為什麼要接地?接地分為幾類?
1.接地的第一個意義,是建立零電位參考點
我們看下圖:
圖1:穩壓電源電路
圖1中,天藍色區域的右側我們看到了參考地的符號,它表示此處的電位是零。據此,我們可以在電路中確定±12V,還有+5V。
電路的參考地,非常重要。我曾經寫過一個帖子,專門討論參考地的作用,如下:
接地到底是一種什麼東西呢?該如何理解電路?
這篇帖子裡有一幅圖,摘錄如下:
圖2:參考地的作用
參考地實質上是人為指定的,它的作用就如同相對高度的參考點。例如一座18層的酒店大樓,我們指定地面為零高程點,則地下車庫在-2層,餐廳在4樓,我們的住宿房間在14樓;如果我們指定餐廳為零高程點,則地下車庫在-6層,住宿房間在10層。
注意到一個很重要的事實:儘管零電位參考點的電位為零,但它的電流不等於零。例如圖2中的2圖零電位參考點的電流並不等於零。由此可見,零電位參考點不符合歐姆定律,它符合基爾霍夫第二定律KVL(基爾霍夫電壓定律),也是我們判斷電路節點電壓的必須。
2.接地的第二個意義,在配電網中構建與大地相同的零電位參考點,並將用電負荷的金屬外殼保持與大地近似相同的零電位
我們把前者叫做系統接地或者工作接地,把後者叫做保護接地。
我們看下圖:
圖3:國際電工委員會標準IEC60364定義的TT接地系統
圖2中,電力變壓器低壓側繞組的中性線直接接地(左側),由此引出的中性線具有大地的零電位,我們把它叫做工作接地。
圖2中,用電裝置的外殼透過地線PE直接接地,我們把它叫做保護接地。保護接地確保了用電裝置的金屬外殼電位為零。
我們再看IEC60364定義的TN-C接地系統:
圖4:TN-C接地系統
在TN-C接地系統中,我們看到了系統接地。從系統接地引出了一條線PEN,它既有中性線的作用,也有保護接地的作用,這條線就是大名鼎鼎的零線。我們看到,用電負荷的外殼都接在零線上,這叫做保護接零。一旦發生漏電,因為漏電流接近於火線對零線的短路電流,因此配電網中的過電流保護裝置(各類開關,但不是漏電開關)會執行保護開斷操作。
TN-C接地系統最大的問題是:如果零線斷裂,則斷裂點後部的零線因為三相不平衡的原因,它的電壓會上升,最高可達相電壓。有因為負載的外殼保護接零,所以會對人體產生電擊。也因此,在危險場所,例如油庫、煤礦、醫院、交通樞紐中心(車站、港口、機場)等處嚴禁使用TN-C接地系統。由此可見,在當下零線是十分稀罕的。我們日常生活中配電網的接地系統要麼是TN-S,要麼是TN-C-S,如下:
圖5:TN-S接地系統
圖6:TN-C-S接地系統
在居家配電中,使用最多的就是TN-C-S接地系統。關於居家配電的TN-C-S接地系統,可參閱我的這篇帖子:
電網的三相電是怎麼轉換到家用電的?
弄明白配電網的接地系統非常重要,它能幫助我們理解居家配電系統,對我們使用家用電器、維護好居家配電網都有好處。
3.接地的第三個意義,用於遮蔽
我們看下圖:
圖7:遮蔽雙絞線的遮蔽層必須單點接地
圖7所示資料通訊使用的遮蔽雙絞線,它的遮蔽層要接地,並且是單側接地,避免地電流回流引起干擾。
4.遮蔽的第四個意義,是為了給雷擊電流提供洩放通道
我們看下圖:
圖8:防雷擊的浪湧抑制器SPD在不同級別雷擊區段中的接線
我們從圖8中看到,防止雷擊的浪湧抑制器SPD的一側是需要直接接地的。
SPD的接地方式見下表:
《低壓成套開關裝置的原理及其控制技術》中的表1-44所示SPD的接線形式:
圖9:浪湧抑制器SPD的接線
可見,用於防止雷擊的浪湧抑制器SPD接線還是有點技術含量的。
這裡有一個問題:
SPD下部的地線PE,與我們身邊配電網的地線PE是相同的嗎?如果是相同的,當雷擊SPD工作時,地線PE會不會出現高壓電而傷害人身安全?
我把這個問題留給知友們吧,我會視評論區的評論情況給出標準答案。
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