EMD-“地”和“接地”的概念

一、“地”和“接地”的概念

为了正确地进行接地工作，首先必须明确"地”和“接地”的概念以及有关的主要名词术语，并了解接地

在防止人身遭受电击、减少财产损失和保证电力系统正常运行中的作用。

1.地

(1)电气地

大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后

仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”，并不等干“地理地”，

但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。

瓯能区

田1“地”的示息田

(2)地电位

与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极，通常采用圆钢或角钢，也可采用

铜棒或铜板。图1示出圆钢接地极。当流入地中的电流/通过接地极向大地作半球形散开时，由于这半

球形的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在距接地极越近的地方阻阻越大，而

在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接地极或碰地处20m以外的地方，呈半球形的

球面已经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电

位等于零的“电气地”称为“地电位”。若接地极不是单根而为多根组成时，屏蔽系数增大，上述20m的距

离可能会增大。图1中的流散区是指电流通过接地极向大地流散时产生明显电位梯度的土壤范围。地电

位是指流散区以外的土壤区域。在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。

(3)逻辑地

电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电位还可防止外界电磁场

信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地”。这个“地”不一定是“地理地”，可能是电子设备的金属机壳、底座、

印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等；逻辑地可与大地接触，也可不接触，而“电

气地”必须与大地接触。

2.接地

将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。“电气装置”是一定空间中若干

相互连接的电气设备的组合。“电气设备”是发电、变电、输电、配电或用电的任何设备，例如电机、变

压器、也器、测量仪表、保护装置、布线材料等。电力系统中接地的一点一般是中性点，也可能是相线

上某一点。电气装置的接地部分则为外露导电部分。“外露导电部分”为电气装置中能被触及的导电部分,

它在正常时不带电，但在故障情况下可能带电，一般指金属外壳。有时为了安全保护的需要，将装置外

导电部分与接地线相连进行接地。“装置外导电部分”也可称为外部导电部分，不属于电气装置，一般是

水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。外部导电部分可能引入电位，一般是地电位。

接地线是连接到接地极的导线。接地装置是接地极与接地线的总称。

超过额定电流的任何电流称为过电流。在正常情况下的不同电位点间，由于阻抗可忽略不计的故障

产生的过电流称为短路电流，例如相线和中性线间产生金属性短路所产生的电流称为单相短路电流。由

绝缘损坏而产生的电流称为故障电流，流入大地的故障电流称为接地故障电流。当电气设备的外壳接地,

且其绝缘损坏，相线与金属外壳接触时称为“碰壳”，所产生的电流称为“碰壳电流”。

3.接触电压

图2对地电压.接触电压和跨力电压的示空图

在图2中，当电气装置M绝缘损坏碰壳短路时，流经接地极的短路电流为如接地极的接地电阻

力Rd，则在接地极处产生的对地电压Ud=/<fRd，通常称为为故障电压，相应的电位分布曲线为图2中

的曲线C。一般情况下，接地线的阻抗可不计，则M上所呈现的电位即为4。当人在流散区内时，由

曲线C可知人所处的地电位为外。此时如人接触M,由接触所产生的故障电压5=Ud-Uq。人站立在

地上，而一只脚的鞋、袜和地面电阻为Rp,当人接触M时.两只脚为并联，其综合电阻为Rp/2。在

&的作用下，Rp/2与人体电阻/?B串联，则流经人体的电流后=5/（RB+RP/2）,人体所承受的电

压U=IB，RB=5尺/（RB+0/2）。这种当电气装置绝缘损坏时，触及电气装置的手和触及地面的双脚

之间所出现的接触电压5与M和接地极间的距离有关。由图2可见，当M越靠近接地极，”,越大，

则5越小，相应地。也越小。当人在流散区范围以外，则以=0,此时g=Ud，Ut=UaRB/（RB+RP/

2）,5为最大值。由于在流散区内人所站立的位置与“有关，通常以站立在离电气装置水平方向0.8m

和手接触电气装置垂直方向1.8m的条件计算接触电压。如电气装置在流散区以外，计算接触电压5

时就不必考虑上述水平和垂直距离。

4.跨步电压

人行走在流散区内，由图2的曲线C可见，一只脚的电位为Up”另一只脚的电位为外，则由于

跨步所产生的故障电压在Uk的作用下，人体电流/B从人体的一只脚的电阻Rp，流过人体电

阻RB，再流经另一只脚的电阻Rp,则人体电流lB=Uk/（RB+26）。此时人体所承受的电压Uf=lBRB=U^RB

/（RB+2P）。这种当电气装置绝缘损坏时，在流散区内跨步的条件下，人体所承受的电压5为跨步电

压。•般人的步距约为0.8m,因此跨步电压5以地面上0.8m水平距离间的电位差为条件来计算。由

图2可见，当人越靠近接地极，“越大。当一只脚在接地极上时以产为，此时跨步所产生的故障电压5

为最大值，即图2中的相应地跨步电压值也是最大值。反之，人越远离接地极，则跨步电压越小。

当人在流散区以外时，和都等于零，则30,不再呈现跨步电压。

5.流散电阻、接地电阻和冲击接地电阻

接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比，称为流散电阻。底气设备接地部分的对地电

压与接地电流之比，称为接地装置的接地电阻，即等于接地线的电阻与流散电阻之和。一般因为接地线

的电阻甚小，可以略去不计，因此，可认为接地电阻等于流散电阻。

为了降低接地电阻，往往用多根的单一接地极以金属体并联连接而组成复合接地极或接地极组。由

于各处单一接地极埋置的距离往往等于单一接地极长度而远小于40m,此时，电流流入各单一接地极时，

将受到相互的限

制，而妨碍电流的流散。换句话说，即等于增加各单•接地极的电阻。这种影响电流流散的现象，称为

屏蔽作用，如图3所示。

图3多根接地极的电流散布图

由于屏蔽作用，接地极组的流散电阻，并不等于各单一接地极流散电阻的并联值。此时，接地极组的流

散电阻

Rd=Rdi/(n-n)(1)

式中：Rdi——单一接地极的流散电阻

n—单一接地极的根数

H―接地极的利用系数，它与接地极的形状、单一接地极的根数和位置有关

以上所谈的接地电阻，系指在低频、电流密度不大的情况下测得的，或用稳态公式计算得出的电阻值。

这与雷击时引入雷电流用的接地装置的工作状态是大不相同的。由于雷电流是个非常强大的冲击波，其

幅度往往大到几万甚至几十万安的数值。这样，使流过接地装置的电流密度增大，并受到由于电流冲击

特性而产生电感的影响，此时接地电阻称为冲击接地电阻，也可简称冲击电阻.由于流过接地装置电

流密度的增大，以致土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等处发生火花放电现象，这就使土壤的电阻

率变小和土壤与接地极间的接触面积增大。结果，相当于加大接地极的尺寸，降低了冲击电阻值。

长度较长的带形接地装置，由干电感的作用，当超过一定长度时，冲击电阻不再减少，这个极限长

度称为有效长度、土壤电阻率越小，雷电流波头越短，则有效长度越短。

由于各种因素的影响，引入雷电流时接地装置的冲击电阻，乃是时间的函数。接地装置中雷电流增

长至幅值

/M的时间，是滞后于接地装置的电位达到其最大值UM的时间的。但在工程中已知冲击电流的幅值/M

和冲击电阻

Rds的条件下，计算冲击电流通过接地极流散时的冲击电压幅值UM=/M/?ds«由于实际上电位与电流的

最大值发生于不同时间，所以这样计算的幅值常常比实际出现的幅值大一些，是偏于安全的，因此在实际

中还是适用的。

二、接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止需击、防止静电损害和保障电力

系统正常运行。现分别说明如下。

(-)防止人身遭受电击

1.电击机理

电击所产生的电击电流通过人体或动物躯体将产生病理性生理效应，例如肌肉收缩、呼吸困难、血

压升高、形成心脏兴奋波、心房纤维性颤动及无心室纤维性颤动的短暂心脏停跳、心室纤维性颤动，直

至死亡，所以必须采取防护措施。

人或家畜触及电气设备的带电部分，称为直接接触。人或家畜与故障下带电的金属外壳接触，称为

间接接触。直接接触及间接接触所造成的电击称为直接电击和间接电击。为了防止电击，必须先了解电

击机理，然后对直接电击、间接电击以及兼有该两者电击采取适当的防护措施，以保证人、畜及设备的

安全。

(1)人体阻抗的组成

电击电流大小由接触电压和人体阻抗所决定。人体阻抗主要与电流路径、皮肤潮湿程度、接触电压、

电流持续时间、接触面积、接触压力、温度以及频率等有关。人体阻抗的组成如图4所示。如将两个电

极接触人体的两个部分，并将电极下的皮肤去掉，则该两电极问的阻抗为人体内阻抗4。皮肤上电极与

皮肤下导电组织之间的阻抗即为皮肤阻抗Zpi和ZP2oZj、Zpi、Zp2的矢量和为人体总阻抗ZT。现将这些

阻抗的特征说明如下：

>ZT

图4人体阻抗的组成

①人体内阻抗Z根据IEC测定的结果，4主要是电阻，只有少量电容，如图4虚线所示，其数

值主要决定于电流路径，一般与接触面积关系不大，但当接触面积小到几平方毫米数量级时，内阻抗才

增大。

②皮肤阻抗Zpi、ZP2Zp［、Zp2是由半绝缘层和小的导电元件(如毛孔构成的电阻电容网络)组成,

见图4接触电压在50V及以下时，皮肤阻抗值随表面接触面积、温度、呼吸等显著变化；50〜100V时,

皮肤阻抗降低很多；频率增高时，皮肤阻抗也随之降低；皮肤破损时，皮肤阻抗可忽略不计.

③人体总阻抗4ZT由电阻分量及电容分量组成。当接触电压在500V及以下时，ZT值主要决定

于皮肤阻抗值；接触电压越高，ZT与皮肤阻抗关系越少；当皮肤破损后，ZT值接近于人体内阻抗。

④人体初始电阻R.在接触电压出现的瞬间，人体的电容还未充电，皮肤阻抗可忽略不计，这时的

电阻值称为人体初始电阻。该值限制短时脉冲电流峰值。当电流路径从手到手或手到脚而且接触面积较

大时，5%分布秩(即5%的人所呈现的最小初始电阻值)Z5”可认为等于500Q.

(2)人体阻抗与接触状况的关系通常划分为以下三类：

①状况1干燥或湿润的区域、干燥的皮肤、高电阻的地面，此时人体阻抗值：

Zi=1000+0.5Z5%(C)

式中：1000—鞋袜和地面两者电阻的随机值，Q

0.5—考虑了双手至双脚的双重接触情况

Z5——5%分布秩，即5%的人呈现此最小阻抗值，Q

②状况2潮湿的区域、潮湿的皮肤、低电阻的地面，此时人体阻抗值：

Z2=200=200+0.55%（Q）

式中；200—较低的地面电阻值，不计鞋袜的电阻，。

③状况3浸入水中的情况，此时皮肤电阻、环境介质的电阻可忽略不计。

在各种状况下的安全电压值，各国规定不尽相同，如表1所示。

表I1EC标准及各国安全电压值（V）

IEC标准及有关国规定状况1状况2状况3

IEC5025【注】

r卜国5024

奥地利65

美国5025

英国55(25),40(住宅)24

德国6524

捷克5020

日本50252.5

瑞士5036

瑞典5025

芬兰65

丹麦651

比利时35

【注】标准未作规定，但编制说明提出「例如不超过12V”。

表1为交流电流的安全电压，IEC规定直流（无纹波）的安全电压为：在状况1,不大于120V；

在状况2,不大于60Vo安全电压包括接地系统的相对地或极对地电压，或不接地和非有效接地的相间

及极间电压。

国5心动周期内心室

易损期的出现

国6在心脏易报期内电流刺做的影响

2.电击效应

(1)交流电流的电击效应IEC经过多年的试验研究，认为心室纤维性颤动是电击致死的主要原

因。一个心动周期如图5所示，由产生兴奋期P、兴奋扩展期R和兴奋复原期T所组成。图5中的数

字表示兴奋传播的顺序。在兴奋复原期内有一个相对较小的部份称为易损期，在易损期内，心肌纤维处

于兴奋的不均匀状态，如果受到足够幅度电流的刺激，心室纤维发生颤动，如图6中X点受电流刺激.对

心电图和血压的影响，如图6中曲线所示。此时发生心室纤维性颤动和血压降低，如电流足够大将导致

死亡。

・

£

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5000

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10

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，，/mA

电施

人体

应

怀的效

通及人

灌电源

H,安

OO

l5~t

（B7

此值

电流，

z交流

100H

15〜

对于

值。

觉阈

为感

值称

电流

的最小

察觉到

人身所

时，

人体

流过

当电流

过

当流

mA。

为10

电流

交流

HZ

~100

于15

流，对

摆脱电

值称为

流最大

的电

摆脱

极能

握电

。人

5mA

为0.

人

流过

电流

是按

。图7

7所示

如图

关系

间f的

持续时

流过的

和电流

流宿

体电

时，人

续增加

电流继

人体的

动的

性颤

纤维

心室

产生

s时，

100m

间为

、时

mA

500

流为

当电

的。

应绘制

脚的效

手到双

径从左

体的路

伤,

性损

器官