接地，我的认识和思考

引 言
　　《中国防雷》上期重启起“接地”的话题，引发我对接地的再度思考。
　　接地的应用涉及各行各业，而不仅仅在于防雷。各行各业对接地有复杂的技术要求，有各种各样的接地方法，有不同的接地的种类和目的，有不同的接地电阻的要求。
　　“接地”是电气工程中的电位参考点连接，“地”也可以是电路中的某一点，其尺度依据场合、对象、地点不同，施工过程中，其实是一个有限的导体面、线、点。电位参考点就是电位的基准点，可以是电力系统中的某一点，如变压器中性点；也可以是直流电源的正、负极或其中间某一点；可以是军舰、飞机的外壳；又可以是仪器、仪表的外壳；小至印刷电路板的大铜面的接地层。

一、接地的种类
　　根据我的理解，电力电子设备的接地主要有以下几种目的：
工作接地 
　　工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。当该基准不与大地连接时，视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。不正确的工作接地会增加干扰，如共地线干扰、地环路干扰等。
　　根据电路的性质，将工作接地分为信号地、模拟地、数字地、直流地、交流地、电源地、功率地、屏蔽地、 设备地、系统地等。
安全接地
　　安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。
3、防雷接地 
　　为了使雷击发生时产生的电流安全地泄放入大地而设置的接地，以减少雷电流引起的电位升高，是雷电防护工程的重要的组成部分。
4．防静电接地
　　为了防止静电对易燃易爆物品以及敏感电子设备的危险作用而设置的接地。
　　后三种接地实际上都可以归结为安全接地。

二、不同的接地方法
　　接地的方法有多种，有的是与直接与大地连接，如防雷引下线、变压器中性点接地等；有的是经过阻抗器件与接地体连接，如经电阻、电抗器、消弧线圈等接地：有的“地”不与大地相连接，如某些电子设备的信号地(主要是模拟量信号)往往不与大地连接，此时称为悬浮地。在涉及电子设备的工作地的场合，要特别注意根据不同的工作频率选择不同的接地方式。
1、单点接地 
    把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个安全接地螺栓，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合，工作频率低于1MHz宜采用这种形式。
    多个电路的单点接地方式又分为串联和并联两种，由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点接地式。2、多点接地   在电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路，工作频率高于30MHz的宜采用这种方式。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。 
3、混合接地
　　　工作频率介于1～30MHz的电路宜混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。
4、浮地电路的地与大地无导体连接。优点是不受大地电性能的影响；缺点是易受寄生电容的影响，而使电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰；由于电路的地与大地无导体连接，易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击穿或强烈的干扰。因此，浮地的效果不仅取决于浮地的绝缘电阻的大小，而且取决于浮地的寄生电容的大小和信号的频率。

三、供电系统的接地
　　目前我国的接地、接零形式基本采用国际电工委员会(IEC)规定的标准，低压配电接地、接零系统分有TT、IT、TN三种基本形式，在TN形式中又派生出TN-C、TN-S和TN-C-S三种形式。
1、TT接地方式
　　TT系统通常称为三相四线接地系统，属保护接地。TT系统的特点是中性线N与保护接地线PE是分开的，各用电子系统接地点也是分开的。该系统在正常运行时，不管三相负荷平衡不平衡，PE线均不会带电。TT系统适用于：①以低压配电系统供电的和远离变电所的建筑物。②对电压干扰要求高的精密电子和数据处理设备。③对防火防爆有要求的场所。
2、IT接地方式
　　IT系统是三相三线式接地系统，该系统变压器中性点不接地或经大阻抗接地，无中性线N，只有线电压(380V)，保护接地线PE各自独立接地，属保护接地。IT接地系统适用于：①一般用于不准停电的场所；②环境不良、易发生单相接地或火灾爆炸的场所，如煤矿、化工厂、纺织厂，也可用于农村地区；③重要建筑内的应急电源、医院手术室等重要场所的动力和照明系统。
3、TN 接地方式
　　这种供电系统是将电气设备的金属外壳和正常不带电的金属部分与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，其主要特点是： 一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为（220V）短路电流，单相对地短路，熔断器熔丝熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全在我国和其他许多国家广泛得到应用。
　　TN 方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C、TN-S和TN-C-S等三种。
　　（1）TN-C接地形式
　　TN-C系统被称为三相四线系统，该系统中零线N与保护接地PE合二为一，通称PEN线，属保护接零。这种接地系统在电源侧接地，接地电阻很小，是大电流接地系统，其特点是对接地故障灵敏度高，线路经济简单。目前国内采用这种系统比较多，但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。对于单相负荷所占比重较大，难以实现三相负荷平衡的场所，PEN线的不平衡电流加上线路中存在着的由于荧光灯、晶闸管(可控硅)等设备引起的高次谐波电流，在非故障情况下，会在中性线N上叠加，使中性线N带电，且电流时大时小极不稳定，造成中性点接地电位不稳定漂移，并产生干扰信号。不但会使设备外壳(与PEN线连接)带电，对人身造成不安全，而且也无法获得一个合适的电位基准点，使得精密电子设备无法准确可靠运行。TN-C接地系统适用于三相负荷比较平衡、电路中三次谐波电流不大，并有专业人员维护管理的一般性工业厂房和场所，不适用于对低压敏感的电子设备和爆炸危险环境。
　　（2）TN-S接地形式
　　TN-S系统有五根线，即三根相线A、B、C、一根中性线N及一根保护线PE，仅电力系统一点接地，用电设备的外露可导电部分按到PE线上，属保护接零。通常建筑物内设有独立变配电所时进线采用该系统。
　　TN-S系统的特点是，中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。中性线N是带电的，而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。其优点是PE线上在正常工作时不呈现电流，因此设备的外露可导电部分也不呈现对地电压。在事故时也容易切断电源，因此比较安全，但费用较贵，多用于环境条件比较差的场所。此外，由于PE线上不呈现电流，有较强的电磁适应性。TN-S系统适用于：⑴单相负荷比较集中的场所。⑵设有精密电子和数据处理设备的场所。⑶对防火防爆有要求的场所。⑷三次谐波电流设备较多的场所。
　　（3）TN-C-S接地形式
　　TN-C-S系统是一种TN-C与TN-S系统的混合配电方式，属保护接零。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所，进户之前采用TN-C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN-S系统。TN-C-S系统的特点是:中性线N与保护接地线PE在进户时分开接地后，不能再有任何电气连接或互换。该系统中，中性线N常会带电， PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时，始终不会带电。因此TN-C-S接地系统明显提高了人及物的安全性，属于广泛采用的配电系统，适合于工业和民用建筑中，同时只要采取接地引线，各自都从接地体一点引出，及选择正确的接地电阻值，使电子设备共同获得一个接地电位基准点等措施，那么TN-C-S系统，被国标GB50343—2004作为防雷电子信息系统的一种接地系统。

四、对接地电阻的不同要求
    “接地电阻”一词在世界上使用了100多年，从物理学角度看，有关接地电阻的定义都不严密，只能满足工程的要求。
1、工频电源系统接地电阻
    低压配电系统接地电阻R取决于电源接地电流，它应限制接地电流在设备外露导电部分产生的接触电压小于50V的(一般环境)。TN系统忽略感抗时应满足R≤50／I(I为保护器件动作的接地故障电流，A)；TT、IT系统为R≤50V/Id (Id为接地电流A)。10kV小电阻接地系统为R≤(1500～250)／Id(Id为10kV接地电流，A)。在35kV以上的高压变电所还有个跨步电压问题，也是通过计算高压线路接地时产生的跨步电压来提出接地接地电阻要求的。
2、电子系统接地电阻
　　在接地线不作为信号的通路时(目前几乎极少用大地作为信号回路的设备)，地面上的电子系统有的“地”是悬浮的，但易受干扰；航天器的电子系统不可能接大地，但信号系统的防干扰措施十分完善，代价高；地面电子系统的“地”基本都与大地相接，主要是防止外界电磁干扰和消除静电危害，取得更加稳定的信号参考点。
　　电子系统防止干扰的接地电阻计算公式极为少见。防静电的接地电阻可以几百欧以上；空间干扰信号恒压源分量不受接地电阻影响；其恒流源分量数值极小，其中低频率分量在接地电阻控制在一定数值内时不会超过电子电路误动作阈值，高频分量的影响与接地电阻关系不大，因为接地系统的感抗远远大于电阻。例如在1MHz下3m长的25mm铜导体电阻为0.05Ω，感抗为26Ω：在100MHZ下电阻为0.5Ω，感抗为26kΩ。
3、防雷接地电阻
　　防雷接地目的是使雷电流顺利入地。为了减小地面电压，特别是采用L型接地装置时接地电阻在可能条件下不宜大于10Ω(1EC62305-3)。从等电位角度说，接地装置的形状和尺寸更为重要，特别是对于安装有电子系统或高火险建筑物以及在裸露坚硬岩石地区，最好采用M型接地装置。
4、共用接地系统的接地电阻
  （1）共用接地系统接地电阻值取各类接地设备接地要求的最小值，设备接地有工作接地(系统接地)和电源接地故障保护两种。在安装高频电子设备的建筑物，后者接地电阻要求最小，应以电源接地故障保护为主，并且已经有公式计算。
  （2）共用接地系统接地电阻的误区 某些标准规定共用接地的接地电阻要小于单独接地的电阻值，这是没有道理的。一是不了解接地系统“3—2—1”的发展过程。当年三个地时，设计人员将电子设备制造商管不着的防雷和电源接地合二为一，后来向电子设备制造商妥协，将共用接地装置接地电阻降低为1Ω，才实现了三合一：其二是某些标准相互“克隆”。当年提出1Ω的制造商早不再提1Ω了，但我国的标准没有及时修订，后面的标准照抄，如GB50116—98、GB50038—2005等。应当走出共用接地电阻1Ω的误区。

五、结束语 
    接地是一项涉及多行业复杂工程技术，是电子设备正常工作和建筑物及人身安全的重要保障。新型的接地材料不仅性能更稳定而且使用寿命也更长。物理性降阻剂、土壤改良剂也更符合环保要求。针对特定行业及其标准定身开发制作的专业防雷、接地产品（如通信和电力行业的杆塔专用接地极、军用移动接地极等）将不断涌现，满足核电、风电、太阳能等新型能源的防雷、接地需要。高技术、高附加值的专业防雷接地产品和深井接地及微爆破技术的发展必将进一步细分整个市场，有效放大市场需求。
    本文个人观点，难免偏颇； 不妥之处，愿与大家探讨。

作者简介
　　周典，1962年南京电力专科毕业，天津电力局工作37年。中国通信学会高级会员，天津市通信学会无线电专业委员会委员，荣获第二届《中国防雷》桑莱特杯防雷接地征文优秀奖。