对建筑电气接地技术的探讨

　　摘要：文章从多方面论述了对建筑电气接地技术的分析，分别阐述了接地、等电位联结对接地电阻的要求，笔者认为在满足等电位联结条件下不必耗费人力物力为共用接地强求不大于1Ω的接地电阻值。
　　关键词：建筑电气，接地，等电位联结，电阻，防雷安全
　　关于建筑物电气装置接地电阻的阻值，我国现行电气规范中有不少规定。例如规定低压电力设备的接地电阻不大于4Ω(《工业与民用电力装置的接地设计规范》CBJ65—83)，又如当有多种电气系统时，则共用接地的接地电阻不大于1Ω(《民用建筑电气设计规范》JGJ／T16-92)等。但国际电工标准中却鲜少这些规定。笔者也曾就这些规定值求教于我国这方面的专家，均不得要领，接地装置量大面广，如果我国的规定有误，则难免在全国范围内造成很大的浪费。
　　1接地的两种方式
　　1.1与大地相连接
　　通常人体离不开地球，所以人们使用的各种电气系统都以大地的电位为参考电位。为取得大地电位需与大地连接，为此需打接地极用作与大地连接的接线端子，通过接地线的传导取得地电位，这就是我们常用的接地。
　　1.2与代替大地的导体相连接
　　随着电气技术的进步，现时对接地赋予了新的涵义，即与代替大地的导体相连接也是接地，例如汽车的轮胎是绝缘物质，因此汽车上各类电气系统的接地也是接代替大地的金属车身。
　　许多用电中发生的电击、电气火灾等电气事故是因过大的电位差而引起。比如飞机上的电气安全就是靠以机身代替大地，进行低阻抗的等电位联结并辅以其他安全措施来保证的。所谓以与代替大地的导体相连接而实现接地实际上就是与导体间进行低阻抗的等电位联结。同理，打接地极的接大地就是与大地作等电位联结，只是接地极的接地电阻以Ω计，其值甚大，引起的电位差也大，等电位效果不理想而已。
　　2等电位联结降低了对接地电阻的要求
　　在地面上的建筑物内也可创造类似飞机内那样的等电位环境以提高用电安全水平。那就是在建筑物内作等电位联结，即在建筑物内将电气装置的外露导电部分和电气装置外的可导电部分(金属结构、管道等)互相连通而使电位相等或接近，以减少电气灾害，这可用图1和图2来说明。在图1中一TT系统的外露导电部分通过接地极RA接大地，发生接地故障时接触电压Ut为故障电流Id在接地极RA和PE线上的电压降Id•(RA+ZPE)，其值约百伏左右。如果作了等电位联结，如图2中点划线所示，则接触电压Ut仅为Id•ZPE。因ZPE<<RA，Ut仅10V左右，它与接地电阻的大小已无多少关系。假如有个神话中的大力神将建筑物拔地而起，使它脱离大地，但电源依然接通，建筑物内的人群依然能照常安全地生活和工作。这时接地电阻为无限大，但对用电安全却毫无影响，因为建筑物的参考电位已非地电位而是等电位联结系统的电位了。
　　
　　图1接大地时Ui为Id(RA+ZPE)
　　
　　图2作等电位联结时Ui为Id•ZPE
　　等电位联结是建筑物电气装置内必须实施的基本电气安全措施。所以，由于等电位的作用，在许多情况下国际电工标准没有必要规定接地电阻的阻值要求。
　　需要说明，以上所述系对低压配电系统用电设备外露导电部分的保护接地而言。对于变电所低压侧中性点的系统接地我国的规定又失之过大，例如规定为4Ω以至10Ω，这是不够安全的，但却未提出其科学依据。需知就用电安全而言，系统接地的接地电阻越小用电越安全，因此国际电工标准对其都规定有计算公式的要求。例如为防TN系统内的人身电击事故，规定有计算公式PB/RE≤50／(Uo-50)，又如为防在10kV小电阻接地系统内，TI'系统低压设备绝缘被工频暂态过电压击穿，规定有计算公式Id•Rb≤1200V。诸式中尺PB、RE、UO分别为系统接地的接地电阻，Ω；接地故障电阻，Ω；以及低压系统的相对地电压，V。
　　3对共用接地要求接地电阻不大于1Ω的商讨
　　现时一个建筑物内常有多种用途的电气系统，为避免不同系统接地装置间的电位差引起人身电击之类的电气事故，国际电工标准规定一个建筑物内只能设置一个共用的接地装置，这一要求已基本为我国的电气专业人员所接受。但在我国一些规范内又额外增加共用接地的接地电阻不大于1Ω的规定，却未见其说明和依据，这是一个值得商讨的问题。
　　为减少电位差我们希望接地和等电位联结的阻抗Z=√R2+X2尽量小。在50Hz的电气装置中电抗X的影响可忽略不计，而PE线的电阻又甚小于接地电阻，因此人们往往只规定对接地电阻值的要求。现在已进入信息时代，信息技术设备的工作频率以MHz计，这样在阻抗Z中不仅需考虑电阻R的影响，更需考虑高频作用下电抗X的影响。不妨作一简单计算，一信息技术装置接向接地极的接地线长10m，其工作频率为10MHz，设接地线的电感为1μH／m，则此段接地线的电抗X将为2πfL=2×3.14×(10x106)×(10×106)=628Ω，在如此大的电抗值下，将接地电阻限制为不大于1Ω对阻抗值Z的减少毫无影响，耗费大量人力物力追求不大于1Ω的接地电阻值又有什么意义呢?还需说明，在工程交接验收中用仪表测得的只是接地的直流电阻值或工频电阻值而非高频阻抗值Z。
　　因此国际电工标准对信息技术装置不规定接地电阻要小到多少来保证信息设备的正常工作，而是规定许多措施来最大限度地减少等电位联结系统中的高频联结阻抗。例如规定联结线不仅需有足够的截面和良好的电气连接，还需有足够的表面积以减少高频集肤效应的影响，走线则力求短直，以减少电感。又如尽量利用建筑物金属结构、管道作大量水平的和垂直的高频等电位联结并联通路。这些措施都是为了尽量减少等电位联结系统中的高频阻抗以保证信息设备的正常工作。设置不大于lΩ的接地电阻，对此恐是隔靴抓痒无济于事的。
　　
　　图3所示为国际电工标准例示的，装有许多敏感信息技术设备（ITE)的建筑物内的高频等电位联结和接地的示意图。图中PE线为保证安全用电的工频接地线，它必须与相线紧靠来减少故障回路工频阻抗，以提高回路过流防护的动作灵敏度。ITE下的铜网格为一高频等电位平面，它和图中的信号接地线都需满足上述高频低阻抗的要求，并和ITE的PE线接在同一配电箱PE线母排上。不同楼层互相联系的ITE则通过建筑物内大量结构钢筋、金属管道等实现水平的和垂直的多并联通路的高频低阻抗等电位联结。国际电工标准还规定有若干其他减少高频等电位联结阻抗的措施，不多述。
　　防雷装置必须接地，用以将雷电流泄放人大地和降低对地电位。雷电既能击坏建筑物和电气、电子设备，也能干扰ITE。它也是高频的，因此也需满足上述高频低阻抗的等电位联结要求。为防雷电危害需实施完善的等电位联结，不仅需与电气装置共用接地，消除接地极上的I•R电位差对电气装置的危害，国际电工标准(建筑物防雷，通则，IECl024-1，1990)还要求在防雷引下线适当间隔距离处(不超过20m)与建筑物等电位联结系统进行联结，以防引下线上L电位差招致的高电位跳击，满足防雷安全要求。
　　4及时获取国外新信息，提高我国建筑电气水平
　　现阶段我国建筑电气与国际水平尚存在一定的差距。本文所探讨的接地、等电位联结和接地电阻等问题只是建筑电气中一个方面的问题。建议我建筑电气人员直接参阅国际上建筑电气新标准、新资料，及时获取建筑电气新信息，积极更新观念，将我国建筑电气技术提上一个新台阶。

《对建筑电气接地技术的探讨》

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