接地与等电位联结的区别

接地与等电位联结都是电气安全的重要手段。这两种手段主要是相辅相成、相互补充，但在有些情况下，局部等电位联结不能接地。这里重点分析接地的总等电位联结及辅助等电位联结的作用和联结方法，以及防止室内外电位差的措施，并对不接地局部等电位联结的作用和要求进行说明。 

　　（一）接地的总等电位联结的作用

1．显著降低接触电压

　　电气装置内绝缘损坏所引起的接地故障能使其外露导电部分带危险电压，从而导致电击和其它电气事故。

　　防止这种事故有两个主要途径：一是依靠装设的熔断器、低压断路器、漏电保护器等快速切断故障；另一是依靠接地和总等电位联结来降低接触电压 UC。

图28 TC-C-S系统有重复接地无总等电位联结

现以常用的 TN-C-S 接地系统为例加以阐明。图28 为有重复接地无总等电位联结；图29 为有重复接地并设置总等电位联结。由图28 可按以下方法计算人体接触电压 U：

Id = U0／Z ＝ U0／{ZT＋ZL＋ZPE＋〔ZPEN×(RA＋RB)〕／(ZPEN＋RA＋RB)}　　　　（5）

式中：Id ── 单相接地故障电流，A

   U0 ── 相线对地标称电压，V

　　　Z、ZT、ZL、ZPE、ZPEN ── 变压器、相线、PE 线、PEN 线阻抗，Ω

   RA ── 进入建筑物的重复接地电阻，Ω

　　　RB ── 电源接地电阻，Ω

　　UAB ＝ Id·〔ZPEN×(RA＋RB)〕／(ZPEN＋RA＋RB)

　　Id ＝ Id1+Id2

　　Id1 ＝ Id×〔ZPEN×(RA＋RB)〕／(ZPEN＋RA＋RB)·1／(RA＋RB)

　　　 ＝ Id×ZPEN／(ZPEN＋RA＋RB) 

　　Id2 ＝ Id×〔ZPEN×(RA＋RB)〕／(ZPEN＋RA＋RB)·1／ZPEN

　　　 ＝ Id×(RA＋RB)／(ZPEN＋RA＋RB) 

　　Uf ＝ Id·ZPEN ＋ Id1·RA　　　 　　　　　　　　　　（6） 

式中：Uf ── 接地故障电压，即发生接地故障时，电气装置的外露导电部分与大地间的电压，V

　 ∴ UC = Uf·Zh／(Zh＋Rs) = Id·〔ZPE＋(ZPEN·R／(ZPEN＋RA＋RB)〕·Z／(Zh＋RS)　（7）

式中：Zh ── 人体阻抗，Ω

   RS ── 鞋、袜和地面电阻，Ω

图29 TC-C-S系统有重复接地和总等电位联结

　　由图29 可见，当增加等电位联结后，人体接触电压

          UC＇= Ut·〔Zh／(Zh+RS)〕= Id·〔Zh／(Zh+RS)〕　　　　　　　　　　（8）

式中：Ut ── 预期接触电压，即可能发生的最大接触电压，V 预期接触电压，即可能发生的最大接触电压，V

  从式（7）、式（8）可见，设速总等电位联结后，可降低的接触电压。

          UC － UC＇＝ Id·〔( ZPEN·RA)／(ZPEN＋RA＋RB)〕·Zh／(Zh＋RS)

　　当处于总等电位联结区域外时，此时所承受的接触电压，未设置总等电位联结时相同。

  2．防止因 TN 系统相线接地及其它原因所引起故障电压的电击

  在 TN 系统中，当有一根相线接地时，此时的故障电流 

      Id = U0／RT＋RE　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9）

式中：RT ── 变压器中性点接地电阻，Ω

   RE ── 相线接地处，不与 PE 线连接的导电部分的最小对地接触电阻，Ω

   U0 ── 相线与中性点之间电压，V

   Id 流经变压器中性点接地电阻 RT 时，将产生 Id·RT 的故障电压。此电压将沿 PEN 线或 PE 线蔓延至建筑物内，使建筑物内所有接 PEN 线或 PE 线的电气装置外露导电部分都带此故障电压。

  如果建筑物内设置了总等电位联结，则 PEN 线或 PE 线通过总等电位联结与外部导电部分相连接，使人的手足能触及的各种金属导电体和地面的电位都上升到与 PEN 线或 PE 线基本相等的电位，这便能达到防止电击的危险。

  同理，在同一低压配电网络的不同建筑物中，如有一电气装置发生单相接地故障或中性点不接地的高压电力系统发生单相接地故障，因故未能及时排除故障时，同样会在 PEN 线或PE线对地产生故障电压，此电压将沿 PEN 线或 PE 线蔓延至同一供电网络中的其它各电气装置外露导电部分上，如设置总等电位联结则可防止此类故障电击的危险。

　　此外雷电沿低压配电网络窜入的高电位，虽在入口处装有避雷器以衰减此高电压，若能将避雷器的接地线纳入总等电位联结范围内，一方面可以降低 L·di／dt  残压，另一方而在避雷器被击穿瞬问，PEN 线或 PE 线 虽有雷电残压，但由于总等电位联结的作用，整个建筑物电气装置和其它金属物体形成法拉第笼而等电位，对人和设备均不致造成危害。

　　3．防止因 TN 系统 PEN 线断线而形成危险电压的电击

  TN 系统的 PEN 线因某种原因发生断线故障后，如三相负载不平衡时，则会形成供 电系统的中性点漂移。在极端情况下，如 相有负载而 L2、L3 相无负载时，则此时断线后的中性点对地电压最高可达 220V，此时电器装置的外露导电部分如接 PEN 线作为保护接地时，则将形成很危险的情况。如设置了总等电位联结，则电击危险将被显著减轻或消除。

　　综上所述，总等电位联结对防止或减轻则接接触电压是一种很有效的措施。但不能认为设置了总等电位联结就能防止单相接地故障的电击危害，装置自动切断故障电源的保护装置仍为主要保护措施。对此 IEC 规定，在采用自 切断电源的防间接接触保护措施中应作总等电位联结。英国 IEE 则将总等电位联结与自动切断电源合为一条措施，即如果不设置总等电位联结，自动切断电源这一保护措施不能单独成立，除非补充其它安全措施。

　　（二）接地的辅助等电位联结的作用

　　根据 IEC3-4-41出版物《电击保护》中规定，当向 I 级手携式或移动式电气装置及电源插座供电时．若发生接地故障，对地故障电压为 230V 情况下，应在 0. 4s 内切断供电。当只供电给固定设备的末端回路时，其切断时间允许超过上 述规定的时问，但不允许超过 5s。此时必须 满足下列两条件之一。

　　1．配电盘内PE线连接到总等电位联结点之间的保护线阻抗

                Z ≤(50／U0)ZS　　（Ω）

式中：ZS── 故障回路的附抗，包括电源到故障点为止的带电线和故障点与电源之间的保护线的阻抗，Ω

　　　U0── 相线对地标称电压，V 

  2．在配电盘上将包括同类型装置的外露导电部分的等电位联结作为该总等电位联结，并应符合总等电位联结的要求

  一般情况下，建筑物内的电气装置能满足上述要求，因而能符合电气安全的要求。但在建筑物内个别电气装置或局部地区仍可能出现不能满足电气安全的情况。现以图30 加以说明。 P 为该区域总配电盘，P1，P2 为分配电盘。此两分配电盘都同时供电给移动式和固定式电气装置。建筑物内设有总等电位联结，其端子板为 BM。如电气装置  M1 发生接地故障时，故障电流人流过PE线线段 a→b→c，此时一手携式电气设备 H1 与暖气片 R1 间的接触电压等于 b-c 段 PE 线上的压降，如 Zbc 小于或等于式（10），则可以认为是安全的，在分配电箱 P1 处不需要设置辅助等电位联结、在分配电箱 P2 处，如电气装置 M2 发生接地故障时，H2 和 R2 之间的接触电压应为 e-f  段的 PE 线上压降，如按式（10）验算此值超过 50V 时，则需设置辅助等电位联结，其联络端子板为 BS。作辅助等电位联结后，H2 与 R2 电位相等，电击危险便可消除。

　　除上述情况外，辅助等电位联结还可在其它场合应用。如配电线路长或处于配电线路末端时，那用的接地故障电流小，有时不能满足切断电路的时间要求。此时辅助等电位联结可作为电气安全的一个辅助措施。

　　（三）等电位联结方法

  总等电位联结在建筑物内需联结的外部导电部分有总水管、煤气管、采暖立管、空调立管、压缩空气管、氧气管、乙炔管、建筑金属构件等，需联结之处比较多，因此产生这些外部导电部分如何与总等电位联结端子板连接的问题。

  1．放射式联结

  即把每种外部导电部分以其中独的连接线接向总等电位联结端子板。这种联结方法的优点能卸开每一个端子可以分别检查其导电的连续性、此外某些精密电子设备对抗噪声干扰要求比较高，而这种共态噪声和正常振动噪声信号大都是从空中来的，有可能通过外部导电部分进行传递，因此从抗干扰角度考虑，采用放射式联结较好，但施工要复杂些，材料要多费些。

  2．树干式联结

　　即从总等电位联结端子板引出一根或两根连接线接向外部导电部分，然后各外部导电部分就近相互联结。此种方式施工方便，材料也比放射式联结节省，但检查其导电的连续性和抗干扰等均不如放射式联结。一般用于没有信息网络的建筑物内。

　　（四）防止室内外电位差的措施

  当建筑物内设置总等电位联结后，使建筑物内基本处于等电位状态。但此时室内对大地零电位并不是同一电位，特别在建筑物内存有单相接地故障情况时，室内外之间和能存有单相接地故障电压。为降低此接触电压和跨步电压，应在建筑物人流主要出入口处采用高电阻率的路面，如铺砾石、沥青路面等。由于此故障电压远小于中性点接地的高压电力系统单相接地时的故障电压，同时还有鞋、袜、地面的电阻存在。故一般这样做后，可防止此类电击的危险。

　　在某些特殊情况下，可敷设与等电位联结毫无联系的均压带，敷设后的电位分布情况可参见图31。

　　（五）不接地的局部等电位联结

  不接地的局部等电位联结是间接电击保护的方法之一，在采用自动切断电源保护不能满足安全条件时，可采用这种方法，用以防止出现危险的接触电压。

    1．作用

    局部等电位联结线必须与所有可能同时触及的外部导电部分及外露导电部分相连接，使人在伸臂范围内所有导电部分的接触电压不超过安全电压值，因此人在局部等电位联结范围内不会产生间接电击。

　　2．安全要求

　　局部等电位联结严禁直接通过外部导电部分或通过外部导电部分与大地电气接触。局部等电位联结范围内的地下管道、地下钢结构均不能与局部等电位联结线相连接。这些与地相连的金属管道不能与外部导电部分相连，也不能与外部导电部分相连，如必须连接，则需采用相互绝缘措施。但这些条件无法满足时，还要按照不同接地系统采用自动切断电源的措施，也就是在这种情况下，除了不接地的局部等电位联结外，还要采用自动切断电源措施。

　　为了保证进入局部等电位场的人不遭受危险的电位差，特别是在和大地绝缘的导电地坪与不接地的局部等电位联结的地方，可采用防止室内外电位差的措施。