電氣接地方法在建筑中的芻議

　　摘要:本文對建筑電氣接地方法作出了分析，分別闡述了接地、等電位聯(lián)結對接地電阻的要求。

　　關鍵詞:建筑電氣；接地；防雷安全

　　1接地的兩種方式

　　1.1與大地相連接

　　通常人體離不開地球，所以人們使用的各種電氣系統(tǒng)都以大地的電位為參考電位。為取得大地電位需與大地連接，為此需打接地極用作與大地連接的接線端子，通過接地線的傳導取得地電位，這就是我們常用的接地。

　　1.2與代替大地的導體相連接

　　隨著電氣技術的進步，現(xiàn)時對接地賦予了新的涵義，即與代替大地的導體相連接也是接地，例如汽車的輪胎是絕緣物質(zhì)，因此汽車上各類電氣系統(tǒng)的接地也是接代替大地的金屬車身。

　　許多用電中發(fā)生的電擊、電氣火災等電氣事故是因過大的電位差而引起。比如飛機上的電氣安全就是靠以機身代替大地，進行低阻抗的等電位聯(lián)結并輔以其他安全措施來保證的。所謂以與代替大地的導體相連接而實現(xiàn)接地實際上就是與導體間進行低阻抗的等電位聯(lián)結。同理，打接地極的接大地就是與大地作等電位聯(lián)結，只是接地極的接地電阻以Ω計，其值甚大，引起的電位差也大，等電位效果不理想而已。

　　2等電位聯(lián)結降低了對接地電阻的要求

　　在地面上的建筑物內(nèi)也可創(chuàng)造類似飛機內(nèi)那樣的等電位環(huán)境以提高用電安全水平。那就是在建筑物內(nèi)作等電位聯(lián)結，即在建筑物內(nèi)將電氣裝置的外露導電部分和電氣裝置外的可導電部分(金屬結構、管道等)互相連通而使電位相等或接近，以減少電氣災害，這可用圖1和圖2來說明。在圖1中一TT系統(tǒng)的外露導電部分通過接地極RA接大地，發(fā)生接地故障時接觸電壓Ut為故障電流Id在接地極RA和PE線上的電壓降Id•(RA+ZPE)，其值約百伏左右。如果作了等電位聯(lián)結，如圖2中點劃線所示，則接觸電壓Ut僅為Id•ZPE。因ZPE<RA，Ut僅10V左右，它與接地電阻的大小已無多少關系。假如有個神話中的大力神將建筑物拔地而起，使它脫離大地，但電源依然接通，建筑物內(nèi)的人群依然能照常安全地生活和工作。這時接地電阻為無限大，但對用電安全卻毫無影響，因為建筑物的參考電位已非地電位而是等電位聯(lián)結系統(tǒng)的電位了�！　�

　　圖1接大地時Ui為Id(RA+ZPE)　　

　　圖2作等電位聯(lián)結時Ui為Id•ZPE

　　等電位聯(lián)結是建筑物電氣裝置內(nèi)必須實施的基本電氣安全措施。所以，由于等電位的作用，在許多情況下國際電工標準沒有必要規(guī)定接地電阻的阻值要求。

　　需要說明，以上所述系對低壓配電系統(tǒng)用電設備外露導電部分的保護接地而言。對于變電所低壓側中性點的系統(tǒng)接地我國的規(guī)定又失之過大，例如規(guī)定為4Ω以至10Ω，這是不夠安全的，但卻未提出其科學依據(jù)。需知就用電安全而言，系統(tǒng)接地的接地電阻越小用電越安全，因此國際電工標準對其都規(guī)定有計算公式的要求。例如為防TN系統(tǒng)內(nèi)的人身電擊事故，規(guī)定有計算公式PB/RE≤50／(Uo-50)，又如為防在10kV小電阻接地系統(tǒng)內(nèi)，TI'系統(tǒng)低壓設備絕緣被工頻暫態(tài)過電壓擊穿，規(guī)定有計算公式Id•Rb≤1200V。諸式中尺PB、RE、UO分別為系統(tǒng)接地的接地電阻，Ω；接地故障電阻，Ω；以及低壓系統(tǒng)的相對地電壓，V。

　　3對共用接地要求接地電阻不大于1Ω的商討

　　現(xiàn)時一個建筑物內(nèi)常有多種用途的電氣系統(tǒng)，為避免不同系統(tǒng)接地裝置間的電位差引起人身電擊之類的電氣事故，國際電工標準規(guī)定一個建筑物內(nèi)只能設置一個共用的接地裝置，這一要求已基本為我國的電氣專業(yè)人員所接受。但在我國一些規(guī)范內(nèi)又額外增加共用接地的接地電阻不大于1Ω的規(guī)定，卻未見其說明和依據(jù)，這是一個值得商討的問題。

　　為減少電位差我們希望接地和等電位聯(lián)結的阻抗Z=√R2+X2盡量小。在50Hz的電氣裝置中電抗X的影響可忽略不計，而PE線的電阻又甚小于接地電阻，因此人們往往只規(guī)定對接地電阻值的要求�，F(xiàn)在已進入信息時代，信息技術設備的工作頻率以MHz計，這樣在阻抗Z中不僅需考慮電阻R的影響，更需考慮高頻作用下電抗X的影響。不妨作一簡單計算，一信息技術裝置接向接地極的接地線長10m，其工作頻率為10MHz，設接地線的電感為1μH／m，則此段接地線的電抗X將為2πfL=2×3.14×(10×106)×(10×106)=628Ω，在如此大的電抗值下，將接地電阻限制為不大于1Ω對阻抗值Z的減少毫無影響，耗費大量人力物力追求不大于1Ω的接地電阻值又有什么意義呢?還需說明，在工程交接驗收中用儀表測得的只是接地的直流電阻值或工頻電阻值而非高頻阻抗值Z。

　　因此國際電工標準對信息技術裝置不規(guī)定接地電阻要小到多少來保證信息設備的正常工作，而是規(guī)定許多措施來最大限度地減少等電位聯(lián)結系統(tǒng)中的高頻聯(lián)結阻抗。例如規(guī)定聯(lián)結線不僅需有足夠的截面和良好的電氣連接，還需有足夠的表面積以減少高頻集膚效應的影響，走線則力求短直，以減少電感。又如盡量利用建筑物金屬結構、管道作大量水平的和垂直的高頻等電位聯(lián)結并聯(lián)通路。這些措施都是為了盡量減少等電位聯(lián)結系統(tǒng)中的高頻阻抗以保證信息設備的正常工作。設置不大于lΩ的接地電阻，對此恐是隔靴抓癢無濟于事的�！　�

　　圖3所示為國際電工標準例示的，裝有許多敏感信息技術設備（ITE)的建筑物內(nèi)的高頻等電位聯(lián)結和接地的示意圖。圖中PE線為保證安全用電的工頻接地線，它必須與相線緊靠來減少故障回路工頻阻抗，以提高回路過流防護的動作靈敏度。ITE下的銅網(wǎng)格為一高頻等電位平面，它和圖中的信號接地線都需滿足上述高頻低阻抗的要求，并和ITE的PE線接在同一配電箱PE線母排上。不同樓層互相聯(lián)系的ITE則通過建筑物內(nèi)大量結構鋼筋、金屬管道等實現(xiàn)水平的和垂直的多并聯(lián)通路的高頻低阻抗等電位聯(lián)結。國際電工標準還規(guī)定有若干其他減少高頻等電位聯(lián)結阻抗的措施，在此不多述。