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接地电阻原理

大西洋仪器网  2017-07-07 13:56   点击 1131

●为什么要接地?

接地的原因有很多,但是其中首要的是保护人身的安全。下列机构和组织都提供了接地的建议或标准,以保护人员的安全。提供指导和规范的组织有:国际电工委员会(IEC)、欧洲电工标准委员会(CENELEC)、美国保险商实验室(UL)、美国国家消防协会(NFPA)、美国国家标准学会(ANSI)、美国矿山安全与健康管理局(MSHA)、职业安全与健康管理署(OSHA)、美国通信工业协会(TIA)等等。

良好的接地不仅要保证人员的安全而且要保护工厂和设备的安全。良好的接地系统会提高设备的可靠性并降低雷电或故障电流的破坏的可能性。

●接地的定义及其作用是什么?

美国国家电气规范(NEC)把接地定义为:无论是人为还是意外形成的电路或设备与大地之间的导电连接或者与作为地面的导体之间的连接。

当我们谈到接地时,它表示两种不同的概念:地线接地和设备接地。地线接地是一种人为的连接,将电路的导体(通常是零线或中心线)连接到大地上的接地电极;设备的接地是为了保证建筑物内运行设备恰当的接地。除了为防止闪电形成的电弧引起的电势差而在两个系统之间建立连接外,这两种接地系统必须保持隔离。接地的目的除了保护人员、工厂和设备的安全以外,还要为故障电流、闪电、静电放电、电磁干扰以及RFI信号和干扰提供耗散渠道。

●接地电阻值

有很多人不明白怎样才是良好的接地,以及接地电阻值应该是多少。理想的接地电阻应该是零电阻的。美国国家电气规范(NEC)规定:“由接地棒、管道或极板组成的单一接地电极,如果对地电阻达不到25欧姆或更小,则应该增加一个电极进行增强…”,一旦你增加了辅助接地电极,就达到了美国国家电气规范(NEC)的要求。但这并不意味着接地电阻必须为25欧姆或更小,各个行业对接地电阻的要求会有所不同。

电信行业通常将5欧姆作为接地和铁塔的电阻值标准,接地电阻值的目标是从经济和物理意义上讲,尽可能达到最低的接地电阻。

●接地电极

接地电极由三个基本部件组成:接地导线;导线和接地极之间的连接或焊接;接地电极本身。

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接地电极的电阻由三部分组成:接地电极本身以及与之相连部分的电阻;电极和周围土壤的接触电阻;电极周围大地的电阻。

接地电极以及与之相连部分的电阻一般都非常低,接地棒通常由高传导性/低电阻材料制成,例如铜或包铜。

电极和土壤的接触电阻:标准局已说明,如果接地电极上没有油漆或油脂等,并且接地极和土壤紧密接触,那么这部分电阻可以忽略不计。

周围大地的电阻:地极由相同厚度的同心壳层组成的土壤包围着。距离地极最近的这些壳层占据的区域很小却形成最大程度的电阻。越靠外的壳层占据的区域越大,但形成的电阻越小。最终到达某点时,其它的壳层对该电阻产生的影响就非常微弱。

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美国国家电气规范(NEC)规定,安装的接地电极至少要有2.4米长与土壤保持接触。有三种因素会影响接地电极的电阻:大地本身;接地电极的长度/深度;接地电极的直径。

增大接地电极的直径仅会很小程度的降低电阻。例如如果把接地极的直径增加一倍,电阻最大只能降低10%

降低电阻的最有效方式是把接地电极插入地下更深,因为大地是分层的,电阻系数会随着层以及层的深度变化而变化。土壤电阻系数是不固定的,而是很难预测的。除此之外还有非常重要的一点:当安装接地极时,要确保它在冰冻线以下,因此对地电阻不会随着周围土壤的冻结而急剧增加。总体来说,把地极插入地下的深度增加一倍,则会降低40%的电阻。可能有时候会出现不能把接地钉再往深处埋插的情况,比如遇到石头、花岗岩等时,这种情况下,可以选择其它的方法,例如在接地极上围上水泥就是可行的选择。

降低接地电阻的另一种方法是使用多个接地电极。这种方法是把多个接地电极插入地下,且并联在一起来降低接地电阻。每一个地极都有自己的影响范围,为了能使其它的接地电极发挥作用,与其它接地电极的间距应该至少是电极插入地下的深度。如果接地电极之间没有适当的距离,接地电极的影响范围就会相互交叉,而使降低电阻的作用非常小,没有了存在的价值。

接地系统的类型

有两种类型的接地系统:简单的和复杂的。简单的接地系统只有一个电极插入地下。用一个接地电极进行接地是最常见的接地形式。复杂的接地系统由多个接地棒连接组成,形成网状或格子网、接地板和接地环路。这些系统主要安装在电力变电站、中心站和通信基站。

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来源:大西洋仪器网    编辑:韦文臻
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