在電氣裝置或供電系統中 接地系統 or 接地系統 出於安全和功能目的，將該裝置的特定部分與地球的導電錶面連接起來。 參考點是地球的導電錶面，或者在船上是海面。 接地系統的選擇會影響安裝的安全性和電磁兼容性。 儘管許多接地系統法規遵循國際電工委員會的建議（如下所述），但各個國家和電氣系統不同部分的接地系統法規差異很大。

本文僅涉及電源接地。 下面列出了其他接地系統的示例以及文章鏈接：

• 為了保護建築物免受雷擊，引導雷電穿過接地系統並進入接地棒，而不是穿過建築物。
• 作為單線接地迴路電源和信號線的一部分，例如用於低瓦數電力傳輸和電報線。
• 在無線電中，作為大型單極天線的接地層。
• 作為其他類型無線電天線（例如偶極天線）的輔助電壓平衡。
• 作為 VLF 和 ELF 無線電地面偶極天線的饋電點。

電氣接地的目的

保護接地

在英國，“接地”是指通過保護導體將裝置的裸露導電部分連接到“主接地端子”，該端子連接到與地球表面接觸的電極。 A 保護導體 (PE)（稱為 設備接地導體 在美國國家電氣規範中）通過在故障情況下保持連接設備的裸露導電錶面接近地電位來避免電擊危險。 發生故障時，接地系統允許電流流向大地。 如果電流過大，保險絲或斷路器的過流保護將起作用，從而保護電路並消除暴露導電錶面上的任何故障感應電壓。 這種斷開是現代接線實踐的基本原則，被稱為“電源自動斷開”(ADS)。 電氣安全法規中嚴格規定了最大允許接地故障迴路阻抗值和過流保護裝置的特性，以確保這種情況迅速發生，並且在過流流動時，導電錶面上不會出現危險電壓。 因此，保護是通過限制電壓升高及其持續時間來實現的。

替代方法是 縱深防禦 – 例如強化或雙重絕緣 – 必鬚髮生多個獨立故障才能暴露危險情況。

功能性接地

A 功能性地球 連接的目的不是電氣安全，並且可以作為正常操作的一部分承載電流。 功能接地最重要的例子是供電系統中的中性線，它是連接到電源處的接地電極的載流導體。 使用功能性接地連接的設備的其他示例包括浪湧抑制器和電磁干擾濾波器。

低壓系統

在將電力分配給最廣泛的最終用戶的低壓配電網絡中，接地系統設計的主要關注點是使用電器的消費者的安全及其防觸電保護。 接地系統與保險絲和剩餘電流裝置等保護裝置相結合，最終必須確保人員不會接觸到相對於人員電位的電位超過“安全”閾值的金屬物體，該閾值通常設置為約50V。

在系統電壓為 240 V 至 1.1 kV 的電網中，主要用於工業/採礦設備/機器而不是公共接入網絡，從安全角度來看，接地系統設計與家庭用戶同樣重要。

在大多數發達國家，帶接地觸點的 220 V、230 V 或 240 V 插座在第二次世界大戰之前或之後不久就被引入，儘管各國的普及程度存在很大差異。 在美國和加拿大，120 世紀 1960 年代中期之前安裝的 XNUMX V 電源插座通常不包含接地引腳。 在發展中國家，當地的接線實踐可能無法提供與插座接地插腳的連接。

在沒有電源接地的情況下，需要接地連接的設備通常使用電源中性線。 有些使用專用接地棒。 許多 110 V 設備都配有極化插頭，以區分“火線”和“中性線”，但使用電源中性線進行設備接地可能會出現很大問題。 插座或插頭中的“火線”和“中性線”可能會意外顛倒，或者中性線到地線的連接可能會失敗或安裝不正確。 即使中性線中的正常負載電流也可能產生危險的電壓降。 出於這些原因，大多數國家現在都強制要求採用專用的保護接地連接，而且這種連接現在幾乎已普及。

如果意外通電物體和電源連接之間的故障路徑阻抗較低，則故障電流將很大，以致電路過流保護裝置（熔斷器或斷路器）將打開以清除接地故障。 如果接地系統未在設備外殼和電源迴路之間提供低阻抗金屬導體（例如在 TT 單獨接地系統中），則故障電流較小，並且不一定會操作過流保護裝置。 在這種情況下，安裝剩餘電流檢測器來檢測洩漏到地面的電流併中斷電路。

IEC 術語

國際標準 IEC 60364 使用兩個字母代碼區分三個系列的接地佈置 TN, TT和 IT.

第一個字母表示接地與供電設備（發電機或變壓器）之間的連接：

“T” — 點與地球的直接連接（拉丁語：terra）

“我” — 沒有任何點與地相連（隔離），除非通過高阻抗。

第二個字母表示接地或網絡與所供電的電氣設備之間的連接：

“T” — 接地連接是通過本地直接連接到地球（拉丁語：terra），通常通過接地棒。

“ N” — 接地由電源提供 N網絡，作為單獨的保護接地 (PE) 導體或與中性導體組合。

TN網絡的類型

在 TN 接地系統，發電機或變壓器中的一個點與地相連，通常是三相繫統中的星點。 電氣設備的主體通過變壓器處的接地連接與地連接。 這種佈置是住宅和工業電力系統的當前標準，特別是在歐洲。

連接消費者電氣裝置的裸露金屬部分的導體稱為 保護性接地。 在三相繫統中連接到星點的導體，或在單相繫統中承載返回電流的導體，稱為 中性 (N）。 TN 系統有以下三種變體：

TN−S

PE 和 N 是單獨的導體，僅在電源附近連接在一起。

TN−C

組合 PEN 導體同時滿足 PE 和 N 導體的功能。 （在通常僅用於配電網絡的 230/400v 系統上）

TN−C−S

系統的一部分使用組合的 PEN 導線，該導線在某些時候被分成單獨的 PE 線和 N 線。 組合 PEN 導線通常出現在變電站和建築物入口點之間，接地線和中性線在服務頭中分開。 在英國，該系統也被稱為 保護性多重接地 (PME)，因為在許多地方都將中性線和接地線組合起來連接到實際大地，以減少 PEN 線斷裂時的電擊風險。 澳大利亞和新西蘭的類似系統被指定為 多中性點接地 (MEN) 並且，在北美，作為 中性點多接地 (MGN).

TN-S 和 TN-CS 電源可以取自同一變壓器。 例如，某些地下電纜的護套會腐蝕並無法提供良好的接地連接，因此發現高電阻“不良接地”的家庭可能會改用 TN-CS。 只有當中性點對於故障具有適當的魯棒性時，這才可能在網絡上實現，並且轉換並不總是可能的。 PEN 必須進行適當的加固以防止故障，因為開路 PEN 可能會在斷路下游連接到系統接地的任何裸露金屬上施加全相電壓。 另一種方法是提供本地地球並轉換為 TT。 TN 網絡的主要吸引力在於，低阻抗接地路徑允許在線路與 PE 短路的情況下在高電流電路上輕鬆自動斷開 (ADS)，因為相同的斷路器或熔斷器將在 LN 或 L 上運行-PE 故障，並且不需要 RCD 來檢測接地故障。

TT網絡

在 TT (Terra-Terra) 接地系統，消費者的保護接地連接由本地接地電極（有時稱為 Terra-Firma 連接）提供，並且在發電機上還有另一個獨立安裝的接地電極。 兩者之間沒有“地線”。 故障環路阻抗較高，除非電極阻抗確實非常低，否則 TT 安裝應始終將 RCD (GFCI) 作為其第一個隔離器。

TT 接地系統的一大優點是減少了其他用戶連接設備的傳導干擾。 TT 一直更適合特殊應用，例如受益於無干擾接地的電信站點。 此外，TT 網絡在中性線損壞的情況下不會造成任何嚴重風險。 此外，在架空配電的地方，如果任何架空配電導體被倒下的樹木或樹枝折斷，接地導體不會有帶電的風險。

在 RCD 時代之前，TT 接地系統對於一般用途沒有吸引力，因為在線路至 PE 短路的情況下很難安排可靠的自動斷開（ADS）（與 TN 系統相比，TN 系統使用相同的斷路器）或保險絲將在 LN 或 L-PE 故障時運行）。 但隨著剩餘電流裝置減輕了這一缺點，只要所有交流電源電路均受 RCD 保護，TT 接地系統就變得更具吸引力。 在某些國家（例如英國），建議在以下情況下使用連接維持低阻抗等電位區不切實際、存在大量戶外佈線（例如移動房屋和某些農業環境的電源）或故障電流較高的情況可能會造成其他危險，例如在燃料庫或碼頭。

TT 接地系統在日本各地使用，大多數工業環境中都配有 RCD 裝置。 這會對變頻驅動器和開關模式電源提出額外的要求，這些驅動器和開關模式電源通常具有將高頻噪聲傳遞到接地導體的大量濾波器。

IT網絡

在 IT 網絡中，配電系統根本沒有接地，或者只有高阻抗連接。

競品對比

其他術語

雖然許多國家的建築物佈線法規都遵循 IEC 60364 術語，但在北美（美國和加拿大），術語“設備接地導體”是指設備接地和分支電路上的接地線，而“接地電極導體”用於將接地棒（或類似物）連接到服務面板的導體。 “接地導體”是系統“中性”。 澳大利亞和新西蘭標準使用改進的 PME 接地系統，稱為多中性點接地 (MEN)。 中性線在每個用戶服務點接地，從而有效地使整個低壓線路的中性線電位差為零。 在英國和一些英聯邦國家，術語“PNE”，意思是相-中性-地，用於表示使用三個（或更多用於非單相連接）導體，即PN-S。

中性線電阻接地（印度）

與 HT 系統類似，根據中央電力局關於 LT 系統的規定（1100 V > LT > 230 V），印度採礦業也引入了電阻接地系統。 在星形中性點固體接地的位置，在其間添加了合適的中性點接地電阻（NGR），將漏地電流限制在 750mA 以下。 由於故障電流限制，對於瓦斯礦井來說更加安全。

由於漏電受到限制，漏電保護的最高限制僅針對 750 mA 輸入。 在固體接地系統中，洩漏電流可能高達短路電流，此處限制為最大 750 mA。 這種受限的工作電流降低了漏電繼電保護的整體工作效率。 為了確保礦井中的安全和防觸電，高效、最可靠的保護措施的重要性日益凸顯。

在該系統中，連接的電阻有可能開路。 為了避免這種額外的保護，部署了監控電阻，在發生故障時斷開電源。

漏電保護

如果電流流過人體，漏電會對人體造成很大傷害。 為避免電器/設備意外觸電，當漏電超過一定限度時，在源頭採用漏電繼電器/傳感器來隔離電源。 漏電斷路器就是用於此目的。 電流感應斷路器稱為RCB/RCCB。 在工業應用中，漏電繼電器與稱為 CBCT（磁芯平衡電流互感器）的獨立 CT（電流互感器）一起使用，通過 CBCT 的次級感測系統的漏電流（零相序電流），從而操作繼電器。 該保護的工作範圍為毫安，電流可設置為 30 mA 至 3000 mA。

接地連接檢查

除接地核心外，還由配電/設備供電系統運行一個單獨的先導核心 p。 接地連接檢查裝置固定在源端，持續監測接地連接。 先導核心p從該檢查裝置開始並穿過連接拖曳電纜，該拖曳電纜通常為移動採礦機械（LHD）供電。 該鐵芯p通過二極管電路在配電端接地，從而完成由檢查裝置啟動的電路。 當車輛的接地連接斷開時，該控制核心電路斷開，固定在源端的保護裝置激活並隔離機器電源。 對於地下礦井中使用的便攜式重型電氣設備來說，這種類型的電路是必需的。

氟化鈉性能

價格

• TN 網絡節省了每個消費者現場低阻抗接地連接的成本。 需要這種連接（掩埋金屬結構）來提供 保護接地 在 IT 和 TT 系統中。
• TN-C 網絡節省了單獨的 N 和 PE 連接所需的額外導體的成本。 然而，為了降低中性線損壞的風險，需要特殊的電纜類型和大量的接地連接。
• TT 網絡需要適當的 RCD（接地故障斷路器）保護。

安全指引

• 在 TN 中，絕緣故障很可能導致高短路電流，從而觸發過流斷路器或熔斷器並斷開 L 導線。 對於 TT 系統，接地故障迴路阻抗可能太高而無法做到這一點，或者太高而無法在要求的時間內做到這一點，因此通常採用 RCD（以前稱為 ELCB）。 早期的 TT 安裝可能缺乏這一重要的安全功能，導致 CPC（電路保護導體或 PE）以及可能位於人員觸手可及的相關金屬部件（外露導電部件和外部導電部件）在故障情況下長時間帶電條件，這是一個真正的危險。
• 在 TN-S 和 TT 系統中（以及在分流點之外的 TN-CS 中），可以使用剩餘電流裝置提供額外保護。 在消費設備中不存在任何絕緣故障的情況下，方程 I_L1+I_L2+I_L3+I_N = 0 成立，一旦該總和達到閾值（通常為 10 mA – 500 mA），RCD 就會斷開電源。 L 或 N 與 PE 之間的絕緣故障很有可能觸發 RCD。
• 在 IT 和 TN-C 網絡中，剩餘電流設備檢測絕緣故障的可能性要小得多。 在 TN-C 系統中，它們也很容易受到不同 RCD 上電路的接地導體之間的接觸或與實際接地的接觸而產生不必要的觸發，從而使它們的使用不切實際。 此外，RCD 通常會隔離中性線芯。 由於在 TN-C 系統中這樣做是不安全的，因此 TN-C 上的 RCD 的接線應僅中斷線路導體。
• 在地線和中性線組合的單端單相繫統中（TN-C，以及 TN-CS 系統中使用組合中性線和地線的部分），如果 PEN 導體存在接觸問題，則斷點之外的接地系統的所有部分都將升高至 L 導體的電位。 在不平衡的多相繫統中，接地系統的電位將向負載最大的線路導體的電位移動。 突破後中性線潛力的這種上升被稱為 中性反轉。 因此，TN-C 連接不得穿過插頭/插座連接或柔性電纜，因為與固定佈線相比，這些地方出現接觸問題的可能性更高。 如果電纜損壞，也存在風險，可以通過使用同心電纜結構和多個接地電極來減輕風險。 由於中性線丟失的（小）風險會使“接地”金屬製品產生危險電位，再加上接近真實接地良好接觸而增加的衝擊風險，因此英國禁止使用 TN-CS 電源商隊營地和岸上向船隻供電，強烈建議不要在農場和室外建築工地使用，在這種情況下，建議使用 RCD 和單獨的接地電極進行所有室外佈線 TT。
• 在IT系統中，單個絕緣故障不太可能導致危險電流流過與大地接觸的人體，因為不存在可供此類電流流動的低阻抗電路。 然而，第一次絕緣故障可以有效地將 IT 系統轉變為 TN 系統，然後第二次絕緣故障可能會導致危險的人體電流。 更糟糕的是，在多相繫統中，如果其中一根線路導體與地接觸，則會導致其他相芯升高到相對於地的相間電壓，而不是相中性電壓。 IT 系統還比其他系統經歷更大的瞬態過電壓。
• 在 TN-C 和 TN-CS 系統中，中性線和接地線組合的核心與地球主體之間的任何連接最終都可能在正常條件下承載大量電流，並且在中性線損壞的情況下可能承載更多電流。 因此，在確定主要等電位連接導體的尺寸時必須考慮到這一點； 在加油站等存在大量埋藏金屬製品和爆炸性氣體的情況下，不建議使用 TN-CS。

電磁兼容性

• 在 TN-S 和 TT 系統中，用戶具有低噪聲接地連接，不會受到由於返回電流和該導體的阻抗而出現在 N 導體上的電壓的影響。 這對於某些類型的電信和測量設備尤其重要。
• 在 TT 系統中，每個用電設備都有自己的接地連接，並且不會注意到共享 PE 線上其他用電設備可能引起的任何電流。

條例

• 在美國國家電氣規範和加拿大電氣規範中，配電變壓器的饋電使用組合的中性線和接地導體，但在結構內使用單獨的中性線和保護性接地導體（TN-CS）。 中性線必須僅在客戶隔離開關的電源側接地。
• 在阿根廷、法國 (TT) 和澳大利亞 (TN-CS)，客戶必須提供自己的接地連接。
• 日本受 PSE 法管轄，並在大多數安裝中使用 TT 接地。
• 在澳大利亞，使用多中性點接地 (MEN) 接地系統，並在 AS 5 第 3000 節中進行了描述。對於 LV 客戶，它是從街道變壓器到房屋的 TN-C 系統，（中性點是沿該段多次接地），以及裝置內部從主配電盤向下的 TN-S 系統。 從整體上看，它是一個TN-CS系統。
• 在丹麥，高壓法規 (Stærkstrømsbekendtgørelsen) 和馬來西亞 1994 年電力條例規定，所有消費者必須使用 TT 接地，但在極少數情況下可能允許使用 TN-CS（與美國的使用方式相同）。 對於大公司來說，規則是不同的。
• 在印度，根據中央電力局法規 CEAR，2010 年第 41 條，規定了接地、三相 3 線系統的中性線以及兩相 4 線系統的附加第三根線。 接地應通過兩個單獨的連接來完成。 接地系統還應至少有兩個或多個接地坑（電極），以便正確接地。 根據規則 2，負載超過 3 kW、超過 42 V 的裝置應配備合適的漏電保護裝置，以在發生接地故障或漏電時隔離負載。

應用實例

• 在英國地下電力佈線盛行的地區，TN-S 系統很常見。
• 在印度，LT 供應一般通過 TN-S 系統進行。 中性點在配電變壓器處雙接地。 中性線和接地線在配電架空線路/電纜上分開運行。 架空線路和電纜鎧裝的單獨導體用於接地連接。 用戶端增設接地極/坑，加強接地。
• 歐洲大多數現代家庭都有 TN-CS 接地系統。 中性線和接地線的組合發生在最近的變電站和服務中斷（電錶之前的熔斷器）之間。 此後，所有內部接線均使用單獨的接地線和中性線。
• 英國較老的城市和郊區家庭往往採用 TN-S 電源，通過地下鉛紙電纜的鉛護套進行接地連接。
• 挪威的老房子使用 IT 系統，而新房子則使用 TN-CS。
• 一些較舊的房屋，尤其是在漏電斷路器和有線家庭區域網絡發明之前建造的房屋，使用內部 TN-C 佈置。 不再推薦這樣做。
• 實驗室、醫療設施、建築工地、維修車間、移動電氣裝置以及其他通過發動機發電機供電的絕緣故障風險較高的環境，通常使用由隔離變壓器供電的 IT 接地裝置。 為了緩解 IT 系統的雙重故障問題，每個隔離變壓器應僅提供少量負載，並應使用絕緣監控設備進行保護（由於成本原因，通常僅由醫療、鐵路或軍事 IT 系統使用）。
• 在偏遠地區，額外 PE 導線的成本超過了本地接地連接的成本，一些國家通常使用 TT 網絡，特別是在較舊的房產或農村地區，否則安全可能會因接地線斷裂而受到威脅。架空 PE 導線，例如，一根倒下的樹枝。 向個別財產的 TT 供電也出現在大多數 TN-CS 系統中，其中個別財產被認為不適合 TN-CS 供電。
• 澳大利亞、新西蘭和以色列正在使用 TN-CS 系統； 然而，目前的接線規則規定，每個客戶必須通過水管連接（如果金屬水管進入消費者的場所）和專用接地電極提供單獨的接地連接。 在澳大利亞和新西蘭，這稱為多重接地中性線或 MEN 線。 該 MEN Link 可拆卸用於安裝測試目的，但在使用過程中通過鎖定係統（例如鎖緊螺母）或兩個或更多螺釘進行連接。 在 MEN 系統中，中立的完整性至關重要。 在澳大利亞，新安裝還必須將潮濕區域下的基礎混凝土加固與接地導體 (AS3000) 粘合在一起，通常會增加接地的尺寸，並在浴室等區域提供等電位平面。 在較舊的安裝中，僅發現水管連接的情況並不少見，並且允許保留原樣，但如果進行任何升級工作，則必須安裝額外的接地電極。 保護性接地線和中性線一直組合在一起，直到用戶的中性線（位於電錶中性線連接的客戶側）——超過此點，保護性接地線和中性線是分開的。

高壓系統

在一般公眾難以接觸的高壓網絡（1 kV以上）中，接地系統設計的重點不再是安全性，而是供電可靠性、保護可靠性以及對設備的影響。短路。 只有最常見的相對地短路的幅度會受到接地系統選擇的顯著影響，因為電流路徑大部分是通過大地閉合的。 位於配電變電站的三相高壓/中壓電力變壓器是配電網最常見的電源，其中性點的接地類型決定了接地系統。

中性點接地有五種類型：

• 中性線固體接地
• 出土中性線
• 中性點電阻接地
  • 低電阻接地
  • 高阻接地
• 中性點電抗接地
• 使用接地變壓器（如Z字形變壓器）

中性線固體接地

In 固體 or 直接 中性點接地，變壓器的星點直接接地。 在該解決方案中，提供了一條低阻抗路徑來閉合接地故障電流，因此，它們的大小與三相故障電流相當。 由於中性點保持在接近接地的電位，因此未受影響相的電壓保持在與故障前相似的水平； 因此，該系統經常用於絕緣成本較高的高壓輸電網絡。

中性點電阻接地

為了限制短路接地故障，在中性點、變壓器星點和地面之間添加了額外的中性點接地電阻 (NGR)。

低電阻接地

低電阻故障電流限制相對較高。 在印度，根據中央電力局法規，CEAR，50，規則 2010，露天礦的電流限制為 100 A。

出土中性線

In 出土, 孤立 or 浮動中性 系統與IT系統一樣，星點（或網絡中的任何其他點）和地面沒有直接連接。 因此，接地故障電流沒有需要閉合的路徑，因此其大小可以忽略不計。 然而，在實踐中，故障電流不會等於零：電路中的導體（特別是地下電纜）具有對地的固有電容，這提供了相對高阻抗的路徑。

即使存在接地故障，具有隔離中性線的系統也可以繼續運行並提供不間斷供電。

不間斷接地故障的存在可能會帶來重大安全風險：如果電流超過 4 A – 5 A，則會產生電弧，即使在故障清除後，電弧也可能持續存在。 因此，它們主要局限於地下和海底網絡以及工業應用，這些領域的可靠性需求較高，而人類接觸的概率相對較低。 在具有多條地下饋線的城市配電網中，電容電流可能達到數十安培，對設備構成重大風險。

低故障電流和此後系統持續運行的優點被故障位置難以檢測的固有缺點所抵消。