接地与接地的原理

    我们都知道接地（或欧洲人所说的“接地”）是必要的。电气规范要求；设备制造商要求；我们都知道这将是“良好做法”，即使它不是必需的。
    在任何可能存在绝缘故障或任何其他到本地“接地”的电阻、电容或电感路径的现实情况下，都需要适当的安全接地连接。

    接地经常被误解，因为这样做的原因有很多，每种都有自己的一套关注点、注意事项和安装方法。它也被误解了，因为当它做错时可能发生的问题基本上是不可见的、难以理解的，通常没有很好的解释，而且当它们发生时很难追踪。

    大多数人士在他们的职业生涯中只处理一两种类型的基础。大多数人不一定知道通信行业有自己的一套要求，也没有意识到，虽然有相似之处，但在一个领域做得很好并不一定能在另一个领域发挥作用。

    让我们确定其中一些常见的接地特性：
    雷电接地：这些接地设计用于将雷击直接接地，因此不会损坏建筑物或其电气系统，也不会伤害人员。目的是通过建筑钢材或通过沿着结构外部向下延伸到被打入地下的杆的电线将雷击带到大地。这些接地棒也连接到主电气接地，建筑钢材也是如此。闪电本质上包含大量高频成分，应该有非常直接的接地路径（不会很好地弯曲拐角）。

    射频屏蔽和接地：无线电频率非常高，因此波长非常短。射频往往会渗透到所有事物中，尤其是在不需要它的地方。阻止 RFI（射频干扰）的方法是在信号传输线和敏感电子设备周围使用几乎连续的接地屏蔽。在广播中很常见，这种类型的接地是通过确保所有金属部件牢固地粘合在一起来实现的——基本上到处都接地。射频屏蔽柜通常有门，这些门靠着数百个小的弹簧青铜指或某种金属编织物关闭，这些金属编织物在整个门边缘形成连续的电气连接。

    电气安装标准得到了高度发展，涵盖了安全安装的所有主要方面。标准制定者特别注意为保障人员和财产安全而采取的措施。这种担忧导致了三个 Earthign 系统的标准化。

    TN 系统：电源配电变压器中性点接地，电气负载框架连接到中性点。相位上的绝缘故障会变成短路，故障部分会被短路保护装置 (SCPD) 断开。这有三种变体：TN-C（同一导体充当中性导体和保护导体）、TN-S（中性导体和保护导体是分开的）和 TN-CS（TN-C 和 TN-S 的组合）。

    TT 系统：电源配电变压器中性点接地，电气负载框架也接地。绝缘故障电流受接地阻抗限制。剩余电流装置 (RCD) 提供保护，当存在过多的接地泄漏电流时，它会断开故障负载。

    IT 系统：变压器中性点未接地（理论上未接地，实际上通过电缆中的杂散电容或自愿通过约 1500 欧姆的高阻抗连接到地）。电气负载框架接地。如果发生单个绝缘故障，则会产生低故障电流。框架中产生的接触电压（无模式低于几伏）并不危险。SCPD 和/或 RCD 提供针对两个同时发生的故障的必要保护。

    许多建筑物之间的电源配电网络使用多重接地原理。在多重接地中，在建筑物的进线口面板处有一根接地棒，在类似庄园中，在其他建筑物处也有其他接地棒连接到中性线。

    敏感电气安装中使用的一种接地方法是“单点接地”，即将所有设备连接到一个点，所有电缆都从该点接入，以免在任何设备之间形成“接地环路”。所有设备都连接到的这个单点然后接地，并且通常有多个接地棒和/或埋在地下的径向电线。单点接地原理用于一些设备内部和一些室内电源布线实践中。
    良好的接地实践对于防止接地瞬变至关重要。接地瞬变是计算机、销售点终端、PLC（可编程逻辑控制器）和医疗电子设备中系统崩溃、锁定、信息丢失或性系统故障的常见原因。

    世界各地使用不同的接地系统。选择接地系统的标准已经改变。IEC 364 标准对不同的接地系统进行了标准化。

    有时您可能会问为什么配电系统无论如何都要接地？对于接地系统和不接地系统存在不同的看法。如果隔离变压器下游的电路足够小，没有足够的电容和漏电阻来电击，那么理论上不接地系统是可以工作的。但是谁来检查电路是否有意外接地？从一条腿到地面的重要泄漏路径会危及未接地系统的安全性。将高压系统供电的低压系统接地的主要原因之一是保护低压“东西”免受意外高压的影响。变压器绝缘击穿，高压线跨接低压线至少有两种方式可以将高压施加到低压电路上。电路接地后，高压线会遇到接地故障电流并跳闸。同样对于接地的低压，在这种情况下低压电路看到的电压将受到限制。这与其说是为了人员安全，不如说是为了避免房屋被烧毁。

    至于将接地线连接到每个插座，这个想法是如果所有工具/设备的外壳都通过第三个插脚和插座接地，那么设备中的故障（例如热导线短路到外壳）将短路接地导体并返回服务入口面板，使断路器跳闸。外壳上产生的电压很轻微，除非您通过单独的电路接地，否则您不会受到严重伤害。双绝缘工具/器具被排除在第三个 prongIIRC 之外，因为它们需要两个故障（线到框架，框架到外壳）并且被认为是非常遥远的。经验表明这是可行的，但由于绝缘故障，或者更重要的是人为因素（愚蠢或错误），它并不是万无一失的。

    在某些特殊情况下，使用隔离变压器代替接地。例如，在一些医院和电子实验室应用中，他们使用隔离变压器来浮动所有东西——如果没有返回路径就不能震动。只要每个设备都有自己的隔离变压器并且不会发生故障，这项工作就可以进行。

    电源线接地也用作许多电子设备的接地参考。在那些情况下，您必须记住，电气系统接地不是所有接地点都相同的完美接地电位。如果在连接到电气系统接地和相互连接的电子设备中不考虑，可能会存在相当大的接地电位差，这可能会导致问题（信号的共模电压、接地导体的电流等）。从接地点到电压测量接地点通常为 0.2 至 5V rms，虽然很少见，但在广泛分离的接地点之间高达 65V rms。请记住，如果附近发生雷击，由于接地系统/地球，同一接地系统上的“a 点到 b 点”可能会出现非常高的电位差。

    安装接地连接时，需要测量其质量是否足以满足特定安装的需求。接地电阻通常使用 3 桩电位下降法测量。从理论上讲，在完整的接地系统上实现的终测量值与地球上任何其他接地系统的电阻相同。良好的接地系统测量值应在 5 到 10 欧姆之间。设计良好的 5 欧姆接地系统通常被认为是防雷接地系统的选择。

    应在实际接地系统安装之前进行 4 桩电阻率测量。该程序告诉工程师系统地理范围内哪些区域的土壤导电性强，以及发生这种情况的深度。结果将表示为电阻（单位为欧姆 - 厘米/米），并将决定接地系统的设计。接地系统的终 3 电位接地电阻读数是用大约 100 到 300 Hz 源电位测量的系统阻抗。该测量值是接地系统处理电力设施接地故障的能力。必须有足够的电流流入大地以使适用的交流断路器跳闸。

    循环接地电流会产生自己的电噪声，因此应避免。原则上，它们很容易停止。只需将所有东西保持在相同的电位或电压即可。电流只会在具有电位差的两点之间流动。如果我们用粗电线将所有东西接地，那么所有东西都应该处于“等电位”并且没有电流流动。毫不奇怪，这被称为“等电位接地”，这正是 J-STD-607-A 试图实现的目标。困难在于以实际的方式做到这一点。将建筑物中的所有东西甚至数据中心中的所有东西都与沉重的铜条焊接在一起是不现实的。

    “隔离地”在设计合理的数据中心中没有立足之地。将金属底盘拧入金属机柜的那一刻，就建立了另一条接地路径——而且也不是很好。每件设备都做同样的事情，直到有多个接地路径，没有一个是非常低阻抗的，所有路径都穿过细线，并通过不同长度的不同路径到达建筑物地面。由于产生许多不同的电平，结果是静态接地不良和循环电流负载。在终会适得其反的事情上浪费金钱。

    接地是一个安全问题，代码需要。一个良好的电信地面可以作为一个“独立系统”一直建造到电气拱顶，尽管它确实应该在沿途的各个地方连接到建筑钢材和本地配电盘。如果有必要接近为电信服务推荐的较低 5 欧姆接地电阻，它甚至可以拥有自己的接地棒组。但是这些接地棒连接到建筑物的主要电气接地上。如果您的供应商告诉您他们需要一个仅连接到其自己的接地棒的“单独接地”，请告诉他们咨询合格的工程师或法规权威。上帝禁止在您的输入高压建筑电气服务中出现所谓的“接地故障”。如果发生“故障”，分开的地之间的土壤电阻会导致巨大的电压差，产生的电流会使大地瞬间沸腾，引起爆炸。此外，在您的“独立地面”上产生的电涌可能会烧毁与接地设备接触的所有东西和每个人。简而言之，使用未正确互连的单独接地系统不是明智的做法。

    电信接地实践中的“”被称为“聚苯胺”地。这种方法实际上将接地棒分为四个部分，分别标识为“生产者”、“电涌放电器”、“非隔离”和“隔离”接地网络 (PANI)。这些扇区的接线方式使接地电流在接地棒内流动，从而进一步避免接地电流相互作用。PANI 接地用于主要的电信运营商设施，并且经常被军方要求。

    良好的数据中心或电信公用设施接地需要理解、仔细规划、正确执行和良好监督。它并不便宜。在普通的住宅和商业建筑中，接地需求没有那么严格，但仍要充分做好这些应用需要理解、仔细规划、正确执行和良好监督。


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