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    上饶防静电接地工程

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    time:2020-04-14 23:34:17

    本文由苏州友言机电工程有限公司 提供,重点介绍了防静电接地工程相关内容。苏州友言机电工程有限公司 专业提供洁净室等多项产品服务。您的满意是我们永远的追求,让我们伸出诚挚的双手真诚欢迎各界宾朋光临惠顾,与您并肩共创二十一世纪的美好明天

    防静电接地工程关于接地,我有话说。本文由如下几个知乎问题下的个人回答总结而来:

    什么是信号接地?电气设备中保护接地与保护接零有什么区别?功率地、逻辑地、数字地、模拟地这些地怎样区分?电路如何接地?内容目录:1 接地的分类1.1、保护接地1.1.1 防雷接地1.1.2 机壳安全接地 1.2、工作接地 1.2.1 信号地 1.2.2 模拟地 1.2.3 数字地 1.2.4 悬浮地 1.2.5 电源地1.2.6 功率地2 接地的形式2.1 单点接地2.2 多点接地 2.3 混合接地2.4 悬浮接地3 低压配电系统的接地方式3.1低压配电系统的接地型式3.1.1 TN系统3.1.2 TT系统3.1.3 IT系统3.2 TN系统接地型式的分类3.2.1 TN-C系统3.2.2 TN-S系统3.2.3 TN-C-S系统3.3 低压配电系统接地型式的选择

    4 电力系统的接地方式

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    1 接地的分类接地按其作用可以分为两类:①保护人员和设备不受损害叫保护接地;②保障设备的正常运行的叫工作接地。这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求,并不表示每种“地”都需要独立开来。相反,除了有地电信号抗干扰、设备本身专门要求等特殊原因之外,提倡尽量采用联合接地的方案。

    1.1、保护接地1.1.1 防雷接地防雷接地是受到雷电袭击(直击、感应或线路引入)时,为防止造成损害的接地系统。常有信号(弱电)防雷地和电源(强电)防雷地之分,区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同,而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上,和电源防雷地分开建设。 1.1.2 机壳安全接地 机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接,以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电(380、220或110V),通常情况下机壳等是不带电的,当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时,这些金属部件或外壳就形成了带电体,如果没有很好的接地,那么这带电体和地之间就有很高的电位差,如果人不小心触到这些带电体,那么就会通过人身形成通路,产生危险。因此,必须将金属外壳和地之间作很好的连接,使机壳和地等电位。此外,保护接地还可以防止静电的积聚。1.2、工作接地 工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。1.2.1 信号地 信号地(SG)是各种物理量的传感器和信号源零电位以及电路中信号的公共基准地线(相对零电位)。此处信号一般指模拟信号或者能量较弱的数字信号,易受电源波动或者外界因素的干扰,导致信号的信噪比(SNR)下降。特别是模拟信号,信号地的漂移,会导致信噪比下降;信号的测量值产生误差或者错误,可能导致系统设计的失败。因此对信号地的要求较高,也需要在系统中特殊处理,避免和大功率的电源地、数字地以及易产生干扰地线直接连接。尤其是微小信号的测量,信号地通常需要采取隔离技术。 1.2.2 模拟地 模拟地(AG)是系统中模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路既承担小信号的处理,又承担大信号的功率处理;既有低频的处理,又有高频处理;模拟量从能量、频率、时间等都很大的差别,因此模拟电路既易接受干扰,又可能产生干扰。所以对模拟地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。减小地线的导线电阻,将电路中的模拟和数字部分开,最后通过电感滤波和隔离,汇接到一起。1.2.3 数字地 数字地(DG)是系统中数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态,特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时,会在电源系统中产生比较大的毛刺,易对模拟电路产生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。尽量将电路中的模拟和数字部分分开,最后通过电感,汇接到一起. 1.2.4 悬浮地 悬浮地(FG)是系统中部分电路的地与整个系统的地不直接连接,而是通过变压器耦合或者直接不连接,处于悬浮状态。该部分电路的电平是相对于自己“地”的电位。常用在小信号的提取系统或者强电和弱点混合系统中。 其优点是该电路不受系统中电气和干扰的影响;缺点是该电路易受寄生电容的影响,而使该电路的地电位变动和增加对模拟电路的感应干扰。由于该电路的地与系统地没有连接,易产生静电积累而导致静电放电,可能造成静电击穿或强烈的干扰。 因此,悬浮地的效果不仅取决于悬浮地绝缘电阻的大小,而且取决于悬浮地寄生电容的大小和信号的频率。 在下图所示的VDD-SGND的电源供电系统中,所有工作点相对的地都是SGND,但是SGND和DGND之间是电平处于悬浮状态,VDD-SGND的电源供电的系统与整个系统的连接完全通过变压器耦合,在这里设计的时候需要注意信号的连接方式。1.2.5 电源地电源地是系统电源零电位的公共基准地线。由于电源往往同时供电给系统中的各个单元,而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别,因此既要保证电源稳定可靠的工作,又要保证其他单元稳定可靠地工作。1.2.6 功率地 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高,所以功率地线上的干扰较大,因此功率地必须与其他弱电地分别设置、分别布线,以保证整个系统稳定可靠地工作。2 接地的形式在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1MHz~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1-20,否则应采用多点接地法。工作接地按工作频率而采用如图所示几种接地方式。2.1 单点接地工作频率低(<1MHz)的采用单点接地式(即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点,所有对地连接都接到这一点上,并设置一个安全接地螺栓),以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地方式又分为串联和并联两种。由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合,所以低频电路最好采用并联的单点接地式。为防止工频和其他杂散电流在信号地线上产生干扰,信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘,且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连(浮地式除外)。 2.2 多点接地工作频率高(>10MHz)的采用多点接地式。在该电路系统中,用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比,工作频率高时将增加共地阻抗,从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰,所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时,尽量找最接近的低阻值接地面接地。此处电路板最好设计为多层电路(4层以上),提供一层作为地平面。 2.3 混合接地工作频率介于1MHz~10MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时,采用单点接地式,否则采用多点接地式。根据系统的需求和电路的需要进行合理的安排。2.4 悬浮接地 悬浮接地是系统的地与大地不直接连接,而是通过变压器耦合或者直接不连接,处于悬浮状态。悬浮接地应注意以下几点: 尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻,从而有利于降低进入浮地系统中的共模干扰电流,保证系统的可靠性。 注意浮地系统对地存在的较大寄生电容,高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中,在设计时一定要注意。 悬浮接地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用,才能收到更好的预期效果。 采用浮地技术时,系统容易积累静电,当静电积累到一定应程度后,可以对人和设备产生很多的损害,所以要注意静电和电压反击对设备和人身的危害。3 低压配电系统的接地方式通过有效的低压配电接地系统,可以提高低压配电网供电可靠性,减少用电设备的损坏、甚至发生严重人身伤害的后果,从而提高低压电网的可靠性,保证设备与人身安全。

    3.1低压配电系统的接地型式我国220V/380V低压配电系统,广泛采用中性点直接接地的运行方式,而且引出有中性线(N线)、保护线(PE线)或保护中性线(PEN线)。根据IEC 60364的定义,低压配电系统按接地型式,分为TN系统、TT系统、IT系统。

    3.1.1 TN系统防静电接地工程防静电接地工程

    TN系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统,称作接零保护系统;它的特点如下:

    当电气设备单相对地短路故障时,理想状态下电源侧熔断器会熔断,低压断路器会立即跳闸使故障设备断电,产生危险接触电压的时间较短,比较安全。 TN 系统节省材料、工时,应用广泛。 3.1.2 TT系统

    TT系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统,称为保护接地系统。它的特点如下:

    电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时,由于有接地保护,可以减少触电的危险性;适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备;故障时对地故障电压不会蔓延;短路电流小,发生短路时,短路电流保护装置不会动作,易造成电击事故;由于各用电设备均需单独接地,TT 系统接地装置分散、耗用钢材多、施工复杂较为困难;如果工作中性线断线,健全相电气设备电压升高,会造成成批电器设备损坏。3.1.3 IT系统

    IT系统是指电源变压器中性点不接地(或通过高阻抗接地),而电气设备外壳电气设备外壳采用保护接地。它的特点如下:

    由于电源中性点不接地,相对接地装置基本没有电压;电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏时,单相对地漏电流较小,不会破坏电源电压的平衡,一定条件下比电源中性点接地的系统供电可靠; IT 方式供电系统在供电距离不是很长时,供电的可靠性高、安全性好;如果供电距离很长时运用 IT 方式供电,电气设备外露导电部分会形成危险的接触电压;TT 方式供电系统的电源接地点一旦消失,即转变为IT 方式供电系统,三相、二相负载可继续供电,但会造成单相负载中电气设备的损坏。在低压配电系统中,我国目前广泛应用的是TN系统。 TN系统的中性点直接接地,所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线(PE线)或公共的保护中性线(PEN线)。这种接公共PE线或PEN线的方式,通称为“接零”。

    3.2 TN系统接地型式的分类按照标准IEC60364的规定,根据中性线与保护线是否合并的情况,TN系统分为如下三种:TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。

    3.2.1 TN-C系统

    本系统中,其中的N线与PE线全部合为一根PEN线,如下图所示。PEN线中可有电流通过,因此对某些接PEN线的设备将产生电磁干扰。它的优点:

    易于实现,节省了一根导线,且保护电器可节省一极,降低设备的初期投资费用;发生接地短路故障时,故障电流大,可采用一过流保护电器瞬时切断电源,保证人员生命和财产安全。它的缺点也是显而易见的:

    线路中有单相负荷,或三相负荷不平衡;电网中有谐波电流时,由于PEN中有电流,电气设备的外壳和线路金属套管间有压降,对敏感性电子设备不利;PEN线中的电流在有爆炸危险的环境中会引起爆炸;PEN线断线或相线对地短路时,会呈现相当高的对地故障电压,可能扩大事故范围;TN-C系统电源处上使用漏电保护器时,接地点后工作中性线不得重复接地,否则无法可靠供电。在我国,TN-C系统过去在低压配电系统中应用最为普遍,但不适用于对人身安全和抗电磁干扰要求高的场所。

    3.2.2 TN-S系统

    本系统中,其中的N线与PE线全部分开,设备的外露可导电部分均接PE线。由于PE线中无电流通过,因此设备之间不会产生电磁干扰。如下图所示。PE线断线时,正常情况下不会使断线点后边接PE线的设备外露可导电部分带电;但在断线点后边有设备发生一相接壳故障时,将使断线点后边其他所有接PE线的设备外露可导电部分带电,而造成人身触电危险。该系统在发生单相接地故障时,线路的保护装置应该动作,切除故障线路。该系统较之TN-C系统在有色金属消耗量和投资方面有所增加。TN-S系统现在广泛用于对安全要求较高的场所(如浴室和居民住宅等)及对抗电磁干扰要求高的数据处理和精密检测等实验场所,也越来越多地用于住宅供电系统。

    3.2.3 TN-C-S系统

    该系统的前部分是TN-C方式供电,但为考虑安全供电,二级配电箱出口处,分别引出PE线及N线,即在系统后部分二级配电箱后采用 TN-S方式供电,这种系统总称为TN-C-S 供电系统,如下图所示。本系统中,工作中性线 N 与专用保护线PE 相联通,PE线上没有电流,即该段导线上正常运行不产生电压降;联通前段线路不平衡电流比较大时,在后面PE线上电气设备的外壳会有接触电压产生。因此,TN-C-S系统可以降低电气设备外露导电部分对地的电压,然而又不能完全消除这个电压,这个电压的大小取决于联通前线路的不平衡电流及联通前线路的长度。负载越不平衡,联通前线路越长,设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大,而且在PE线上应作重复接地;一旦PE线作了重复接地,只能在线路末端设立漏电保护器,否则供电可靠性不高;对要求PE线除了在二级配电箱处必须和N线相接以外,其后各处均不得把PE线和N线相联,另外在PE线上还不许安装开关和熔断器;民用建筑电气在二次装修后,普遍存在N线和PE线混用的情况,混用后事实上使TN-C-S系统变成TN-C系统,后果如前叙。

    3.3 低压配电系统接地型式的选择因IT接地系统和TT 接地系统,在供电低压线路上使用时,当线路发生故障,用电设备会产生危险电压,对人身的安全有危险性,所有供电线路不建议使用。从TN-C、TN-S、TN-C-S三种供电系统方式中来选择。对于选择TN-C、TN-S、TN-C-S三种供电接地系统方式中的那一种,作为供电线路的接地方式,要根据电气装置的特性、运行条件和要求以及维护能力的大小,综合用户和设计安装人员的意见因地制宜地选用。只要符合安装和运行规范要求,三种接地系统方式都可以使用。

    4 电力系统的接地方式[未完待续]

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    参考资料:[1] PCB资源网[2] Smith S W. The scientist and engineer's guide to digital signal processing[J]. 1997.[3] 电力系统设计手册[M]. 中国电力出版社, 1998.

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