关于汽车工业厂房中接地系统分析及接地措施探讨

董洪钟

摘要：本文首先分析了接地系统方式进行了分析，然后研究了接地措施，对汽车工业厂房建设具有一定的参考价值和意义。

关键词：企业工业厂房；接地系统；接地措施

中图分类号：C29文献标识码：A 文章编号：

一 接地系统分析

国际电工委员会（ IEC ）统一规定，接地系统分为 TN 系统、TT 系统、IT 系统。其中 TN 系统又分为 TN-C 、TN-S 、 TN-C-S 系统。下面就各种接地系统逐一分析。

1、TN-C 系统

TN-C 系统被称之为三相四线制系统，在这个系统中中性线 N 与保护接地线PE 合二为一，电气上称为 PEN 线。如 图 1。

图1

这种接地系统用电设备的外露可导电部分与PEN 有良好的导线连接。当用电设备发生接地故障时，由于 PEN 线阻抗小，较大的短路电流使保护装置迅速动作，反应灵敏度高，TN-C 系统内的 PEN 线兼作P E 线和 N 线的作用，可节省一根导线，比较经济。但从电气安全着眼，这一系统存在较多问题。

当系统为单相回路，在 PEN 线中断时，设备金属外壳对地将带 220 V 的故障电压，当人身碰触时，电击死亡的危险很大 。

进行电气维修时，需用四极断路器来隔断中性线上可能出现的故障电压。因PEN 线含有 PE 线而不允许被开关切断，所以 TN-C 系统内不能装用四极开关，来保证维修人员的安全。

由于 TN-C 系统需要依靠 PEN 线中的不平衡电流来维持三相电压的平衡，所以 TN-C 系统一般使用于三相负荷较平衡的场合。现在一般的现代化工业厂房都是由主厂房、控制室和办公楼等附属建筑物组成，所以很难实现三相平衡。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，一旦PEN 发生断路故障或PEN线接触电阻增大时，中性点电位将严重地偏移，使用电设备外露可导电部分的金属外壳带电，造成电击事故的发生。而且接地故障最易引发电气火灾。而且也无法取到一个合适的电位基准点，精密电子设备无法准确可靠运行。

由于上述一些不安全因素，除维护管理水平较高的场所外，现在已很少采用TN-C 系统。所以现代工业厂房不适合使用 TN-C 系统。

2、TN-S 系统

TN-S 供电系统被称之为三相五线制，工作零线和保护线在中性点处接地，其后工作零线 N 和专用保护线 PE 严格分开，两线之间没有接点。如 图2 。

图1

系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE 线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线 PE 上，安全可靠。工作零线只用做单相照明负载回路，与保护线没有关联。在电气线路上安装漏电保护器能够有效的保护人员和设备的安全，但是在干线上使用漏电保护器，工作零线上不得有重复接地，而 PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以在 TN-S 系统中干线上也可以安装漏电保护来有效的防止事故发生。

在系统运行过程中， N线的不平衡电流加上线路中的高次谐波电流，在PE 发生断路故障或 PE 线接触电阻增大时，中性点电位不受影响。系统正常运行时用电设备外露可导电部分没有不平衡电流，可以有一个合适的电位基准点， TN-S 在正常工作时 PE 线上不通过负载电流，这个特点比较适用于数据处理和精密电子仪器设备，也可以用于爆炸危险场合。T N -S 系统相比 TN-C 系统有很多优点，缺点是要多附设一根线缆，增加了施工成本。

但是从整体效果来说 TN-S 这种方式对供电、保护、经济合理性等均十分有利,所以在工业厂房接地设计中优先考虑。

3、TN-C-S 系统

TN-C-S 系统由两个接地系统组成，第一部分是TN－C系统，第二部分是TN-S 系统，分界面在 N 线与 PE 线的连接 点 。如 图3 。

图3

工作零线N 与专用保护线 PE 相联通，接地点N 与D 点这段线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。D点至后面PE线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此，TN-C-S 系统可以降低用电设备外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于 ND 线的负载不平衡的情况及 ND 这段线路的长度。负载越不平衡，ND 线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在 PE 线上应作重复接地。并且PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。

通过上述分析， TN-C-S 供电系统是在 TN-C 系统上临时变通的作法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时， TN-C-S 系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、精密仪器比较多的现代工业厂房中就不适用这种系统。

4 、T T 系统

TT 方式供电系统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。如图4。

图4

该系统常用于建筑物供电来自公共电网的地方.在 TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地，当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以减少触电的危险性。但是，低压断路器不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，这种系统在用电设备的安全性和抗电磁干扰性方面优于TN 系统中的 TN-C 和 TN-C-S。但在 TT低压供电系统中。要求用户线路上装配合格的漏电保护装置，并且系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料。所以在现代汽车工业厂房中这个系统可以作为被选系统。

5、IT系统

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阻抗接地，无中性线 N ，只有线电压（3 8 0 V ），无相电压（220V），保护接地线 PE 各自独立接 地 。如图5。

图5

IT系统在发生接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通路，其故障电流仅为非故障相的对地电容电流，其值甚小，因此对地故障电压很低，不致引发事故。并且这种系统一相接地时，不会使外壳带有较大的故障电流，系统可以照常运行，不需切断电源而使供电中断。但它一般不引出中性线，不能提供照明、控制等需用的 220 V 电源，且其故障防护和维护管理较复杂。

因此它是不适用于拥有单相设备和照明的现代化工业厂房。

6、结论

现代化工业厂房内，要求保护接地的设备非常多，有强电设备，弱电设备，以及一些正常情况下不带电的导电设备，均必须采用有效的保护接地。因此现代化厂房内应该设置电子设备的直流接地，交流工作接地，安全保护接地，及普通建筑也应具备的防雷保护接地。此外，由于现代化厂房内具有防静电要求的程控交换机房，计算机房，消防及火灾报警系统，以及大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备等，所以在现代化厂房的设计和施工中，还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。

现代工业厂房的供电接地系统宜采用TN－S系统，按规范宜采用一个总的共同接地装置，即统一接地体。统一接地体为接地电位基准点，由此分别引出各种功能接地引线，利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统。统一接地系统可利用大楼的桩基钢筋，并用40×4（mm）镀锌扁钢将其连成一体，作为自然接地体。根据规范，该系统与防雷接地系统共用，接地电阻若达不到要求，必须增加人工接地体或采用化学降阻法，使接地电阻满足规范要求。在配电室内设置总等电位铜排，该铜排一端通过构造柱或底板上的钢筋与统一接地体连接，另一端通过不同的连接端子分别与交流工作接地系统中的中性线连接，与需要做安全保护接地的各设备连接，与防雷系统连接，与需做直流接地的电子设备的绝缘铜芯接地线连接。

在现代工业厂房中，因为系统采用计算机参与管理或使用计算机作为工作工具，所以其接地系统宜采用单点接地并宜采取等电位措施。单点接地是指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开，各自成为独立系统。可从机柜引出三个相互绝缘的接地端子，再由引线引到总等电位铜排上共同接地。不允许把三种接地联结在一起，再用引线接到总等电位铜排上。实际上这是混合接地，这种接法既不安全又会产生干扰，现在的规范是不允许的。

二 接地措施

1 、防雷接地

为把雷电流迅速导入大地，以防止雷害为目的的接地叫作防雷接地。

一般有两种防雷接地方式，其一是避雷针接地，其二是法拉第笼式接地。这两种接地方式在原理上有显著的区别。避雷针的原理是在空中拦截闪电，使雷电通过自身放电，从而保护建筑物免受雷击。避雷针的保护范围小而且避雷针的保护空间内仍然有电磁感应作用，避雷针附近是强的电磁感应区，存有电位梯度，周围有跨步电压存在，在这个范围内人们有生命危险。法拉第笼式接地是指大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理，它是消除地电位反击有效的措施。

现代工业厂房多数按第二类防雷建筑物设计，接闪器采用针带组合接闪器，避雷带采用热镀锌圆钢在屋顶组成≤ 1 0 × 1 0（m）的网格，该网格与屋面金属构件作电气连接，与厂房混凝土柱内钢筋（或钢柱）作电气连接，引下线利用柱内钢筋，接地装置利用基础内钢筋。

2、交流工作接地

将电力系统中的某一点，直接或经特殊设备（如阻抗，电阻等）与大地作金属连接，称为工作接地。

工作接地主要指的是变压器中性点或中性线（N线）接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子，等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意，该接线端子不能外露；不能与其它接地系统，如直流接地、屏蔽接地、防静电接地等混接；也不能与 PE 线连接。

中性点接地可以防止零序电压偏移，保持三相电压基本平衡，这对于低压系统很有意义，可以方便使用单相电源。

3、安全保护接地

安全保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。即将大楼内的用电设备以及设备附近的一些金属构件，用 PE 线连接起来，但严禁将 PE 线与 N 线连接。

在工业厂房内，要求安全保护接地的设备非常多，有强电设备，弱电设备，以及一些非带电导电设备与构件，均必须采取安全保护接地措施。当没有做安全保护接地的电气设备的绝缘损坏时，其外壳有可能带电。如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤或造成生命危险。在中性点直接接地的电力系统中，接地短路电流经人身，大地流回中性点；在中性点非直接接地的电力系统中，接地电流经人体流入大地，并经线路对地电容构成通路，这两种情况都能造成人身触电。

所以进行安全保护接地，不仅是保障工业厂房电气系统安全，有效运行的有效措施，也是保障厂房内设备及人身安全的必要手段。

4 、直流接地

在现代工业厂房内含有很多通讯设备、自动化设备，在厂房生产过程中，这些电子设备在进行输入信息，传输信息，转换能量，放大信号，逻辑动作，输出信息等一系列过程中都是通过微电位或微电流快速进行，且设备之间常要通过互联网络进行工作因此为了使其准确性高，稳定性好，除了需有一个稳定的供电电源外，还必须具备一个稳定的基准电位。直流接地系统。直流接地系统基准电位引自总等电位铜排，采用铜芯绝缘线，穿钢管保护直接引至设备附近，作直流接地用。

5、屏蔽接地与防静电接地

在现代工业厂房内，电磁兼容设计是非常重要的，为了避免所用设备的机能障碍，避免甚至会出现的设备损坏，构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象，或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压，大功率辐射电磁场，自然雷击和静电放电。这些现象会对设计用来发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰。因此对这些设备及其布线必须采取保护措施，免受来自各种方面的干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。可将设备外壳与 PE 线连接；导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与 PE 线可靠连接；室内屏蔽也应多点与 PE 线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内，人的走步、移动设备，各自摩擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10～20％的环境中人的走步可以积聚3.5万伏的静电电压、如果没有良好的接地，不仅仅会产生对电子设备的干扰，甚至会将设备芯片击坏。将带静电物体或有可能产生静电的物体（非绝缘体）通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地。防静电接地要求在洁静干燥环境中，所有设备外壳及室内（包括地坪）设施必须均与PE 线多点可靠连接。

6、功率接地系统

电子设备中，为防止各种频率的干扰电压通过交直流电源线侵入，影响低电平信号的工作而装有交直流滤波器，滤波器的接地称功率接地。

7 、重复接地

在低压配电系统的TN－C系统中，为防止因中性线故障而失去接地保护作用，造成电击危险和损坏设备，对中性线进行重复接地。

参考文献

[1] GB50057-2010.建筑物防雷设计规范

[2] GB50054-2011.低压配电设计规范

[3] GB50169-2006.电气装置安装工程接地装置施工及验收规范