在供電系統中,接地系統決定了電極對地球表面的電勢。對接地系統的選擇直接影響安全和電源的電磁兼容性,不同國家的標準和管理規定可以相差很大。大部分的接地系統都會將其中一個電源電極與大地直接相接,如果一個電器設備發生故障,使得火線(未接地的電源電極)接觸到設備裸露的導電表面,那麼任何一個與大地在電氣上相連的人(比如站在地球表面或觸碰接地池)觸碰該設備表面將形成一個迴路,電流返回到那個已接地的電源電極,造成觸電。

保護接地,在美國國家電氣代號NEC中稱為設備接地極(equipment grounding conductor),將裸露的導電表面保持在與地相同的電勢,從而避免這種危害。為了避免可能產生壓降的壓降,正常情況下,該極是不允許有電流流過的,但故障電流通常可以熔斷保險絲或觸發空氣開關動作,從而保護電路。不足以觸發過流保護的高阻抗的「相-地」故障還是有可能觸發剩餘電流(零序電流,漏電電流)裝置(如果有的話) -(北美稱之為接地故障電路斷路器,GFCI)

相反,功能性的接地目的不是為了防止觸電,而且可能通常會有電流通過。使用功能性接地的設備包括浪涌電流抑制器,電磁干擾濾波器,某些天線和測量儀器,但功能性接地的最重要的例子還是供電系統的中性點,該帶電流的電極被接地,為了防止地電流,通常(但不盡然)是單點接地。在NEC中稱之為接地的電源極(GroundED supply conductor),以此來區分設備接地極(equipment grounding conductor)。

在大多數的已開發國家,帶接地觸頭的230V電源插座都是在二戰前後開用應用的,雖然各國流行的變種差別很大。在美國和加拿大,60年代中期(1960s)以前安裝的120V插座通常是不帶接地插孔的。在開發中國家,就地的接線施工可能沒有連接插座上的接地孔。在沒有提供電源地的時候,需要接地的設備通常會使用電源的中性點,有些使用接地棒。很多110V用電器的插頭是分極性的,以區分相線和中性線,但用電源中性線作為設備接地線是有很大隱患的,插座或插頭上的相線和中性線可能意外地弄反了,或者中性線與地沒有連接上或者沒有很好地安裝好。中性線中正常的負載電流都有可能產生危險的壓降。由於這些原因,多數國家已經強制使用現在已經很普遍的專用保護接地連接。

歷史沿革

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電報發明後,最早的接地導體出現在1820年代。1923年在法國。通過制定電氣安裝的「標準」,制定了特定的接地標準。1973年,決定使用TN網絡。

分類

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國際標準IEC60364區分了三大類接地系統,使用兩個字母代號表示TN,TT和IT。

 
接地線選型

第一個字母表示供電設備(發電機或變壓器)與地的連接,第二個字母表示提供給用電設備的與地連接。

T: 將一點直接與地相接(terra)
I: 沒有與地相接的點(isolation),或是通過一個高阻抗。
N: 在安裝位置直接與接地的中性點相接。
 
接地連接器

第三、四個字母表示保護導體(PE)及中性導體(N)是否共用同一導體。

C: 保護導體及中性導體是混合的(Combine)
S: 保護導體及中性導體是分開的(Separate)

TN系統

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在TN接地系統中,發電機或變壓器的其中一點與地相接,通常是三相系統中的星點。用電設備的外殼通過變壓器的這個接地點與地相接。

TN-S系統中,由變壓器到最終電路均設有獨立的保護導體(PE)及中性導體(N)
TN-C系統中,保護導體及中性導體混合在一起(PEN)
TN-C-S系統中,由變壓器到總電掣櫃,保護導體及中性導體混合在一起(PEN),之後分開獨立的PE及N
     
TN-S 系統 TN-C 系統 TN-C-S 系統

TT系統

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TT 系統

在TT系統中,發電機/變壓器與客戶端各自接地,兩者沒有使用保護導體(PE)相連。

TT系統最大的好處是減少PE干擾客戶端設備的問題。一些特別設備(如電訊系統)需要一個沒有雜訊的接地極(Clean Earth),與普通的接地極(Dirty Earth)分開。由於客戶端擁有自己的接地極,因此沒有中線斷開所產生的安全問題。

IT系統

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IT 系統

在IT系統中,發電機/變壓器沒有接地或以高阻抗接地,客戶端則擁有自己的接地極。

相比TN及TT系統,IT系統出現相-地短路(line-to-ground fault)時仍可正常運作,但其餘兩個相的對地電壓會由VLN變成VLL。由於故障電流很小,因此所有電路都需要使用漏電斷路器(RCD)來保護。

印度,礦場必須在中線加入電阻接地,確保故障電流不大於750mA,防止巨大的故障電流點燃可燃氣體,同理,也可以確保地底下的供電系統不會因小事故而中斷。

 
接地棒的物理模型

接地導體的類型

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  • 單接地
  • 組接地導體
  • 接地網
  • 接地板

土壤的電導率

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溫納法土壤電阻率

地質材料的抵抗力取決於幾個組成部分:金屬礦石的存在,地質層的溫度,考古或結構特徵的存在,溶解的鹽和污染物(孔隙度和滲透率)的存在。

接地電阻的測量是接地設備設計中的重要方面。 從其電阻取決於接地裝置的電阻。 有兩種測量土壤阻力的方法:斯倫貝謝方法和維納斯方法。

參見

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  • 馬琳娜·約達諾娃,葉夫根尼·馬列夫 - 建築物的接地和避雷系統
  • 接地
  • 中性導體