接地-系統接地與設備接地-避免工安意外

把電線接到大地的動作稱為接地，接地有分兩種，雖然看起來都是安全考量把導線接到大地，但目的完全不相同。

1. 系統接地 – 定義電網中0V的位置
2. 設備接地 – 快速排除漏電電流，避免人員觸電

系統接地(Grounded System)

當電力系統的其中一點與大地(通常定義為0V)相接，造成該點與大地同為0V，稱為系統接地，用來接地的那條線稱為地線。一般最常見的就是把中性線接地(如下圖)，因此中性線在變壓器二次側的電位會是0V，任何站在大地上的人觸摸到中性線都是安全的。

系統接地附帶的好處是遇到雷擊時，整個系統的電荷可以由地線導入大地，但老實講光靠地線要防雷擊有點不自量力，所以防止雷擊用的接地線最好是另外安裝，不要跟電網扯在一起，會更安全。

另外中性線接地後雖然是0V，但不表示無電流，電流為零只存在於匯總過後的中性線(因為負載平衡+電流方向相反，如上圖的藍色線段)。而負載端的中性線是分支，雖然是電壓為零，但電流大於零。

設備接地(Equipment Grounding)

設備接地是把金屬機殼用導線與大地相接，這條用來接地的導線也稱為接地線，金屬機殼一般不會有電，萬一設備內部的電壓不小心與金屬機殼觸碰到，就能靠接地線迅速把電流(又稱故障電流fault current)導入大地，由於電壓很接近0V，可以避免人員觸電危險。

設備接地的地線正常來說是不會有電流的，若設備接地的地線上有電流，那事情大條了，表示負載內部的某個地方與機殼short了(俗稱漏電，如上圖右方黃色閃電處)。雖然有設備接地讓人員不會觸電，但發生漏電的設備還是需要修理，萬一哪天地線銹蝕鬆脫，或是設備外借到沒有地線的地方，那後果不堪設想。

上圖是假設大地電阻為0 ohm因此設備接地可以直接往下打，實務上設備接地會用綠色導線接回總電箱與中性線相接(N與G短路)，而社區總電箱的中性線會真的打入地下與大地相接。老舊公寓沒有總電箱，它們的中性線接地是做在外面的桿上變壓器二次側，詳情我寫在這裡三孔插座-兩孔插座-中性線與地線差在哪裡。

系統接地-設備接地-差別在哪

系統接地與設備接地這兩者看起來好像一樣，接地之後也都是0V，那到底有甚麼差別? 系統接地是與有電流的電力線相接，用來定義哪條導線是0V，這與電力系統的設計有關，因此稱為系統接地；而設備接地則完全是為了處理漏電流而存在，之所以接在設備的外鐵殼上，是因為那是人員最容易觸摸到的地方，因此稱為設備接地。

這裡有個很重要的觀念，設備接地純粹是安全考量，它並非用來驅動設備，正常情況下機殼的電壓電流皆為零；而電力的中性線做接地除了安全考量，它本身也用來驅動設備，因此中性線的電壓為零(實務上會比零大一些)，但電流不為零，若通過中性線的電流很大，還有可能造成電壓浮高，但通常這些浮高的電壓不至於傷人。

無接地系統(Ungrounded System)

電力系統中有一種接法是所有的線都不接地，它的好處是人摸到他任何一相的火線都不會觸電(如下圖)。因為電流都直接由負載回到發電機，系統與大地之間沒有迴路，因此不會有電流到大地。而且他另外的好處就是可以省下安裝地線的費用，若是施工範圍很大的話，節省的金錢也是滿可觀的。

但這種接法的壞處是只要有某個點不小心被接地，就會形成迴路，剛才那位摸到火線的人就會觸電了(如下圖)。

Ungrounded System在1940年代是普遍的應用方式，但經常發生電弧造成意外，因為種系統沒有接地，等同於懸浮在地上的大塊金屬，經過風吹摩擦之後便會開始累積靜電，電荷累積到一定程度，就會對地面放電造成火災，跟閃電一樣，在乾燥的地區更是嚴重。

因此這種無接地的電力系統，你很難預期到底下次電弧會發生在哪裡，那不如選一條電線當作中性線來接地，這樣它就是0V，而其他的電力線就叫做”有電”，雖然有電起碼我知道不要去碰它，這比起要玩俄羅斯輪盤要好多了，因此之後電力系統就漸漸改為Grounded System了。

Ungrounded system的另外一項致命的缺點，就是當它遇到雷擊的時候，由於沒有直接與大地接觸的管道，大量的電荷瞬間累積成對地的高電位，經常會發生不可預期的災害，因此ungrounded system目前只在很少的應用當中看到，現今大部分的供電方式都採用中性線接地的方式。

關於中性線從無接地到接地的演進，這篇文章有完整的解釋The Historical Development of Neutral-Grounding Practices。

安全的三孔插座

一般常見到的三孔插座，除了火線與中性線用來提供負載工作之外，第三孔的圓形插座就是地線，它的任務就是設備接地，它的N與G在大樓的總電箱處就已經相接在一起了，到了用戶端不要再將N、G短接，否則會讓漏電斷路器誤動作，更詳細的內容請參考這篇三孔插座-兩孔插座-中性線與地線差在哪裡。

至於插座內中性線的系統接地則是在台電端的電線杆上就做好了，那…台電到底怎麼做中性線接地，有興趣的話請參閱這篇變壓器-台電如何配電到你家-電箱前端原來是這樣。

接地-自己打接地銅棒行不行

若你家只有兩孔的火線與中性線，但希望能有地線作為設備接地，既然不可以由中性線接出來，那能不能自己打個銅棒到土壤裡，自己做個地線? 理論上可以，只要你接地銅棒打得夠深，或是你家有錢根本就可以請人來施工做地網，那絕對是沒問題。

依照台電的規則來說接地銅棒要打入土壤下150cm，銅棒長度要180cm以上，如果你要埋接地銅板，則要埋在地面下100cm，銅板面積約45cmx45cm，詳細的內容請看這裡配電系統最佳接地方式及接地電阻研究裡面的page 34。

但是若只是把地線繞在水龍頭、鐵窗、甚至插在盆栽裡，那效果都是非常有限的，甚至沒效果。接地線若施工得好，接地電阻基本上會小於100ohm，避雷針的接地電阻更要求要在10ohm以下，如果你只是隨意拿一條直徑2.0mm的電線往土裡插個5cm，接地電阻應該會大到不像話。

所以家裡沒有三孔的地線，就認命一些別硬接，否則全部的地線都接到盆栽裡，由於接地無效，故障電流無處可跑，到時候只要有一個電器漏電，全部的金屬機殼家電可都會同時帶電喔，這種悲劇不是沒有發生過，不可不慎。

接地安全相關資訊

關於接地安全的知識，目前我認為美國的NEC(National Electrical Code)這個組織做得最完整，它隸屬於美國國家防火協會(NFPA)之下。本篇有參考到NEC article 250.4，對於其它接地相關的各種影片與文章，都可以在這裡找到www.necconnect.org，只要你在他們的網站留下email都能免費下載使用。

另外有兩篇來自EEP網站，裡面有很多技術文章
An Overview Of Grounding System (Ungrounded)
An Overview Of Grounding System (Grounded)

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