通信防雷接地技术（抗干扰和接地技术）

接地的概念、分类和目的

一、接地的含义

大地；接大地的含义

以地球的电位为基准，并以大地为零电位，把电子设备的金属外壳、线路选定点等通过接地线、接地极等组成的装置与大地相连接

系统基准地：简称系统地

指信号回路的基准导体（电子设备通常以金属底座、机壳、屏蔽罩、或组铜线、铜带等作为基准导体），并设该基准导体为相对零电位，但不是大地零电位。

理想的基准导体是一个零电位、零阻抗的物理实体

理想的接地面可以为系统中的任何位置的信号提供公共的电位参考点（但不存在）

接地平面流过电流产生的等位线

地线电位示意图

传统定义：地线就是电路中的电位参考点，它为系统中的所有电路提供一个电位基准。

在从事电路设计的人员范围内，如果谁提出这样一个问题：什么是地线，地线起什么作用？马上会引起同事的嘲笑。因为电路接地实在是再自然不过的事情了。定义也在教科书中不知陈述过多少遍。

新定义：地线为信号流回源的低阻抗路径

如上所述，传统定义仅给出了地线应该具有的等电位状态，并没有反映真实地线的情况。因此用这个定义无法分析实际的电磁兼容问题。这个定义突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降，因此这个定义反映了实际地线上的电位情况。

思考题：在分析、解决电磁兼容问题时，确定实际的地线电流路径十分重要。但你所设计的地线往往并不是实际的地线电流路径，也就是，并不是真正的地线，这是为什么？

二、接地分类

电力系统交流电气装置的接地按其功能可分为基本的三类：工作接地、防雷接地和保护接地。

1．工作接地

交流电力系统根据中性点是否接地而分为中性点有效接地系统和中性点非有效接地系统（包括中性点绝缘系统、中性点通过电阻或电感接地的系统）。我国在110 kV及以上的电力系统中均采用中性点有效接地的运行方式，其目的是为了降低电气设备的绝缘水平，这种接地方式称为工作接地。采用中性点有效接地方式后，正常情况下作用在电气设备（如电力变压器）绝缘上的电压为相电压。如果采用中性点绝缘的工作方式，则在发生单相接地故障，且又不跳闸时，作用在设备绝缘上的电压为线电压，二者相差1.732倍。采用中性点有效接地方式后，作用在设备绝缘上的电压明显降低，因此设备的绝缘水平也可以降低，即达到缩小设备绝缘尺寸、降低设备造价的目的。对于有效接地系统，在正常情况下，流过接地装置的电流为系统的不平衡电流，而在系统发生短路故障时将有数十千安的短路电流流过接地装置，一般短路电流持续时间为0.5s左右。

在两线一地的双极直流输电系统中，有时也将中性点接地。中性点接地后，可以利用大地作为回路，采用单极运行方式。采用单极运行方式时，数千安的电流将长期流过接地装置，这时接地装置的电化学腐蚀是一个特别应当注意的问题。

对于配电系统，降压变压器用来连接高压系统和低压系统，根据变压器低压中性点是否接地，低压配电系统可分为接地系统和非接地系统。图1即为中性点接地的低压配电系统。如果人接触低压导线时，将形成回路，流过人体的电流和人体与大地间的接触状况有关，如果人与大地的接触电阻低，将有危险电流流经人体而产生危害。从历史的角度来看，低压配电系统是从非接地系统开始发展的，但在变压器处由于高低压混合经常发生事故，因此改为接地系统，即将变压器的二次侧中性点接地，以抑制二次侧线路对地电压的异常上升。该系统的缺陷是多个变压器二次侧中性点接地时，如果接地装置比较靠近，一个变压器处发生接地故障时，通过共有的大地，将在另一个系统产生干扰。

图1 低压配电系统的接地系统

对于水中照明等供电线路，必须增加绝缘变压器，其二次侧中性点不能接地，这种系统为中性点非接地系统。如图2所示，人接触中性点非接地系统二次侧的线路时，只有由于分布电容形成的回路而产生的极小电流流过人体，因而比较安全。非接地系统的缺点在于某些原因（如高低压回路间的混合接触、雷电冲击、操作过电压等）使该系统的对地电位上升时，将无法抑制这种异常电位，从而在二次侧产生危害。非接地系统的另一个重要缺点是随着线路绝缘的老化，将可能造成绝缘损坏而形成接地，引起事故。

图2低压配电系统的非接地系统

2．保护接地

在电气设备发生故障时，电气设备的外壳将带电，如果这时人接触设备外壳，将产生危险。因此为了保证人身安全，所有电气设备的外壳必须接地，这种接地称为保护接地。当电气设备的绝缘损坏而使外壳带电时，流过保护接地装置的故障电流应使相应的继电保护装置动作，切除故障设备，另外也可以通过降低接地电阻保证外壳的电位在人体安全电压值之下，从而避免因电气设备外壳带电而造成的触电事故。

3．防雷接地

为了防止雷电对电力系统及人身安全的危害，一般采用避雷针、避雷线及避雷器等雷电防护设备。这些雷电防护设备都必须与合适的接地装置相连，以将雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地。流过防雷接地装置的雷电流幅值很大，可以达到数百千安，但持续的时间很短，一般只有数十微秒。

4．信号参考地

现代电力系统大量采用以固体电子设备为基础的仪器和控制设备，这些设备工作时需要确定信号的参考点。信号参考地对于保证电子设备及计算机控制系统等的正常工作起着十分重要的作用。而现代电力系统，很难提供纯净的无干扰的信号参考地，因此提高信号地的抗干扰能力是接地设计时需要考虑的重要问题之一。从功能上看，信号参考地是一种特殊的工作接地。

三、接地的目的

1．降低电气设备绝缘水平

如前所述，将电力系统中性点接地的工作接地，能够降低作用在电气设备上的电压，从而降低电气设备的绝缘水平。

2．确保电力系统安全运行

输电线路杆塔接地装置的接地电阻必须降低到一定值，以确保雷击输电线路杆塔时的塔顶电位与导线的电位差小于绝缘子串的50％冲击放电电压，保证线路的正常运行。如果接地电阻过大，则可能造成塔顶电位升很大，引起绝缘子串闪络而造成停电事故。

另外，在发变电站，通过避雷线、避雷针和避雷器来吸收和泄放雷电能量，这些防雷设备必须通过接地装置将雷电能量泄放到大地。

3．确保人身安全

如前所述的保护接地，即将所有电气设备的外壳接地，当电气设备绝缘损坏或老化而使外壳带电时，能够保证接触设备外壳的人员的人身安全。另外发变电站接地装置通过降低接地电阻和采取均压措施来保证接触电压和跨步电压满足人身安全要求。接触电压是指故障时人体接触与接地装置相连的设备外壳或金属构件时人体所承受的手和脚之间的电位差，而跨步电压则是故障时人体两脚之间所承受的电位差。

4．防止静电干扰

由于现代科技的发展，一方面容易产生静电的化学纤维及塑料等制品、衣物的使用日益增多，另一方面对静电于扰敏感的固态电子设备，如计算机等的使用也日益增加。静电一方面可能引起爆炸和火灾，如储油罐、天然气储罐和管道等特别容易因静电放电而引起爆炸，另一方面则是干扰固体电子设备的正常工作。通过接地可以将由于摩擦等产生并积蓄的静电尽快释放到大地，防止静电干扰引起的事故和破坏。

5．检测接地故障

近年来为了保证人身和财产安全，低压线路采用漏电断路器等各种故障保护装置。如果线路的一点产生接地故障，为了使保护装置动作，则必须产生足够大的接地故障电流。为确保满足该条件，则在降压变压器二次侧中性点接地，该接地可以称为接地故障检测用的接地。另一方面，对中性点接地的线路，如果电气设备外壳不接地，当由于绝缘破坏等原因使设备外壳带电时，通过杂散电容构成回路产生的电流将不足以使保护设备可靠动作，因此应将设备外壳接地，如图3所示，这时产生的回路电流I为：

I = U/(R₀ R_E)

式中U为线路相电压，R₀为电源中性点的工作接地电阻，对于380/22OV低压交流线

路，其值一般取为4欧，R_E为设备的接地电阻。

图3确保保护装置动作的电气设备外壳接地

6．等电位连接

等电位连接是使各外露导体和装置外导电体的电位相等的连接方式。在建筑物内的电气设备，可以通过将设备外壳与敷设的主接地母线相连来实现等电位连接，如图4所示。等电位连接的目的是防止在设备之间产生危险电位差和构成回路，因为由设备接地连接构成的回路容易受到外部电磁场的感应作用，产生回路电流，干扰设备的正常运行。

主接地母线

图4电气设备的等电位连接

7．防止电磁干扰健井

外部电磁干扰能够使电子设备产生误动作，或干扰电缆传输的信号，影响传输信号质量，这可以通过将电子设备的屏蔽外壳和电缆屏蔽层接地来降低或消除外部电磁干扰的影响。另外为防止电子设备产生的高频能量泄流到外部，而对其他设备造成干扰，也应进行接地。防止电磁干扰的接地具有多种形式，如屏蔽室、屏蔽层的接地，屏蔽电缆的接地，变压器静电屏蔽的接地，精密仪器的保护装置的接地，变压器或扼流圈铁芯的接地等。另外电子设备电源人口处的线路滤波器也应加以接地。总之，防止电磁干扰的接地就是提供干扰能量泄放到大地的通道。

8．功能接地

有些设备在功能上即有加以接地的必要性。例如阴极保护利用电化学防止金属的腐蚀，为了使防蚀电流流人土壤或水中，则应在系统中进行接地。另外为了保证计算机及其他电子设备的正常工作，必须采用具有稳定电位的基准点，该基准点通过接地来实现。

9．作业用接地

在停电作业时，需要采用接地来泄放线路中的充电装置中的能量，以及防止电磁干扰在线路中的感应电流的危害。另外也可以防止他人误操作对作业人员的致命危害。

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