第十章 配線與接地.

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1 第十章 配線與接地

2 許多發生在用戶端的電力品質問題是由於配線(wiring)與接地(grounding)問題所引起。

3 10.1 來源 關於配線與接地的電力品質考量，包含在聯邦資訊處理標準（FIPS）94，ADP安裝電能指引中(1983)，這是在此闡述及歸納的大部分資訊的來源。 IEEE綠皮書（ANSI/IEEE標準 ，IEEE 對於功率及接地敏感電力電子設備實習推薦）更新提出在FIPS 94的資訊。這是關於配線與接地電力品質議題高度被推薦的來源。

4 10.2 定義 IEEE字典（標準100）定義 接地(grounding)一個導體的連接，不論是故意或不小心，電路或設備都會連接至地，或是連至一些相對大的導電體來取代地。這是用來建立及維持地的電位（或導電體），或是連接其上的導體電位，並且導通流入及流出地的電流。 IEEE綠皮書（IEEE 標準142）定義 無接地系統(ungrounded system)一個系統電路或設備沒有故意連接至地，除了經由電位指示或量測元件或其他非常高阻抗的元件。

5 10.2 定義 接地系統(gronnded system)一個導體的系統其上至少有一導體或一點（經常是配線的中點，或是變壓器或發電機的中性點）是故意直接或是經由阻抗接地。 直接接地(grounded solidly)經由適當的直接接地連接，沒有故意插入阻抗。 有效接地(grounded effectively)經由一足夠小的阻抗接地，使的對所有的系統條件。 零相序電抗對正相序電抗的比值(X0/X1)是小於3的正值，並且零相序阻抗對正相序阻抗的比值(R0/R1)是小於1的正值。

6 10.2 定義 電阻接地(resistance grounded) 經由阻抗接地，阻抗的主要成分是電阻。
10.2 定義 電阻接地(resistance grounded)　經由阻抗接地，阻抗的主要成分是電阻。 電感接地(inductance grounded)　經由阻抗接地，阻抗的主要成分是電感。 NEC定義參考至圖10.1 接地電極(grounding electrode)　接地電極必須儘可能的接近，最好是與連接至系統的接地導體位於相同的區域。

7 10.2 定義 接地電極必須 (1)最近可以取得之有效接地系統金屬結構 (2)最近可以取得之有效接地金屬水管
10.2 定義 接地電極必須 (1)最近可以取得之有效接地系統金屬結構 (2)最近可以取得之有效接地金屬水管 (3)其他電極（段落250-81及250-83） 當在(1)及(2)中的電極無法取得時。 接地(grounded)連接到地面或是其他取代地面的導電體。 被接地之導體(grounded conductor)一個故意接地之系統或是線路導體（中性點通常是參考至接地導體）。 接地導體(grounding conductor)一個導體用來連接設備或系統接地線路至接地電極。

8 圖10.1 NEC定義中的術語

9 10.2 定義 接地導體，設備(gronnding conductor, equipment)導體用來連接用來連接設備不承載電流的金屬部分。
10.2 定義 接地導體，設備(gronnding conductor, equipment)導體用來連接用來連接設備不承載電流的金屬部分。 電線保護管，及其它包含在系統接地導體及/或在服務設備的接地電極導體。 接地電極導體(grounding electrode conductor)用來連接接地電極至設備接地導體。 及/或連接至服務端設備線路接地導體，或一個分開的導出系統的導體。

10 10.2 定義 接地電極系統(grounding electrode system)定義在NEC段落250-81包含： (a)金屬地下水導管
10.2 定義 接地電極系統(grounding electrode system)定義在NEC段落250-81包含： (a)金屬地下水導管 (b)建築物金屬框架 (c)包裝具體的電極 (d)接地環 當這些元素取得後，它們需要接合在一起以形成接地電極系統。 其中金屬地下水導管是唯一可獲得接地電極，它必須由250-81或250-83中指定的其中一種接地電極補充。

11 10.2 定義 黏接跳線，主要管線(bonding jumper, main)在接地線路導體（中性點），及在服務進入點的設備之接地導體間的連接器。 分支線路(branch circuit)在最後過電流設備保護線路，與插座之間的線路導體。 導線管包裝黏接(conduit enclosure bond)（黏接定義）永久的加入金屬以形成一電導通路徑，將確保電的連續，並且這導通的容量在加入任何可能的電流都安全。 饋線(feeder)介於一個個別的衍生系統來源的服務設備，及最後分支線路過電流元件之間的所有線路導體。

12 10.2 定義 電源插座(outlet)在配線系統中，電流用來供應設備的一點。
10.2 定義 電源插座(outlet)在配線系統中，電流用來供應設備的一點。 過電流(overcurrent)任何電流，超過設備額定電流或導體的容量，它可能是由於過載、短路或是接地故障所引起。 配電盤(panel board)一個單一配電盤，或一組的配電盤設計組合成一單一配電盤。 包括匯流排，自動過電流設備，並且具有或不具對於光、熱、或功率控制電路的開關。 這些被設計放置在一具有開關的箱子內，放置在牆內或牆上。

13 10.2 定義 個別的衍生系統(separately derived systems)一個預述的配線系統。
10.2 定義 個別的衍生系統(separately derived systems)一個預述的配線系統。 它的功率是來自一發電機，一個變壓器，或轉換器線圈，並且沒有直接的電連接。 包含一個固定連接接地線路導體，以提供源自其它系統的導體。 服務設備(service equipment)必要的設備經常包含線路斷路器開關及熔絲，及它們的附件， 位在提供導體進入建築物或其它結構的進入點，或其它定義的區域，並且故意建構主控制及切斷供應的方法。

14 10.2 定義 Ufer接地(ufer ground)一個接地或連接至建築物強化鋼骨地的方法，特別在地板，作為接地電極。

15 10.3 對於接地的共振 接地的最重要原因是安全，兩個關於接地方面的要求是關於安全及電力品質。
10.3 對於接地的共振 接地的最重要原因是安全，兩個關於接地方面的要求是關於安全及電力品質。 1.人員安全：人員安全，是所有設備必須有一安全設備接地的主要理由。 這是設計來當設備一部份發生故障時，避免接觸高電壓的可能性（圖10.2） 。 2.接地以確保設備運轉：一個接地故障迴路至電能來源中性線導體點被接地。 是一個必要的安全方案，NEC及一些區域配線法規。

16 10.3 對於接地的共振 允許電導管及配線裝置外圍作為地返回路徑，一些法規要求電導管，必須配備有包含在其它電導體的絕緣導體。
10.3 對於接地的共振 允許電導管及配線裝置外圍作為地返回路徑，一些法規要求電導管，必須配備有包含在其它電導體的絕緣導體。 一個絕緣故障或其它故障，允許一相配線接觸外圍，將會發現一低阻抗路徑回到電源中性點。 這所造成的過電流將會引起斷路器或熔絲迅速的切離故障線。 　　

17 10.3 對於接地的共振 NEC文獻中250-51提及一個有效的接地路徑（從線路、設備、及倒線外圍到地的路徑）必須： a. 永久且連續。
10.3 對於接地的共振 NEC文獻中250-51提及一個有效的接地路徑（從線路、設備、及倒線外圍到地的路徑）必須： a. 永久且連續。 b. 有可以安全導通任何可能加諸電流的容量。 c. 有足夠低的阻抗來限制到地的電壓，並且利用在線路中線路保護裝置的操作。 d. 沒有如單一設備接地導體的地。 3.雜訊控制：雜訊控制包含所有來源的暫態，這是與接地相關的電力品質。

18 圖10.2 由於不適當接地所產生的高接觸電壓

19 10.4 典型的配線及接地問題

20 10.4.1 導體與連接器的問題 對於現場調查所需先做的工作之一是檢視服務進入點、主電盤、及主要次電盤關於導體或連接的問題。
導體與連接器的問題 對於現場調查所需先做的工作之一是檢視服務進入點、主電盤、及主要次電盤關於導體或連接的問題。 一個不好的連接（錯誤、鬆落）將造成過熱，可能的電弧，及絕緣燃燒。 表10.1總結一些在現場調查時可能會被發現的配線問題。

21 表10.1 導體與連接器的問題 問題觀察 可能的原因 在配電盤、接線箱或負載設備有燒焦味 故障的導體，不好的連接，電弧或過載設備
表10.1 導體與連接器的問題 問題觀察 可能的原因 在配電盤、接線箱或負載設備有燒焦味 故障的導體，不好的連接，電弧或過載設備 配電盤或接線箱摸起來有溫暖的感覺 故障的線路斷路器或不好的連接 嗡嗡叫（電暈效應） 電弧 燒焦的絕緣 繞線過載，故障的導體或不好的連接 在負載設備沒有電壓 斷路器跳脫、不好的連接或故障的導體 負載設備電壓時斷時續 不好的連接或電弧 燒焦的配電盤或接線箱 不好的連接或故障的導體

22 10.4.2 遺漏安全性接地 如果遺漏安全性接地被遺漏，從相導體至表面的故障。
遺漏安全性接地 如果遺漏安全性接地被遺漏，從相導體至表面的故障。 造起暴露在設備表面的線具有電位，沒有任何的斷路器會跳脫，將造成一危險的情況。

23 10.4.3 多個中性點對地連接 除非有一個分離的衍生系統，只有一個中性點對地的連接必須接在供電端入口。
多個中性點對地連接 除非有一個分離的衍生系統，只有一個中性點對地的連接必須接在供電端入口。 中性點及接地在所有的配電盤與接線箱必須保持分離，中性點對地接在下面的線這樣將導致負載回流電流並行路徑。 其中一個路徑變成地線路，這可能引起保護設備的誤動作，同時在某種故障情況，故障電流將分開在地與中性點間。 這可能阻止保護裝置的適當動作（一個嚴重的安全問題），這直接違反NEC的規定。

24 10.4.4 地下設備 隔離接地有時被採用的原因是，由於想得到－“乾淨”的接地，使用隔離接地的適當程序必須遵守（見10.5.5節）。
地下設備 隔離接地有時被採用的原因是，由於想得到－“乾淨”的接地，使用隔離接地的適當程序必須遵守（見10.5.5節）。 程序中若在電源導線管包含有一個非法的絕緣套，及以一“電腦專用的隔離接地”取代指定的設備接地導體是危險的。 並且違反法令，而且是不可能解決雜訊問題。

25 10.4.5 額外的接地棒 接地棒必須是現場接地系統的一部份，並且連接所有建築物接地電極（建築鋼骨，金屬水導管等）。
額外的接地棒 接地棒必須是現場接地系統的一部份，並且連接所有建築物接地電極（建築鋼骨，金屬水導管等）。 多個接地棒匯流在服務進入點以減少整個的接地電阻。隔離的地可以供敏感設備使用，如前所述。 然而這些不應該包括隔離接地棒對於設備建立一個新的地參考。 額外接地棒所引起的一個非常重要的電力品質問題，是它們對於雷擊電流的流動產生額外的路徑。

26 10.4.5 額外的接地棒 在服務進入點有接地棒，任何的雷擊電流到達現場，在服務進入點進入地，並且整個現場的地電位同時上升。
額外的接地棒 在服務進入點有接地棒，任何的雷擊電流到達現場，在服務進入點進入地，並且整個現場的地電位同時上升。 具有額外接地棒，一部份的雷擊電流將會流入建築物配線（綠接地導體及/或導線管）以到達額外接地棒。 這將對設備產生一可能暫態電壓問題及對導體產生一可能過載問題。

27 10.4.6 接地迴路 在很多工業及商業環境，包含資料處理及通訊設備，接地迴路是最重要的接地問題之一。
接地迴路 在很多工業及商業環境，包含資料處理及通訊設備，接地迴路是最重要的接地問題之一。 如果兩個元件是經由不同的路徑接地，並且一條通訊纜線在元件間提供它們之間另一地連接，這就是一個地迴路的結果。 同樣地，非常低的環流電流可能引起嚴重雜訊問題，在許多例子對這個問題的最佳解決方法是在通訊線中採用光耦合。 因此消除地迴路並且提供適當的絕緣以抵抗暫態過電壓。

28 10.4.7 不足的中性線導體 具有電力電子設備的切換型電源供應器及螢光燈，廣泛的應用在商業環境。
不足的中性線導體 具有電力電子設備的切換型電源供應器及螢光燈，廣泛的應用在商業環境。 高的第三諧波含量出現在這些負載電流中，可能對於供應電路所需的中性線導體，有一非常重要的影響。 三級諧波電流在一平衡系統出現在零相序，這意味著三級諧波電流從三個單相負載來。 將會相加在中性點，而不是抵消，如60 Hz的電流的例子。 在一具有不同形式切換型電源供應的負載的典型商業建築，中性點電流是基頻相電流大小的140至170百分比。

29 10.4.7 不足的中性線導體 對於中性線導體過載的可能解決方案包含以下幾點：
不足的中性線導體 對於中性線導體過載的可能解決方案包含以下幾點： 在三相電路中服務單相非線性負載，對每一相分別安裝一個個別的中性點導體。 當一個共同的中性點，必須用在具有非線性負載的三相電路中，中性點導體的容量必須大約是相導體的兩倍。 針對非線性負載設計的 -Y變壓器（見段落10.5.6），可以用來限制高的中性點注入電流， 這些變壓器必須放置在盡可能的靠近非線性負載（例如在電腦房）。 在每一個個別衍生系統二次側的中性點導體的額定值，必須依據期望的中性點電流而定。

30 10.4.7 不足的中性線導體 控制三級諧波電流的濾波器，放置在個別的負載，這將會是基於現行安裝的另一種方法，因為改變配線是一個花費的提案。
不足的中性線導體 控制三級諧波電流的濾波器，放置在個別的負載，這將會是基於現行安裝的另一種方法，因為改變配線是一個花費的提案。 Z型變壓器對於零序諧波電流提供一低阻抗，並且如同濾波器一樣。 可以沿著三相線路放置在不同的地方以縮短三級諧波電流的路徑並且較容易消散。

31 10.5 配線及接地問題的解決方法

32 適當的接地實行 圖10.3 適當接地電系統的基本元素

33 10.5.2 接地電極（棒） 接地棒提供電力系統地到地表面的電連接，初始在評估適合的接地棒是電阻的連接，在一個接地棒有三個基本電阻元件：
接地電極（棒） 接地棒提供電力系統地到地表面的電連接，初始在評估適合的接地棒是電阻的連接，在一個接地棒有三個基本電阻元件： 電極阻抗：由於接地線至接地棒的實際連接的電阻。 棒-地接觸電阻：由於土壤和棒之間介面阻抗，這個阻抗是反比於接地棒表面面積（亦即接觸區域大代表較低的阻抗）。 接地電阻：在接地棒附近土壤的阻抗，這個土壤的阻抗變化範圍很大，依據土壤的型態及水含量。

34 10.5.2 接地電極（棒） 接地棒連接阻抗是重要的，因為在切換事故及雷擊暫態期間，它影響暫態電壓的等級。
接地電極（棒） 接地棒連接阻抗是重要的，因為在切換事故及雷擊暫態期間，它影響暫態電壓的等級。 在雷擊期間的高電流導致電壓跨過阻抗，升高整個場地的地電位，在地參考電位與真正地間的電位差。 將出現在在現場的接地設備上，並且這可能引起危險的觸碰電位。

35 10.5.3 供電進入點連接 一個適當接地系統的主要元件是發現在服務進入點，供應電力系統的中性點，是在這一點連接至接地導體（中性線）。
供電進入點連接 一個適當接地系統的主要元件是發現在服務進入點，供應電力系統的中性點，是在這一點連接至接地導體（中性線）。 這也是系統（除了個別的衍生系統外）接地導體經由結合跳線連接至地導體（綠線）的地方。 地導體也在服務進入點經由接地電極導體連接至建築物的接地電極。 對於大部分的有效接地，接地電極導體必須在兩端放熱地焊接。

36 最大的服務進入點導體大小或平行導體的等效區域
表10.2 對交流系統的接地電極導體 最大的服務進入點導體大小或平行導體的等效區域 接地電極導體大小 銅 鋁或鋁鍍銅 2或更小 0或更小 8 6 1或0 2/0或3/0 4 4/0或250 MCM 2 超過3/0-350 MCM 超過250 MCM-500 MCM 超過350 MCM-600 MCM 超過500 MCM-900 MCM 3/0 超過600 MCM-1100 MCM 超過900 MCM-1750 MCM 2/0 4/0 超過1100 MCM 超過1750 MCM 250 MCM ＊MCM：百萬圓密爾

37 10.5.4 配電盤 配電盤(panel board)是由服務進入點來的饋線所供應的不同分支線路之處，配電盤提供斷路器並聯相導體。
配電盤 配電盤(panel board)是由服務進入點來的饋線所供應的不同分支線路之處，配電盤提供斷路器並聯相導體。 連接分支線路的接地導體（中性點）到饋線線路。 並且連接地導體（綠線）至饋線地導體，導線管，及外圍，必須要知道的是在面板有一中性線對地的連接。

38 10.5.5 隔離接地 提供至敏感負載的雜訊問題，有時可以提供一隔離的地至負載而改善，這可以利用隔離的地插座而完成，它是綠色的。
隔離接地 提供至敏感負載的雜訊問題，有時可以提供一隔離的地至負載而改善，這可以利用隔離的地插座而完成，它是綠色的。 如果一個隔離的地插座用在配電盤的下游，隔離的地導體沒有連接至導線管或配電盤外圍，只連接至供應饋線的地導體（圖10.4）。

39 圖10.4 一個隔離地的接地組態

40 10.5.6 個別的衍生系統 一個個別的衍生系統有一個獨立於其它系統的接地參考，一個一般的例子是 -Y隔離變壓器（見圖10.5）。
個別的衍生系統 一個個別的衍生系統有一個獨立於其它系統的接地參考，一個一般的例子是 -Y隔離變壓器（見圖10.5）。 Y連接的二次側中性線是連接至區域建築物的地，（不是一個分別的接地棒）來提供一個新的接地參考。 以獨立於系統其它部分，在系統中新定義的新的接地點，如同系統供電進入點般，中性線以一個連接跳線連接至接地導體（中性線）。

41 圖10.5 個別衍生系統的組態

42 10.5.7 對於訊號參考的接地技術 先前所提及的大部分接地要求是處理關於安全及適當的保護設備操作。
對於訊號參考的接地技術 先前所提及的大部分接地要求是處理關於安全及適當的保護設備操作。 接地同時也用於場所內在通訊或控制線路的設備交換訊號的訊號參考接地。 對於訊號參考點接地的要求經常明顯的不同於安全性接地的要求。 然而在設計一個接地方法時，安全性接地的要求通常都優先考量。

43 10.5.7 對於訊號參考的接地技術 訊號參考接地的一個最重要的特徵是它在一個寬廣的頻率範圍內，其阻抗都很低。
對於訊號參考的接地技術 訊號參考接地的一個最重要的特徵是它在一個寬廣的頻率範圍內，其阻抗都很低。 一個實現這個目的方法是（至少對低頻）是用一個適當大小的接地導體。 導線管對於訊號參考接地而言是特別差的，因為它屬於連續性的連接。 而且相對於相及中性線導體而言它的阻抗是高的，小的接地導體也有高阻抗的相同問題。 對於減少電力品質問題而言，接地導體必須至少與相導體及中性線導體一樣大小（在某些情況，牽涉到非線性單相負載中性線導體需要大於相導體）。

44 圖10.6 訊號參考電網對地阻抗的效應

45 對於訊號參考的接地技術 對敏感設備，一個提供大頻率範圍（0至30 MHz）訊號參考接地的方法是用一個訊號參考或零參考地網（圖10.7）， 這個技術是以一大約2英尺間隔的銅線方格網路，這一般都應用在大的資料處理設備的房間。 甚至如果一部份的的導體系統共振在一特定頻率，網路總有其它的路徑，由於多個電流路徑而不共振。 當用一個訊號參考電網，設備每一部份外殼仍需經由接地導體連接至一個單獨共同的接地（NEC要求）。 外殼也可以被連接至最近的互連電網，以提供高頻低阻抗訊號參考，圖10.6說明訊號參考地網效應在整體接地阻抗對頻率特性。

46 圖10.7 訊號參考地網之使用

47 10.5.8 對於敏感設備接地的更多情況 以下的實務，對於任何對雜訊敏感的儀器或接地系統中耦合引起擾動是適當的。
對於敏感設備接地的更多情況 以下的實務，對於任何對雜訊敏感的儀器或接地系統中耦合引起擾動是適當的。 無論何時，盡可能的利用個別分支線路供電給敏感設備。個別分支線路對於高頻暫態及雜訊提供好的絕緣。 導線管必須不是敏感設備的唯一接地來源（即使這樣做是合法的），電流流經導線管可能會影響通訊及電力電子設備。

48 10.5.8 對於敏感設備接地的更多情況 綠線接地必須與承載電流導體的大小相同，並且個別線路導線管必須連接在兩端。
對於敏感設備接地的更多情況 綠線接地必須與承載電流導體的大小相同，並且個別線路導線管必須連接在兩端。 無論何時都可利用建築物鋼鐵作為接地參考，建築物鋼鐵對建築物而言， 經常提供非常好且低阻抗的接地參考，額外的接地電極（水管等）可以用來作為建築物鋼鐵外的額外補充。