作者 主題: 請勿迷信(接地電阻愈低愈好)  (閱讀 54370 次)

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 於: 2004-04-12 17:48 »
文章來自機電現場技術2003/08月份第7集 p109頁 顏世雄/國立成功大學電機系

摘要
首先舉飛機對大地的接地電阻是無限大,航空母艦的接電阻是0,而兩者上的電機、電子、資訊、通訊設備及人員的安全都不會有問題。因此如大樓等的接地電阻既不是無限大,亦不是等於零的接地電阻怎麼會有問題?問題是出現在有沒有形成「等電位」?而巳。

各種設備如果與大樓的鋼架等維持同電位,則整座大樓可相當於一架空中飛的飛機,或海上的大輪船,大樓內的電機、電子設備的穩定性以及安全都應不會有問題。稚可能出現電位差處,例如電源線、通信線則需要以過電壓保護器保護。

一、前言
        幾年前筆者寫了三頁的短文一篇,題目是有關「接地以後那裡不安全?」,某刊物審稿專家教授要求修改內容,筆者堅持隻字不改,結果是沒有機會見天日而夭折。最近亦寫了一篇「接地線裡的電流」投稿台電工程月刊,雖然現在尚在「審稿」中,不知能否過關刊出不詳。但可以說這些違反大家都為「對」的文章很難獲得刊出。

目前「常識」是大家都認為「接地電阻愈低愈好」的時代,要寫一篇稱這是「迷信」的文章實在不容易,說不定還是會夭折掉,但如大家對此觀念有認同之後,筆者還要繼續努力舉實例寫一篇「接地電阻愈低愈糟糕!」的,大家都認為是「歪理」的文書。

幾年前,某一家ic加工廠因為不良率太高,經美、日等客戶的檢討的結果認為生產過程中的「靜電」所造成。一提到靜電,當然大家公認的靜電對策是接地。工廠幹部認為既然靜電對策是接地,故必須作好接地,要作「好的接地」。當然所謂「好的接地」就是指「接地電阻愈低愈好」的如何加強降低接地電阻的接地。

筆者應現場工程師的邀請而到工廠看現錢後作口頭簡報,後來再提出書面報告表示該廠的靜電與「接地電阻低」無關。筆者的建議是「降低接地電阻沒有辦法消除ic產品上的靜電,因為此建議加強靜電消除器來處理降低」。「靜電消除器可以進口,亦可以輔國內製造廠再請適當單位認證確保安全」。現場王程師認為是「有道理」,但上級認為是「歪理」,而認為「接地電阻愈低愈好才是真理」。以致當然沒有拿到簡報費,連新台幣幾十圓的電聯車車資及寄報告的掛號費都沒有拿到。且至少包括寫報告亦花了數天時間。

筆者主編「機電現場技術」雜誌2003年六月份的主題「避雷針/接地」時發覺巳有作者提到此觀念,就是「接電電阻不是愈低愈好,正確的接地是如何來求等電位(筆者註:電力公司的接地除外)」。所以亦想插一腳補充說明供讀者深入瞭解。

二、「bround」「earth」
因為在本文裡會提到飛機、印刷電路板、ic等的接地(與大地無關),與建築物、輪船等的接地(與地球大地有關聯),因此在此稍為對「ground」與「earth」間的差異作說明。

早期習慣上提到「接地(中文、日文」,只考慮電力系統、電機設備的接地,其意義就是把導體以導線接到大地,所吏用的就是接地電極及引線,所考慮的是接地電阻應該在多少嫗姆以下,導線應該是多少m㎡以上,以及長度多少m等問題,而很少考慮到接地的意義以及其影響等問題。所以以往習慣上所常用「接地」,是外來語,不管英語、美語亦好,有人稱作「earth」,亦有人稱作「ground」。

如今,電子設備亦需要接地,印刷電路板、甚之積體電路裡亦需要「地」,而這些「地」差不多都是根本與「大地」無關的「地」,因此定義上似需要作某些修改。

以往電力工程人員為主的接地工作人員對「接地」的定義是指直接接到「真正的大地」之意,而以此便可解決安全問題。而今日「接地」所面臨時是電力系統使用大地,電子系統仍然要使用大地,甚至,避雷系統統亦是使用大地來洩放雷電流的,而連印刷電路板亦需要接地,這些「地」之間的關事項待解決、待恊調。但在此之前亦需要瞭解什麼叫做「earth」,什麼叫做「ground」。

參考美國的「1,2」,似都是使用「ground、grounding」在電力系統用「接地」。但其實在「1」(page 98)明白指出「兩者頗相似,故容易導致誤解(misconception),但並不相同」。指出飛行中的飛機機殼、太空船、都可能有「接地排」、grounding conductor(接地導體)等」。在鋼構建築的高樓上,鋼架等鋼件是參考接地(referenced ground),許許多多電機設備的參考點都可以出現在高樓地板,但與大地電位淡關。所以當下到地下樓、院子時,大地(earth)才真正成為參考接地。

即與大地有關的接地稱為「earth 」與大地無關者稱為「ground」則較容易區別。

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #1 於: 2004-04-12 18:40 »
三、飛機與航空母艦的接地(earthing)電阻多少?
筆者在各種接地有關的演講、上課的場合常常會問聽眾、學員:
1 飛機上的各種電機、電子通訊、資訊等設備穩定不穩定?會不會出問題?
答:當然是「穩定」,且一定沒月問題。

2航空母艦上的各種電機、電子、通訊、資訊等設備穩定?會不會有問題?
答:穩定,且一定沒有問題。

3航空母艦的接地電阻多少歐姆?
答:因為浮在海水上,應該是很低,幾乎是零歐姆吧!

4筆者一定會繼續問「飛機的接地電阻多少歐姆」?
答:飛機沒有接地。

筆者會加以補充說明「飛機是有接地的,但接地電阻是無限大,有沒有錯。

問題、疑問來了。接地電阻零歐姆當然是好接地。飛機的接地電阻是無限大並沒有人否定亦是好接地。那麼中間的不高不低的接地鮮阻有什麼不好?為什麼接地電阻一定低才好?高到幾乎接近飛機的接地好不好呢?

其實以往筆者口頭頭常常講,但沒有勇氣白紙黑字寫成文章,怕違背大家所公認的「接地電阻低才是好接地」的觀念,而被接地工程的專家、學者們笑沒有水準、罵糊說八道。但最近看了一張圖面可以證明觀念並不是筆者的創造。此圖,即圖1很簡單,以筆者的不成熟電腦繪圖技術亦可以繪,但為了證明不是筆者的創意,國外早就有此觀念,而影印了。惟為了怕挨告盜印,所以作了一小部分修改。當然如果有需要,要加繪一艘接地電阻為零歐姆的航空母艦亦沒有因難。

只要是有等電位搭接(equi-potentialbonding),飛機(接地電阻是無限大)是ok
輪船(接地電阻是零歐姆)亦是ok,那麼此大樓亦作了等電位搭接,但雖接地電阻不是零歐姆或無限大,有何不對呢?

thyme

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« 回覆 #2 於: 2004-04-12 21:16 »
重點不在電阻大小, 只要明白此"地"非彼"地"就是了,
只要將電位控制在電路的參考電位--零電位即是,
看來很多人把高中程度的知識都還給老師了,
講到這個, 又想罵我們世界無敵台灣第一天縱英明的政府了,
都幾年了, 簡單的三孔有接地的插座也不規範一下。

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #3 於: 2004-04-12 21:59 »
四、接地的參考點、基準點在那裡?
現在一提「接地」,毫無問題大家都使用大地、地球為參考點、基準點,與大地、地球為接通則稱為接地,即所謂earthing(接地)。為什麼不找其它物體當作參考點、基準點呢?原因是吾人周邊恐怕找不到比地球更大的參考點基準點。

如果地球、木星、火星等星球間有什麼聯繫(以當然目前吾人的電學的觀念是找不到),則絕對輪不到地球作大哥,而一定是太陽,以太陽當作參考點、基準點。

同樣道理,在天空上飛的飛機,四周最大的物體堪稱老大哥有資格當參考點、基準點者只有飛機機體,所以機上的所有電的系統、設備都需要依靠機體,利用機體作grounding (接地),與地球間的聯繫只限於接地電阻無限大的接地線(即開路沒有連接)一條。當然飛機落地,由大哥需要馬上變成小弟,必須以機場大地為參考點、基準點。

規模比飛機大得多的鋼鐵結構,鋼架結構建築省可否拿來當作飛機的機體使用呢?只差在天空飛的飛機的接地(earthing)電阻是無限大而巳。或當作航空母艦艦體使用呢?只差在海上的航空母艦的接地(earthing)電阻是零歐姆。

在地面上的航空母艦,即鋼架結構建築物的接地電阻不是零歐姆,飛機的無限大都沒有問題,如圖1 所示的可能接地電阻值Re=100歐姆、10歐姆、1歐姆等有何不同?

dean

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #4 於: 2004-04-12 23:09 »
引述: "thyme"
重點不在電阻大小, 只要明白此"地"非彼"地"就是了,
只要將電位控制在電路的參考電位--零電位即是,
看來很多人把高中程度的知識都還給老師了,
講到這個, 又想罵我們世界無敵台灣第一天縱英明的政府了,
都幾年了, 簡單的三孔有接地的插座也不規範一下。


呵呵~還有很多人連電源接地與訊號地都搞不清楚咧..
另外如果真如阿堂所轉述..筆者堅持隻字不改,那也難怪不會被刊登,因為錯字很多.(kidding).. ^^||

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #5 於: 2004-04-15 01:13 »
五、等電位搭接
以往對電腦等電子設備都在究「功能接地」,亦就是講究如何給電子設備一穩定的參考電位以求電子設備的運作穩定。但除了穩定的參考電位之外,力求同電位以免過電壓的破壞亦是一非常重要的課題。

過電壓保護有如下兩種作法。

1)提高絕緣。
2)完全的等電位化。

前者以絕緣的方法來維持帶不同電位的導體間的互相干擾,甚至破壞。實際作法是各不同電位導體間保持足夠距離,或以絕緣材料遮斷導體間的接觸、耦合。但異常電位差高的時候,例如避雷針受到雷擊,假定雷電流達10ka,接地電阻是幾歐姆來試算,則瞬間的異常突波電位上昇可能會達到數10kv~數100kv。因此很難以提高緣來作高電位差的保謢。

確實的過電壓保護是把可能會出現電位差的導體間以導體作等電位搭接(equipotentialbonding)。等電位搭接時帶電位的導體部分(electrical active  part )間要以過電壓保護器連接,,以此維持有異常電壓發生期間亦可透過過電壓保謢器連接維持導體間的同電位。

圖2是實施等電位搭接的一例。根據iec 60364-4-41 ,凡金屬瓦斯管、自來水管、排水管、資訊系統、通信系統、雷保謢系統等都需要接在同一接地電極。

不能說因為瓦斯管、油管裡面有可燃性、易爆性物質而以很危險就不敢接在一起,某些特別靈敏的設備、重要設備就不願意與所謂骯髒的設備,避雷系統連接在一起。或認為只要「唯我獨導,自掃門前雪就可以自保」,因此拒絕別的系統連在一起。

至於瓦斯管因為對斯公司另有接地系統而不宜連接時,亦應以保護間隙(gap)預防萬一出現電位差時放電求同電位。

電子設備的等電位化

電子設備的等電位化對策可如圖3,以「過電壓保謢器」經由連接的接地線洩放異常電統抑制電源線 /訊號線出現異常突波電壓。

六、突波電壓的保護

出現在導體間的電位差需要以所謂「過電壓保護器」、「突波暫態保護器」、「突波保護器(surge protection device, SDP)」、「避雷電統器(lightning currentarrester)」等大同小異的「保護器」吸收突波電流壓制電位差避免破壞。

以上「xx保護器」等是統稱,是包括筆者主編2003年6月份「機電現場技往」"避雷針/接地"專刊時所用、看的,以及國外雜誌、資料所出現的名詞。建議將來需要有吾國的統一的名稱,於本文裡或暫時使用SPD。

SPD用於抑制各處的異常突波電壓。為了抑制異常突波電壓至限制電壓值以下,則SPD需要吸收異常突波電統。因此SPD需要符合如下兩項的基本特性,當然還有壽命等都需要考量。
1)電流容量要夠吸收、排放突波電流。
2)限制電壓、殘留電壓(RESIDUALVOLTAGE)、「通過電壓(LET-THROUGHVOLTAGE)」要在被保護器材的耐壓值以下。

SPD種類很多,不同場所應該選用適合該處用途規格的SPD,否則會徒損、燒毀SPD,或保護無效。例如抑制突波二極體(suppurassor diode)用在電源回路的保護,則電流容量嫌太小。避雷器(lightning surgearrestor)用在電腦會覺得如以牛刀殺雞。

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #6 於: 2004-04-16 01:23 »
七、與現有法、規的協的調
事實上等電位搭接的觀念來自iec的規定,而目前台灣的法規仍然是要求各不同接地間需要「河水不犯井水」的隔離的,甚至在鄰國日本仍然如此。

最近筆者正在主編「機電現場技術」"避雷針/接地"專刋時,承包高速鐵路的所謂台灣新幹線公司的一位年青國人工程師打電話來要求津者以日語與日本工程師解述「各種不同目的(主要是避雷針)的接地電極間所需要的脫低距離」。當時筆者曾傳真正在整理中的手頭的幾篇文章「4,5」裡有關「等電位」部分的幾段給日本工程師。後來想不對,因為筆者曾罵過「夜郎自大」的日本工程師怎麼會相信國人寫的文章?因此另傳真日文雜誌「電氣設備學會誌」裡的相關的幾篇文章裡的幾段,請他自已看。後來通過電話發現他似巳瞭解到日本亦巳有「接地線應該通通 接在一起」的觀念。但對有沒有影響到吾國的高速鐵路則不詳?筆者猜測是「沒有」,因吾國有關單位的工程師恐沒有注意,恐亦不會接受。

國內
對避雷針接地的我國法令中與等電位搭接問題可作參考部分有如下。但收集不完全,筆者還在努力中。
1)建築技術規定-內政部
第二十五條:(按裝)
避雷設備之安裝應依下例規定:
一)避雷導線須與電燈電力線、電話線、瓦斯管離開1m以上,但避雷導線與電燈電線、電話線、瓦斯管間有靜電隔離者,不在此限。

****底下跟電子電機沒有關係略過...............................

八、結言
因為使用目的的不同,應考量重點有差異,故筆者必須首覺要聲明本文裡所討論的「接地」並不包含電力業者的電力系統接地,以避免產生誤。因此針對電力業者的電力系統接地擬另外檢討之。

本文的目的是繼主編「機電現場技術」"避雷針/接地"專刋,筆者覺得尚有許多有關接地的新觀念待介紹,亦有些重要的舊基本觀念需要溫故知新,希望以本文來拋磚引玉,期待讀者利用本刊互相檢討。

目前筆者擬等大家都能接受「接地電阻並不是愈低愈好」,「可以維持同電位才是好的接地」的觀念之後,會努力再舉例寫一篇「接地電阻愈低愈糟糕!」的以「大家公認的歪理(?)接地電阻不是愈低愈好」挑戰「接地電阻愈低愈好」的「以往大家所公認的真理(?)」。

lintsemu

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #7 於: 2006-04-17 10:02 »
加油吧!
科學的進步在於質疑推翻過去

SunsetKiller

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #8 於: 2007-08-16 11:45 »
呵..

很棒的文章, 不過還是看不懂 @@

我是覺得如果只是單純住家, 別想太多, 歡喜就好

電器壞了大不了買新的  :P

歡喜山羊

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請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #9 於: 2007-09-03 16:20 »
小弟的淺見:其實接地,是指這個「用電機器」和「供電機器」的零差距。

hamburs

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回覆: 請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #10 於: 2011-03-28 14:48 »
哇賽~這篇文章真的是錯誤百出。
電阻值的觀念都是錯的,竟然是知名大學生所寫的,連最基本的基本電學跟電子學都沒搞懂。

jasanlin

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回覆: 請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #11 於: 2011-03-29 13:46 »
要把電力系統接地另案討論
就是否定上面子幾所有的謬論
既然都是接地
為什麼需要另案討論呢?
難道電力系統接地跟等同電位沒有關聯嗎??
不太對的東西要去深入檢討
找出問題關鍵去解決
不然這樣的文章很容易影響不懂得人去大作文章
站主應該深綠啊!!!!!


woben

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Re: 請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #13 於: 2013-06-16 10:32 »
三、飛機與航空母艦的接地(earthing)電阻多少?
筆者在各種接地有關的演講、上課的場合常常會問聽眾、學員:
1 飛機上的各種電機、電子通訊、資訊等設備穩定不穩定?會不會出問題?
答:當然是「穩定」,且一定沒月問題。
 是...且一定沒""問題  :) :) :)

ZMAN

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Re: 請勿迷信(接地電阻愈低愈好)
« 回覆 #14 於: 2013-06-16 11:09 »
今天下午的課程我會談DATA CENTER的接地做法
簡單的講 國內法規是錯誤的
等電位共同接地是DATA CENTER的國際標準做法

若沒空去聽 有機會可以請教朱國權技師
他才是專家
我只能談機房內的接地建置該怎麼做
佈線深似海!
網路高如天!