接地檢測技術

接地檢測技術

周裕雄副工程師
工研院環安中心
摘 要
雖然電氣系統與設備帶給我們無比舒適與便利，然而電氣系統穩定與否，不僅影響電氣系統之整體運作，同時也將造成產品品質不穩定，乃至引起電氣災害事故（例如電氣火花、電弧放電導致設備毀損，人員感電或電擊造成人員傷亡），而電氣系統與設備之接地，就具有提供電位基準、防雜訊干擾及防止觸電等功能，以防範上述災害發生。因此，本文首先說明電氣系統與設備危害原因、接地的目的，接地種類與方法，其次介紹接地檢測注意事項、接地檢測方法。因此，適合電機維護保養人員運用於「設備試運轉前」、「故障維修保養後」或「每三個月或六個月之定期檢驗」，期能早期發現接地系統之缺失，並且即時修復，如此就能有效的降低電氣系統的故障，以及減少電氣事故發生。

一、前言
當電氣系統或設備經過常期不停的運轉，以及其材料特性逐漸自然老化等因素，均將影響其電氣特性與效能，此時該系統或設備內部，有一部份電能轉換為熱能，而此熱能恐將加速影響其內部絕緣劣化。其次，電氣系統或設備之環境條件，例如溫度、濕度、日曬、雨淋、雷擊、鹽害、化學腐蝕、電源品質不良因素（電源突波、電源中斷、諧波失真等）等等，均將加速其劣化以致破壞時，進而造成導體短路，則恐有電氣火災之虞。基於上述原因，一般均以設備接地，搭配保護裝置(例如斷路器、保護電驛、熔絲等等)防護之。

接地其他目的包括提供電位基準、防雜訊干擾及防止觸電，以保障人員與設備安全，另外靜電電荷與雷擊能量，也可經由接地路徑流至大地(接地並非唯一靜電防制方法，尚有靜電消除器等方式，以消除靜電引起火災爆炸等危害)。
電氣系統或設備，視其特定的目的，採用各種不同種類的接地方式，詳如表1所示。各種不同接地方式有其不同電阻規格，詳如表2。表1接地方式及表2各種接地電阻值，均可做為判定電氣系統或設備接地優劣之基準。又為了確保電氣系統或設備接地之正確與有效性，本文將簡單扼要介紹與說明，接地測試器檢測法與鉤表檢測法，以供檢測人員參考。

二、接地方式與種類
依據我國屋內線路規則第二四條規定，定義接地方式包括設備接地、內線接地、低壓電源系統接地，以及系統共同接地等接地方式與其主要目的，
詳如表1以下說明：

表1 接地方式與主要目的
各種接地方式 主要目的
設備接地:高低壓用設備（例如開關、斷路器、金屬配電盤、金屬導線管、電動機、變壓器、電焊機及燈具等）非帶電金屬（外殼）之接地。 當用電設備之絕緣劣化損傷而引起漏電時，可供給漏電電流一條低電阻回路。其次，不論系統正常運轉與否，均可限制各非帶電金屬彼此間，以及對大地間的電位壓維持一定安全值，以防感電事故。
內線接地:屋內線路屬於被接地一線之
再行接地。 再補救電源系統僅有一處接地之不足
，已降低整個低壓系統之接地電阻，
使當低壓線路遭遇電擊或高低線碰觸而引起異常電壓時，屋內低壓電路對地電位不致升高。
低壓電源系統接地:：配電變壓器之二次側低壓線或中性線之接地。 穩定低壓線對地之電壓與限制線路對低之電位升高。又低壓側之一端接地後，如遇高壓線與低壓線碰觸時，危險高壓對地故障電流，即經由變壓器二次側之系統流入地中，而限制對低之電位升高，以免人畜發生意外危險
，可確保用電安全。
設備與系統共同接地:內線系統接地與設備接地共用一接地線或一接地電極。 1.各接地極因接並聯，故綜合接地電阻較低。
2.如其中有一極喪失效用，尚經由其他接地極接地，故可提高接地之可靠性。
3.接地系統單純化，可減少接地總數
，節省工程成本。
4.接地事故發生時，因造成電路短路
，接地電流較大，可使過電流接地電驛動作，斷路器切斷電路。

我國屋內線路規則第二五條規定，接地種類區分為特種接地、第一種、第二種及第三種接地，其定義與電阻規格詳如表2說明:




表2 接地種類與電阻值
接地種類 適用場所 電阻值
特種接地 三項四線多重接地系統供電地區用戶變壓器之低壓電源系統接地，或高壓用電設備接地。 10歐姆以下。
第一種接地 非接地系統之高壓用電設備接地。 25歐姆以下。
第二種接地 三相三線式非接地系統供電地區用戶變壓器之低壓電源系統接地。 50歐姆以下。
第三種接地 1. 設備接地。
2.內線接地。
3.變比器二次線之接地。
4.支持低壓用電設備之金屬體接地。 1. 對地電壓150V以下：100
歐姆以下。
2.對地電壓150V至300 V：50歐姆以下。
3.對地電壓301V以上：10歐姆以下。


三、接地檢測注意事項
1.檢測人員應具有電機技師、電匠、工業配線技術士證照，或已接受電子電機專業訓練課程並且合格者。
2.檢測人員在測試前應詳閱相關之電氣系統配置圖、電路圖、控制圖，或操作、維修說明書等技術文件，以便了解預量測系統或設備區域，該系統或設備之電氣特性(例如電源電壓、頻率、相位、額定電流等規格)，其不僅有助於設定量測點，並且便於判定其合格與否，同時可以保障人體之安全。
3.檢測人員在檢測前應穿戴安全帽、耐高壓絕緣手套、抗高壓安全鞋，如果檢測人員需要在高處量測時，應繫安全帶以防墜落。
4.檢測人員從事系統或設備接地量測時，應與高壓設備保持安全距離。檢測完成後應詳細記載其量測值，如有規格不符處，務必以書面通知，該系統或設備負責人或其主管，請其督導相關人員限期改善，該缺失一旦經改善，檢測人員也應再次驗證其是否符合標準。

四、接地檢測設備與測試方法
早期電氣系統或設備之接地測試，均採用接地電阻測試器量測接地電阻值。以下柯勞許電橋法方法說明其測試法，詳如圖1。首先將待測接地端處埋設測試接地棒P1外，另再分別埋設P2與P3。柯勞許電橋之P1與P2間電阻為R12，P2與P3間電阻為R23，P3與P1間電阻為R31，則P1之接地電阻可依下式計算之。R1=(R31-R23+R12)/2 ; R12=R1+R2; R23=R2+R3; R31=R3+R1，此量測方法之R1、R2與R3電阻值應相等。


圖1 柯勞許電橋法
目前也有使用鉤表量測電氣系統或設備之接地測試]，Rx:待測接地電阻，R1、R2………Rn:並聯接地電阻，R(earth)與R(guard):通常視為零歐姆，此鉤表有兩組線圈，一組提供交流電壓E，另一組是測試迴路I，E/I=R(loop)﹔R(loop)=Rx+R(earth)+(R1// R2………//Rn)+R(guard)Rx.
圖2 鉤表接地檢驗法

五、結論與建議
接地檢測技術，適用於電氣系統或設備安裝後與運轉前，驗證此系統或設備之接地是否良好。此檢測技術也適用於，電氣系統或設備運轉一段時間後，定期評估其接地性能優劣。業者在系統或設備設計與安裝時，若能確實依據電工法規之規定施工，不僅能符合電工法規定與需求，更有助於確保其接地性能。

其次，半導體與光電製程產業而言，基於安全、衛生及環保之需求，半導體與光電製程設備，必須符合美國半導體製造協會(Semiconductor Manufacture and Material International，SEMI) S2-0200安全衛生環保規範。此規範在電氣安全章節中規定，半導體與光電製程設備，其電控箱內部裝置與PE(Protective ground)接地端之接線電阻，不得大於0.1歐姆。

總之，因此如何善用接地檢測技術，提早發現電氣設備故障(絕緣劣化、異常溫升等等)以及接地線損壞(斷線、阻值變大等等)，並即時改善使其恢復正常，以防電氣災害發生，將我們共同努力的目標。