防雷与接地技术概论

浅析低压供电系统的防雷与接地

摘 要

电能与其他二次能源相比，具有易于传输、方便控制、利用环保的优点。随着经济的发展和科技的进步，电能的利用越来越广泛。民用以及中小企业所需的低压供电系统更是占据了重要地位，为了让低压供电系统稳定而又安全的运行，人们一直在不断地探索。本课题就现阶段低压供电系统的防雷与接地技术所取得的成果及发展作简要分析。介绍了各种各样的防雷措施，以及低压供电中所采用的具体方案。另外包括了多种保护接地的方式，对防护要求较高的低压供电系统用联合接地方式以保证其稳定运转。

雷电是一种强烈的大气放电现象，自古以来就是威胁人类生命财产的一大自然灾害。每年我国会有上万人因雷击事故而伤亡并给国家和个人造成巨大的财产和经济损失。长期一来，防雷保护问题一直是电气工程中一个必须考虑的重要问题，随着现代电气和信息智能化趋势的迅猛发展，这一问题的重要性正日益显著。从富兰克林发明避雷针至今，人们经过大量的观察、实验、研究和实践，已经逐步掌握了一套比较有效的防雷保护措施。基于这些技术措施，虽然还不能完全避免雷电的危害，但已经可以用投资有限的防雷装置去尽可能地雷电的破坏作用，大幅地减轻雷电的危害程度。由于雷电电磁脉冲感应作用，在电力传输、通信传输线和建筑物金属构件上产生很高的高电压冲击波，造成供电系统的不稳定，甚至造成人身伤亡事故。因此，雷击电磁脉冲的防护已成为防雷设计中必不可少的重要内容。。

保护接地和保护接零是防止间接触电最基本的措施。 电气设备的任何部分与土壤间作良好的电气连接称为接地，与土壤直接接触的金属体称为接地体，连接接地体与电气设备之间的金属线称为接地线，接地线与接地体合称为接地装置。随着社会的不断进步，电能已成为人们生产生活中最基本的不可代替的能源。然而，当电能失去控制时，就会引发各类电气事故，其中对人体的伤害即触电事故是最常见的，而人们最忽视的就是间接触电。保护接地技术现在已经相当成熟了，因此会有很多不同的接地方式，但不管哪种接地方式，目的就是保护人身和设备的安全，保障系统的稳定运行，发挥电能的优越性，最大限度的创造经济价值。

关键词：低压供电 系统 防雷 保护接地 保护接零 分散接地 联合接地 等电位连接

目 录

一、前言............................................................................................................2 二、低压供电系统简介.....................................................................................3 三、低压供电系统的防雷...................................................................................4

1 雷电基础知识...................................................................................................4

2 低压供电系统防雷保护................................................................................6

3防雷现状及发展......................................................................................7 4 防雷相关产品设备.................................................................................9 四、低压供电系统的接地..........................................................................10 1接地基础知识................................................................................10 2低压供电系统保护接地...................................................................................11

3接地现状及发展........................................................................................13 4 接地相关技术及设备..............................................................................14 五、鸣谢..............................................................................................14 六、参考文献..............................................................................................14

- 1 -

一、前言

近年来，随着中国社会经济的迅猛发展，工业化程度的不断提高，对电能的需求也呈现不断上升的趋势。而且随着我国电力事业的蓬勃发展，电网也不断的扩大。

电网防雷是电力事业的一项的重要工作。电网在现有技术的条件下仍然出现遭雷击的现象。从某种程度上说，雷电是影响电网可靠稳定性的重要因素之一。如何能够更好的防止雷电对低压供电电网的影响是防雷保护的话题。由于微电子技术、计算机信息技术的迅猛发展，建筑物内信息系统的雷电防护又成为防雷技术中新的研究课题。由于雷电电磁脉冲感应作用，在电力传输、通信传输线和建筑物金属构件上产生很高的高电压冲击波，造成电子信息设备的损坏，甚至造成 人身伤亡事故。因此，雷击电磁脉冲的防护已成为防雷设计中必不可少的重要容。 一直以来,电子设备的接地工作都是电磁防护领域的重要课题。在进入数字化网络时代以后,大量的计算机，通信等工作在低电压的电子设备得到广泛应用，有线、无线网络的结合也越来越紧密，设备的运行环境也从过去的专业机房扩展到各种复杂环境。网络化给低压供电系统的防护和接地带来了新的挑战。雷电活动是雷云放电的自然现象,雷电现象的机理十分复杂,至今尚未有一个无懈可击的理论,防雷工程也必然涉及到多方面的技术。所以从行政管理、技术标准、工程实践各个角度说,防雷都是一个系统工程

当前我国现行的低压公用配电网络 ，通常采用的是TT或TN-C系统，实行单相、三相混合供电方式。即三相四线制380/220V配电，同时向照明负载和动力负载供电。三是线路结构不同。 接地保护系统只有相线和中性线，三相动力负荷可以不需要中性线，只要确保设备良好接地就行了，系统中的中性线除电源中性点接地外，不得再有接地连接；接零 保护系统要求无论什么情况，都必须确保保护中性线的存在，必要时还可以将保护中性线与接零保护线分开架设，同时系统中的保护中性线必须具有多处重复接地。不管哪种接地方式，目的就是保护人身和设备的安全，保障系统的稳定运行，发挥电能的优越性，最大限度的创造经济价值。

就本文中所提到的采用联合接地即所有接地系统共用一个共同的“地”，可以有效地解决雷击和干扰问题。联合接地特点：整个建筑物的接地系统组成一个笼式均压体有效防止雷电的干扰问题；联合接地的接地电阻非常小，不存在各种接地体之间的耦合影响，有利于减少干扰；可以节省材料，占地少， 经济效益好。

- 2 -

二、低压供电系统简介

低压供电系统是指从电源进线端起，直至低压用电设备进线端的整个电路系统，其中包括用电设备所在单位内部的变电所和所有低压供配电线路。低压供电线路连接方式主要是放射式和树干式，当负载点比较分散而各个负载点又具有相当大的集中负载时，采用放射式；当负载集中，同时各个负载点位于变电所或配电箱的同一侧，间距较短时用树干式，还有当负载比较均匀的分布在一条线上时也用此法！ 我国低压供电系统主要有三种运行方式：TN系统、TT系统、lT系统。

1.TN系统：把变压器低压侧中性点商接接地，再从接地点引出中性线N（俗称“零线”）。系统中。所有用电设备的金属外壳、构架均采用保护接零方式。 在TN系统中，所有电气设备的外露可导电部分均接到保护线上，并与电源的接地点相连，这个接地点通常是配电系统的中性点。 TN系统的电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护导体与该点连接。TN系统通常是一个中性点接地的三相电网系统。其特点是电气设备的外露可导电部分直接与系统接地点相连，当发生碰壳短路时，短路电流即经金属导线构成闭合回路。 2.TT系统：把变压器低压侧中性点商接接地。再从接地点引出中性线N。系统中，所有用电设备的金属外壳、构架均采用保护接地方式。

TT 方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称 TT 系统。第一个符号 T 表示电力系统中性点直接接地；第二个符号 T 表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接。 TT系统配电线路内由同一接地故障保护电路的外露可导电部分，应用PE线连接，并应接至共用的接地极上。当有多级保护时，各级宜有各自的接地极。在lT系统中，由于变压器低压侧中性点不允许配出中性线作为220V单相电源供 电，昕以，不适用居民和一般工厂生产用电。该系统的主要特点：1）人员意外发生单相触电时，所造成的危害程度大大降低；2）电网供电线路如发生单相对地短 路故障时，供电系统仍可带“病”运行。保证电气设备继续正常工作。所以，其主要应用在要求少停电场合，如矿山、井下及易燃易爆等危险场所。

3.IT系统：变压器低压侧中性点不接地或经高阻抗接地。系统中，所有用电设备的金属外壳、构架均采用保护接地方式。电气装置带电导体与地绝缘，或电源的中性点经高阻抗接地; 所有的外露导电部分和装置外导电部分经电气装置的接地极接地。 由于该系统出现第一次故障时故障电流小，电气设备金属外壳不会产生危险性的接触电压，因此可以不切断电源，使电气设备继续运行，并可通过报警装置及检查消除故障。 IT系统内发生第二次故障时应自动切断电源：当在另一相线或中性线上发生第二次故障时，必须快速切除故障。

- 3 -

三、低压供电系统的防雷

1 雷电基础知识 雷电的形成:

由于大气的剧烈运动，引起静电摩擦和其他电离作用，使云团内部产生了量的带正、负电荷的带电离子，又因空间电场力的作用，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部积累正电荷，下部积累负电荷（情况也可以相反），云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷云。雷云的成因主要来自于大气的运动，当雷云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影。如图:雷电是因强对流气候而形成的雷雨云层间和云层与大地间强烈瞬间放电现象。当雷电发生时,产生强大的雷击电流、炙热的高温、猛烈的冲击波、瞬变的电池场和强烈的电磁辐射等综合物理效应,对建筑物、 电子 电气装备和人、畜造成危害,是一种严重的气象自然灾害。 雷击分类:

通常雷击有三种主要形式：其一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。其二是带 电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由 于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”。其三是“球形雷”。

直击雷——是带点的云层与大地上某一点之间发生迅猛放电现象。雷电流也是电流,它具有电流所具有的一切效应,不同的是它在短时间以脉冲的形式通过强大的电 流;尤其是直击雷,它的峰值有几十kA,以至几百kA。它的峰值时间(从雷电流上升至1/2峰值算起,直至下降到1/2峰值至的时间间隔),通常负闪击只 有几微秒到十几微秒,正闪击较长些,正是这种特殊情况,使雷电流具有它特殊的破坏作用。

感应雷——是带电的云层由于 静电感应和电磁感应作用,使地面某一范围带上相反的电荷,当直击雷发生后,云层所带电荷迅速消失,而地面某些范围由于散流电阻大,散流速度相对较慢,以致 出现局部高电位,或者由于直击雷放电过程中,产生强大的电磁脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电位以致发生闪击的现象。

球雷——是一种橙色或红色的类似火焰的发光球体,偶尔也有黄色、蓝色或绿色的。大多数火球的直径在10 cm～100 cm左右。球雷多在强雷暴时空中普通闪电最频繁的时候出现。它在空中漂游时间可由几秒到几分钟,常由建筑物的孔洞、烟囱或开着的门窗进入室内,有时也通过 不接地的门窗铁丝网进入室内。 雷电电磁脉冲——是打雷时产生的作为干扰源的强大闪电流及其电磁场。它的感应范围很大,对建筑物、人身和各种电气设备及管线都会有不同程度的危害。

- 4 -

雷电侵入波——雷电侵入波是由于雷击发生在架空线路或架设于空中的管道上。在架空线路或金属管道上产生冲击电压。并沿线路或管道向两侧迅速传播。称行进波。当这种行进波沿着导线或管道进入变电所（站）时，将使电气设备绝缘击穿，危及人身安全。

雷电的危害:

a、雷电热效应的破坏作用

闪电表面上看只闪一次，实际上是一系列闪光，在闪光发生的瞬间，雷电流在极短的时间内，以连续的、尖峰脉冲形式通过强大电流。尤其是直击雷，它的放电电流平均达2.5万到4.5万安培间，大雷暴时最高达20万安培。

如果雷电击在树木或建筑物件上，被雷击的物体瞬间将产生大量热能，由于雷电流很大，通过的时间又极短（50~100s），根本来不及散发，以致物体内部的水份大量变成蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏。与雷电通道直接接触的金属因高温而熔化的可能性很大，因为通道的温度可高大6000~10000℃，甚至更高。因此在雷电流通道上遇到易燃物质，会引起火灾。 b、雷电流电动力的破坏作用

如果雷击的瞬间两根平行架设的导线的电流I1 和I2 都等于100KA。两导线的间距为50cm，计算结果表明，这两根导线每米要受到408kg的电动力。408kg/m的力完全有可能将导线折断。

折成锐角的导体间也受电动力作用。 c、雷电的静电感应作用

当空间有带电的雷云时，雷云下的架空导线等处会由于静电感应的作用而带上相反的电荷。当闪电发生后，由于架空导线与大地间的电阻较大，导线上积累的大量电荷不能与大地的异种电荷迅速中和，这就形成了局部地区的感应高电压。这类高电压在高压架空线上可达300~400KV，一般低压架空线路可达100KV，电信线路可达40~60KV，建筑物也会产生相当高的危险高压。 这种过电压对接地不良的电气系统有很大的破坏作用，它可以在其路径上的任何金属间隙中产生电弧打火，如果电弧打火发生于易燃场所中（如汽油库、瓦斯厂、火药库等场所），会引起火灾和爆炸，如果电弧打火发生在电路板上，则电路板将被破坏。

d、雷电的电磁感应作用 由于雷电流有极大的峰值和陡度，可能在附近空间形成强大的瞬变电磁场，一个5m×5m的开口金属管，在雷电流峰值为100KA时，距离雷击点200m也可以感应到1000V左右的高压。零点几毫米的气体间隙就可能被击破，发生有害火花，损坏电气系统中的电气元件。

- 5 -

2 低压供电系统防雷保护

在供电系统的电源端应安装与设备耐压水平相适应的过电压（电涌）保护器。供电系统电缆金属外皮或电缆金属保护管两端均应接地，其目的是封锁电磁效应，减少雷电危害，防止雷击事故。供电系统电缆应单独布线，不得与油品、液化石油气和天然气管道、热力管道敷设在同一沟内, 防止电缆沟进入爆炸性气体混合物，避免电缆与管道相互影响,引起爆炸火灾事故,电缆沟应充沙填实。 系统一级防雷：

应在低压总配电箱安装标称通流容量25KA的10/350μs波形的开关型模块式电源电涌保护器,用于整个低压供电系统设备的第一级电源防护。建议使用使用采用多层石墨间隙技术和特殊的涂料工艺的10/350μs波形的开关型模块式电源电涌保护器，此类SPD较火花间隙型SPD的优点在于: 1)它的雷电能量泻放能力较强；2)它的脉冲响应时间较火花间隙型SPD短；3)它的脉冲点火电压较火花间隙型SPD低，保护水平小于2000V，而火花间隙型SPD的保护水平等级通常为4000V；4）多层石墨间隙型SPD无工频续流，避免了火花间隙型SPD的续流和灭弧问题，工作状态更稳定。 系统二级防雷：

根据《建筑物防雷设计规范》第六章对电涌保护器的要求及《低压配电设计规范》第四章的有关规定，依据雷电分流理论，需使用8/20μs波形，通流容量20KA。《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第3类耐冲击过压，其耐压为4KV。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置。严格按照相关规定选用合适的电源线。 电源三级防雷：

浪涌保护器可将浪涌电压到一千多伏，防雷器通流容量为（8/20μs）：≥10KA。可在整个供电系统模块化设备电源上及其它精密设备的电源开关处使用插座式电源防雷器。

钢接地体和接地线的最小规格

种类、规格及单位 圆钢直径（mm） 扁 钢 截面（mm2） 厚度（mm） 角钢厚度（mm） 钢管管壁厚度（mm） 地 上 室 内 6 60 3 2 2.5 室 外 8 100 4 2.5 2.5 地 下 交流电流回路 10 100 4 4 3.5 直流电流回路 12 100 6 6 4.5

- 6 -

3防雷现状及发展

目前技术现状： 3.1直击雷防护

说起防雷,人们只会想到避雷针、避雷网、引下线及地网,有了这些并不意味着你的设备就安全了,这只不过是解决雷击时不使强大的雷电直接击中处于地表面较 高位置的设施和设备。而直击雷不只是由在你装有避雷针、避雷网之上发生,凡处在地表表面的凸出物,比如高低压输电线、电话线、电视接收天线、电杆、旗杆、 树、竹等均属直接引雷入地的良导体,直击雷在引下线上产生的强电流在其周围感应出强磁电场。

对直击雷的防护措施,首先应根据需保护的建筑物 或装置等重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按照有关规范做出正确的评估;其次,根据规范对各类防雷建筑物或装置的不同要求,选择合理的接闪 器(针、网、带)类型和高度、引下线的截面积、间距及数量、接地装置的结构和达到设计要求的接地电阻,均压环的设置及距离、等电位连接、防高电位反击的距 离等措施,这样就形成较为全面的直击雷防护措施。 3.2感应雷防护

感应雷击是由于雷电引起的静电感应和雷电电磁脉冲通过电源 供电线路,室内外信号数据传输线、天馈线进入机房的各种管道、电缆进入电子信息系统,击毁各类用电设备和微电子芯片,使设备遭到永久性损失。防御雷电引起 的静电感应和电磁脉冲干扰的理想防雷设计方案是笼式避雷网,它利用的是法拉第笼原理。建筑物的金属结构物遍及各处,不用很多钢材就可很容易连接起来形成法 拉第笼,从而建筑物内的电子设备得到很好的屏蔽。屏蔽做得好,不仅能防御空间电磁波的辐射,而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。 3.3球型雷防护

防护球雷措施最好的是笼式避雷网,如果达不到笼式避雷网条件,就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地;堵好建筑物墙面上不必要的孔洞;烟囱与出气管上口 均要加装铁丝网并接地;储存或损伤易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气管应加装阻火器并接地,对高大树木下的重要建筑物尤其要采取防护球雷的措施。

3.4等电位连接

等电位连接是将雷电侵入的“路”断掉,使其不对内部设施造成损坏。等电位连接是将各类电气、电子信息设备和分开的导电装置用等电位连接导体连接,以减少 装置所在建筑物金属构件与装置之间或装置与装置之间因雷电产生的电位差。利用钢筋混凝土结构的建筑物所有金属构件的多重连接,建立一个三维的连接网络是实 现等电位连接的最佳选择。任何器件之间的电位差均衡到它们可以接受的程度,则永远不会被电击穿损坏。

- 7 -

未来发展：

未来主要的发展重心着力于加强雷电定位技术的开发和应用研究，进一步完善雷电定位系统设备,开发全国雷电监测站网的综合定位技术，作为今后探测业务发展的主要任务之一。因此,从本地区的实际情况出发，发展具有知识产权的卫星空间综合探测设备和地面雷电探测设备，开发和完善全国雷电监测网的综合定位技术，在常规雷电定位站网产品中增加云闪信息、雷电的三维观测、利用星载雷电探测器与地面雷电站网结合构成新一代一体化的先进探测系统,获取全面的雷电监测资料。同时开展全国雷电监测站网的性能评估研究，并不断改进雷电探测系统的定位精度和探测效率，为开发雷电资料应用平台，建立共享资源数据库提供必要的基础，使雷电资料得到广泛应用，最大限度地发挥雷电探测系统的效益。

提高雷电监测和预警准确性和预报服务水平，这将有助于规范雷电预警服务的标准和内容，提高国家现代化的雷电预警能力和灾害性天气警报服务水平，从而为各个行业的生产和人民的生活提供重要的保障和服务。根据雷电预警模型，开发雷暴预警的软件系统，逐步建立和完善能够投入业务应用的我国短时雷电监测、预警、预报系统，以及重大雷电事件警报，雷电信息产品包括雷电特征在地理信息系统平台上的图像显示，雷电预报产品以移动速度和移动方向的形式显示雷电活动区域的扩展状况，以及雷电灾害等级在不同时段的分布等形式。 另外，寻求气象保障服务系统中建立公众雷电服务系统，加快公众雷电服务技术和手段的现代化，开发适应公众需求、内容丰富的雷电信息产品，为森林防火、电力、交通、航空航天、国防与军事、石油等应用部门提供更高质量的雷电信息应用产品。并结合不同行业的特殊要求，提供专业雷电预警、灾害等级的科学评估和决策分析系统，为国民经济建设服务。做好防雷工程不难，主要是认真地从 科学 的方法出发，真正做到：良好泄放、等电位防护， 就能实现减少雷害损失。

- 8 -

4 防雷相关产品设备

避雷针

作用及分类：引雷、泄流、限幅及均压，防直击雷――避雷针、避雷线。

避雷针、避雷线运行中注意的问题：由于所引下的是幅值极大、上升陡度很高的雷电流，处理不当会对被保护设备形成危害。

反击问题：当雷电流通过引下线和接地装置入地时，会在接地引下线和接地电阻上形成很高的电位升高，当避雷针和被保护物间的空气间隙Sa不够大时，避雷针上的高电位可击穿空气间隙而将高电位传递到被保护物上称为反击，同样当避雷针的接地装置和被保护物接地装置间的距离Se不够大时，高电位可击穿土壤反击到被保护物的接地装置上。一般：Sa不应小于5m; Se不应小于3m

关于接触电压和跨步电压的问题：当雷击避雷针或杆塔时，如果有人站在地面上而手去接触塔什塔身或引下线时，作用在人的手和脚间的电压（称为接触电压）又由于雷电流在地中扩散时会在地面沿半径各点形成不同的电位，当人在附近行走时，人的两脚间将会有电压作用（称为跨步电压）根据计算：r=7.7m内都有可能有跨步电压危及的可能。一般规定“避雷针及其接地装置与道路或出入口的距离不宜小于3m”，即使如此，这一要求仍不满足要求。

关于高电位引入的问题：如果在避雷针的杆塔上有低压线或通信线，则将沿这些线路传入相应的低压设备或通信设施，造成雷击。

关于感应的问题：当雷击避雷针而使针体电位抬高时，在针体附近有限长的孤立导体上将出现静电感应过电压。 避雷器

避雷器的主要作用是将入侵变电所的雷电波降低至变电站绝缘强度容许范围之内，目前主要采用的是金属氧化锌避雷器（MOA）。有时还会装设空气间隙，作为MOA失效的后备保护措施。

衡量线路耐雷性能的主要指标是耐雷水平。其定义为： 雷击时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值。

DEHN浪涌保护器

最原始的浪涌保护器羊角形间隙，出现于19世纪末期，用于架空输电线路， 防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称“浪涌保护器”。20世纪20年代,出现了铝浪涌保护器,氧化膜浪涌保护器和丸式浪涌保护器。30年代出现了管式浪 涌保护器。50年代出现了碳化硅防雷器。70年代又出现了金属氧化物浪涌保护器。现代高压浪涌保护器，不仅用于电力系统中因雷电引起的过电压，也用于 因系统操作产生的过电压 OBO BETTERMANN

OBO BETTERMANN集团是全球首屈一指的尖端电子科技产品制造商，其产品覆盖电缆布线与支持系统、电缆连接与固定系统、防雷及 过电压保护系统、防火保护系统、地板下电缆管理系统、墙面布线系统、电气设备系统七大系列。公司的生产、分销及服务网络遍布全球，在拉近与客户之间距离的 同时，为发展与执行大规模工程项目奠下了合作基础，在世界各地的交通设施、工商楼宇、通讯装置、金融机构等工程项目中，OBO品牌产品已成为数以百万计的 电气工程承建商在电气连接与固定安装工程中无可替代的品牌。

- 9 -

四、低压供电系统的接地 1接地基础知识 电流对人体的危害

电流对人体的伤害程度与通过人体电流的强度、持续时间、频率、路径及人体健康状况等因素有关。电流大小不同，引起人体的生理、病理效应不同。我国规定触电时间不超过1s的安全电流为30mA(50Hz) 。一般情况下通过人体的工频电流超过50mA时，心脏就会停止跳动，发生昏迷，并出现致命的电烧伤。工频100mA电流通过人体时，很快使人致命。

表1 人体触电时间与通过人体电流对人身机体反应

接地的基本概念

接地保护与接零保护统称保护接地，提供设备与近处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；接地保护——把电气设备的金属外壳、框架等用接地装置与大地可靠地连接，它适用于电源中性点不接地的低压系统和1000V以上任何形式的电网中。保护接地的原理是给人体并联一个小电阻，以保证发生事故时，减小通过人体的电流和承受的电压，主要保护人员和设备不受损害。

接零保护——在电源中性点接地的系统中，把电气设备的金属外壳、框架与零线相连接，它的作用在于：如果电气设备的绝缘损坏而碰壳，由于零线的电阻小，故短路电流很大， 这将使电路中保护开关动作或使电路中保护熔丝断开，切断电源，这时外壳就不带电，从而避免触电事故。

接地装置是由接地体和接地线两部分组成的。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。

这两种保护的不同点主要表现在三个 方面：一是保护原理不同。接地保护的基本原理是漏电设备对地的泄露电流，使其不超过某一安全范围，一旦超过某一整定值保护器就能自动切断电源；接零保护的原理是借助接零线路，使设备在绝缘损坏后碰壳形成单相金属性短路时，利用短路电流促使线路上的保护装

- 10 -

置迅速动作。二是适用范围不同。根据负荷分布、负荷密度和负荷性质等相关因素，《 农村低压电力技术规程》将上述两种电力网的运行系统的使用范围进行了划分。TT系统通常适用于农村公用低压电力网，该系统属于保护接地中的接地保护方式；TN 系统（TN系统又可分为TN-C、TN-C-S、TN-S三种）主要适用于城镇公用低压电力网和厂矿企业等电力客户的专用低压电力网，该系统属于保护接地中的接零保护方式。

接地装置的散流效应

当电气设备发生接 表2 接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称为接地电流IE,试验表明，在距单根接地体或接地故障点20m左右的地方，实际上散流电阻已趋近于零，电位为零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。电气设备的接地部分与零电位的“地”（大地）之间的电位差，就称为接地部分的对地电压，如图中的UE。

2低压供电系统保护接地

低压系统接地一般在机柜和设备设计时就在内部接好。如互感器的接地保护就已经接至柜内专用接地螺丝处，各种电器的接地端子，变频器就有专用的接地端子等。 对于低压供电系统的保护接地可有以下几种方案：

2.1、IT系统的优缺点及适应性：接线特点是中性点不接地，设备采用外壳保护接地。该系统必须装设绝缘监视及接地故障报警或显示装置。主要优点是：单线触电电流小，易于脱离，因而不易造成人身触电重伤、死亡事故；保护接地的保护效果很好，能切实起到接地保护作用。缺点主要是：某相线接地后，其它相线对地电 压升高到倍，中性线的对地电压升高到220V，此时将增加触电的可能性和危害程度；低压电网雷击时，因雷电流难以泄漏而出现雷击过电压，造成低压电网的绝 缘击穿。该系统适应于没有中性线输出的纯动力用电处所。 2.2、TT系统的优缺点及其适应性：接线特点是中性点直接接地，设备外壳采用保护接地。主要优点是能抑制高压线与低压线搭连或配变高低压绕组间绝缘击穿时低压电网出现的过电压；对低压电网的雷击过电压有一定的泄漏能力；由于单相接地时接地电流比较大，可使保护装置(漏电保护器)可靠动作，及时切除故障。低压电器外壳接地的保护效果不及IT系统。该系统适应于有中性线输出的单、三相用电的较大的村庄。加装上漏电保护装置，可收到较好的安全效果。 2.3、TN-C系统的优缺点及其适应性：接线特点是中性点直接接地，用电

- 11 -

设备外壳与中性线相接(即保护接零)。当发生碰壳故障时，单相短路电流可使该电器的短路保护装置动作，及时切除故障设备而避免触电事故的发生，所以比TT系统中电器外壳的接地保护的效果要好一些。其缺点是当发生中性线路断线时，可能使断路点下侧的所有接中性线的电器的外壳带电，因而增加人身触电的可能性。但根据农村用电具体情况，一旦中性线路断线是很危险的，所以农村集体电网供电的电气设备，应采用保护接地，不得采用保护接零。

2.4、TN-S系统的优缺点及适应性。接线特点是保护线与中性线分设，设备外壳与地线相接(即三相五线制)。TN-S系统具有TN-C系统的所有优点，且因保护线与中性线分设，避免了TN-C系统中由于中线断路会使断路点以下接中性线设备的外壳可能带电，而增加触电可能性的问题。缺点是由于增设了保护线而增加了投资，该系统适应于安全要求较高，经济条件较好的处所。适用于工业与民用建筑等低压供电系统

2.5、TN-C-S系统(又称伪三相五线制)的优缺点及适应性。当保护线与中性线从某点(一般为进户处)分开后就不能在合并。TN-C-S系统是对TN- C系统和TN-S系统的优缺点综合处理的一种接地型式，它既可在一定程度上满足安全要求较高的部分用户的安全性的需要，又可满足安全要求一般的部分用户的 经济性的需要。现在住宅区的供电系统中选用此种系统的占大多数，部分用户对安全 要求较高的村镇也可应用此系统。 在TN系统中，电路或设备要达到运行要求，变压器低压中性点就应该接地，该接地称为工作接地或配电系统接地。工作接地的作用是保持系统电位的稳定性，既减轻低压系统由高压窜入低压等原因所产生过电压的危险性，主要保护设备的正常运行。在这里， 由于N线与PE线是连通的，都经主接地线连至主接地体，在安装过程中，一定要清除压线处的氧化层或油漆，以保证其接地电阻达到安装要求。而N线与PE线分 开后一般就不再合并，特别是装有漏电保护开关的线路中。另外，TN系统中保护中性线上一处或多处通过接地装置与大地再次连接的接地称为重复接地，重复接地 能降低漏电设备的对地电压，减轻零线断裂时的触电危险，缩短碰壳或接地短路故障的持续时间，对照明线路能避免因零线断线而引起烧坏灯泡等事故发生。

需要注意的是：由一台变压器供电的配电网中，不允许一部分电气设备采用保护接地而另一部分电气设备采用保护接零，即一般不允许同时采用TN系统和TT系统的混合运行方式。

在实际接地方式中，防雷接地，机壳接地，系统接地，机器逻辑接地，信号回路接地，屏蔽接地等因作用和要求不同，接线的方式就有所不同。其中信号弱电防雷接地，机器逻辑接地，信号回路接地，屏蔽接地都采用单独的接地体，其它则与系统PE线连接最终接地。另外还有建筑物接地，这几种接地方式相互分离，由于地线系统不断增多，地线间潜在的耦合影响往往难以避免，这种分散接地方式反而引起干扰，当某一设施被雷击中时，容易形成地下反击，损坏其他设备，另外各个地网之间的距离因以后的维修工作也 没办法保证。如果 查对IEC标准和一些发达国家的电气法规，都规定一个建筑物电气装置内的各个电气系统通常只能共用一个接地系统，应采用联合接地的方法，及通过等电位连接至联合接地体，且接地电阻≤１Ω。

在此只提供了这些方案以及它们各自的优缺点，具体的方案要根据实际情况选择最佳方案。

- 12 -

3接地现状及发展

现状 据随机调查显示能够正确选择使用保护接地的客户没有一家；电器买回去后，接地线弃置 不用的占总户数的95.6%；选择使用了保护接地，但不正确的客户占总户数的4.4%；不了解自己所在的配电网是何种配电系统的客户，占总户数的98%； 能够正确区分接地保护与接零保护的客户不到总户数的1%。由此我们可以看出，我国目前在普通用户接地方面教育存在不足，因此在电压供电系统上需要加大力度。 目前，等电位连接在工程设计与施工中普遍应用。 等电位连接的基本概念是两个金属物之间用导体直接连接，目的是使两导体处于同一电位，使人接触两导体时不受到电击的危害，同时附带其他保护功能。实际就是 将进线配电箱的PE（PEN）母排，金属管道，排水、热力、煤气等干管，建筑物金属物，建筑物的接地装置连在一起。需要注意的是：各点之间的连接线截面积 选择要合适，连接螺丝处要清除氧化物或油漆，主（分）接地线必须保证足够的截面积以达到接地电流的要求。

综合考虑经济及技术因素，在供电系统电网中，对于电压等级较高的电力系统，其主要矛盾是工频电压的升高和降低绝缘水平；对于电压等级较低的电力系统，主要矛盾则转化为单相接地故障电流的危害性，而降低绝缘水平则成为次要矛盾，这是电力系统求得最佳技术经济指标的理论基础。对于中压电网而言，电力设备绝缘强度受经济因素的制约作用相对较小，工频电压升高的不良影响明显降低，因此单相接地故障电流及其一系列危害作用的任务就显 得十分重要，对于低压电网主要人身触电电流和对故障相的检测就尤为重要。 我国低压电网主要是380／220伏系统，是农村、 企业 、学校的主要用电系统，特别是农村用电，我国农村大多经济发展比较落后，电力建设相对比较薄弱，用电安全就尤为重要，为了尽可能的减少触电伤亡事故。 发展前景

规范客户受电端建筑物 内的配电线路设计、施工工艺标准和要求，通过对新建或改造的客户建筑物的室内配电部分，实施以局部三相五线制或单相三线制，取代TT或TN-C系统中的三 相四线制或单相二线制配电模式，可以有效实现客户端的保护接地。所谓“局部三相五线制或单相三线制”就是在低压线路接入客户后，客户要改变原来的传统配线 模式，在原来的三相四线制和单相二线制配线的基础上，分别各增加一条保护线接入到客户每一个需要实施接地保护电器插座的接地线端子上。为了便于维护和管 理，这条保护线的室内引出和室外引入端的交汇处应装设在电源引入的配电盘上，然后再根据客户所在的配电系统，分别设置保护线的接入方法 。综合“十一五”规划和四万亿的投资总额，电力、石化、铁路行业在2009年的基建投入预计约为9000亿元、9000亿元和7000亿元左右，依据防雷接地投入比例来看，仅接地业务容量可预计为：电力140亿(其中新型接地材料7亿)、石化20亿(新型接地材料8亿)、铁路6.5亿(新型材料)。 另外，未来几年通信行业的将投入3000亿建设3G，截至2009年6月底，三大运营商完成3G投资约800亿元，建成19万个基站，约占总投入的27%。未来几年至少还将新建约60万个3G基站。如果按照平均一个基站在防雷、接地上的花费5000元计算，60万个基站在防雷、接地上投入约30亿。

- 13 -

4 接地相关技术及设备

低压接地线

JDX-GBQ系列低压接地线又名低压短路接地线，低压个人保安线，钳式个人保安线，主要用于低压线路及高于线路何电气设备停电检修中的二次防护, 防止检修线路中的感应电压伤害,为安检人员提供了可靠的保障。 JDX-GBQ系列低压接地线采用优质热铜（或熟铝）压铸表面抛光压制而成，一般用来制作三分 叉、四分叉多种形式的个人保安线，该个人保安钳工艺精致、结构轻巧，适用施工作业现场个人保安之用。 主要部件由保安钳、跨接短路线接地尾线，接线鼻，汇流管，接地端线夹或五防闭锁夹头，接地钢纤以及接地操作棒等组成。接地操作棒采用机械强度，绝缘性能俱 佳的玻璃纤维环氧树脂管按型式需求进行配制。线夹采用优质热铜（或熟铝）压铸表面抛光与线鼻紧固连接，导线是携带型短路接地线 接地装置

由接地体和接地线组成。直接与土壤接触的金属导体称为接地体。电工设备需接地点与接地体连接的金属导体称为接地线。接地体可分为自然接地体和 人工接地体两类。自然接地体有：①埋在地下的自来水管及其他金属管道（液体燃料和易燃、易爆气体的管道除外）;②金属井管;③建筑物和构筑物与大地接触的 或水下的金属结构；④建筑物的钢筋混凝土基础等。人工接地体可用垂直埋置的角钢、圆钢或钢管，以及水平埋置的圆钢、扁钢等。当土壤有强烈腐蚀性时，应将接 地体表面镀锡或热镀锌，并适当加大截面。 水平接地体一般可用直径为 8～10毫米的圆钢。垂直接地体的钢管长度一般为2～3米，钢管外径为35～50毫米，角钢尺寸一般为40×40×4或50×50×4毫米。人工接地体的 顶端应埋入地表面下0.5～1.5米处。这个深度以下，土壤电导率受季节影响变动较小，接地电阻稳定，且不易遭受外力破坏。

五、鸣谢

本文是在xxx辛勤指导下，参考有关书籍完成的。老师一方面工作繁忙，另一方面诲人不倦。在这里特别想谢谢指导。本课题在选题及研究过程中得到xx老师的指导。

六、参考文献

1.马永翔.高电压技术. 北京大学出版社. 2009.1 2. 吴薛红.防雷与接地技术.化学工业出版社.2008.1 3. 电力工程设计手册. 上海人民出版社.1981～1983 4. 国家标准.建筑物防雷设计规范.GB50057-94.(1994)

- 14 -