第3-1章接地设计.ppt


 
 控制系统接地工程的设计 ENGINEERING DESIGN FOR EARTHING OF CONTROL SYSTEM 徐义亨 2010年11月 1 接地系统的基本概念 从电气特性来看，自然界的土壤地层有两大特性： 1)导电 导电率为10-3至10-1s/m，相对介电系数为5至15，介于良导体和绝缘 体之间； 2)具有无限大的容电量 因导电，故可将用电设备和地之间组成电气连接；又因为具有无限 大的容电量，故就可以把土壤地层理解为等电位点或等电位面，成为电 路或系统的基准电位。 (对机器人、船舶以及飞机等运动系统，可以拿船体、机壳、机器人 的金属骨架作“地”，它们有相对大的容电量，被称为“悬浮接地系 统”） 接地技术的发明,一直来都认为是1753年美国科学家富兰克林在 进行雷电试验时，在大地上安装了接线端子，即实施了人类的第一 次的所谓接地技术。 其实，接地和“引雷入地”技术发明的真正鼻祖，应追溯到300 年前，来华传教士、葡萄牙人安文斯（1609-1677）在《中国的十二 大奇迹》一书中对中国建筑的特点和渊源的述说。他在书中介绍， 屋顶脊吻龙上的金属条一端插入地里，这样，当闪电落在屋上或皇 宫时，闪电就被龙舌引向金属条通路，并且直奔地下消散，因而不 致伤害人（见林清凉、戴念祖著的“电磁学”）。 他的记述比起富兰克林要早一个世纪。由此可见，接地技术真 正的发明者应该是在我们中国。 接地的作用有二： 1）保护人身和设备安全，如保护地、防雷地、本安地、防静电 地等； 2）抑制干扰，即为信号电压或系统电压提供一个稳定的电位参 考点。如工作地、屏蔽地、模拟地、数字地等。 上述的各种接地名称，都是按接地的用途命名的。同一个接地 装置往往具有多个接地用途。 用于仪表保护地的原理和设置 根据《GB 4793.1-2007，测量、控制和实验用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求(IEC 61010-1:2001,IDT)》的规定： 设备在正常条件下，在可触及零部件与地之间，任意两个可触及 的零部件之间，如交流电压的有效值有可能超过33V（或峰值超过 46.7V），直流电压值有可能超过70V时，都必须设置保护地。 1.2 接地系统的结构 从工业应用的角度来看，目前控制系统通常有三种接地方式： 1）单独接地 这种接地方式是将控制系统的保护接地接入电气安全接地网， 工作接地采用独立的、“干净的”接地装置与大地相接。 由于在一段电源保护地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电 位差。这对低电平信号电路来说，是一个非常严重的干扰，因此控 制系统的工作地不要和保护接地在柜内就混用。 2）联合接地 这种接地方式是将控制系统在内的电子信息设备和其它电气系 统的接地系统连接在一起，形成“联合接地”并一点接地，而且规 定接地电阻不应大于1欧姆（接地电阻按要求的最小值确定）。 3）共用接地 等电位联结是以等电位观点为主体思想的多点连接，即设备和 装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。其中包括结构纲 筋、金属设备、管道等，进而和接地极相连。所谓多点是指建筑物 基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地 极。 由于通过共用接地网实现等电位连接，为干扰（特别是强大的 雷电流）提供低阻抗的连续通道并泄放到大地。由于等电位连接减 小了系统内各金属部件和各系统间的电位差（但并非是真正的等电 位体），无论是从防雷的角度或者是从减小控制系统的共模干扰来 看，这都是十分有益的。 接地系统在概念和技术上，近十年发生了很大的变化，其中 最重要的转变是： 以前的接地系统是否合格以接地电阻值为准，现在侧重于接地 结构兼顾接地电阻值，特别是从独立接地到采用共用接地网实行等 电位连结方式的转变。 实施等电位连接的方法： 将分开的装置和诸导电物体用导体连接； 采用共用接地网； 用浪涌保护器（SPD）连接起来，以减小雷电流或其它干扰电流在它们之间产生的电位差。 仪表及控制系统S型接地连接 电子信息设备机房S 型等电位连接网络示意图 M型（网格式）接地连接的例子 电子信息设备机房M 型等电位连接网络示意图 最好用梳状连接网络 1.5 工频接地电阻和冲击接地电阻---接地电阻的频率特性 由于流入地中的电流错综复杂，有工频电流，也有雷击时的脉冲电流，所以接地电阻按其用途一般