谐波。值得注意的是，电路的结构和参数涉及安全问题，不应随意更改。由于有这个网络的隔离，对接地装置的要求变得很低，它可以是自来水管，也可以是插座上的火线或零线。当然，插座上的火线和零线一般带有高频谐波，从这点考虑用自来水管做接地装置要好一些。