接地與接地的原理
出處:維庫電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2023-02-06 16:29:30
在任何可能存在絕緣故障或任何其他到本地“接地”的電阻、電容或電感路徑的現(xiàn)實(shí)情況下,都需要適當(dāng)?shù)陌踩拥剡B接。
接地經(jīng)常被誤解,因?yàn)檫@樣做的原因有很多,每種都有自己的一套關(guān)注點(diǎn)、注意事項(xiàng)和安裝方法。它也被誤解了,因?yàn)楫?dāng)它做錯(cuò)時(shí)可能發(fā)生的問題基本上是不可見的、難以理解的,通常沒有很好的解釋,而且當(dāng)它們發(fā)生時(shí)很難追蹤。
大多數(shù)人士在他們的職業(yè)生涯中只處理一兩種類型的基礎(chǔ)。大多數(shù)人不一定知道通信行業(yè)有自己的一套要求,也沒有意識(shí)到,雖然有相似之處,但在一個(gè)領(lǐng)域做得很好并不一定能在另一個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。
讓我們確定其中一些常見的接地特性:
雷電接地:這些接地設(shè)計(jì)用于將雷擊直接接地,因此不會(huì)損壞建筑物或其電氣系統(tǒng),也不會(huì)傷害人員。目的是通過建筑鋼材或通過沿著結(jié)構(gòu)外部向下延伸到被打入地下的桿的電線將雷擊帶到大地。這些接地棒也連接到主電氣接地,建筑鋼材也是如此。閃電本質(zhì)上包含大量高頻成分,應(yīng)該有非常直接的接地路徑(不會(huì)很好地彎曲拐角)
射頻屏蔽和接地:無線電頻率非常高,因此波長(zhǎng)非常短。射頻往往會(huì)滲透到所有事物中,尤其是在不需要它的地方。阻止 RFI(射頻干擾)的方法是在信號(hào)傳輸線和敏感電子設(shè)備周圍使用幾乎連續(xù)的接地屏蔽。在廣播中很常見,這種類型的接地是通過確保所有金屬部件牢固地粘合在一起來實(shí)現(xiàn)的——基本上到處都接地。射頻屏蔽柜通常有門,這些門靠著數(shù)百個(gè)小的彈簧青銅指或某種金屬編織物關(guān)閉,這些金屬編織物在整個(gè)門邊緣形成連續(xù)的電氣連接。
今天,電氣安裝標(biāo)準(zhǔn)得到了高度發(fā)展,涵蓋了安全安裝的所有主要方面。標(biāo)準(zhǔn)制定者特別注意為保障人員和財(cái)產(chǎn)安全而采取的措施。這種擔(dān)憂導(dǎo)致了三個(gè) Earthign 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。
TN 系統(tǒng):電源配電變壓器中性點(diǎn)接地,電氣負(fù)載框架連接到中性點(diǎn)。相位上的絕緣故障會(huì)變成短路,故障部分會(huì)被短路保護(hù)裝置 (SCPD) 斷開。這有三種變體:TN-C(同一導(dǎo)體充當(dāng)中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體)、TN-S(中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體是分開的)和 TN-CS(TN-C 和 TN-S 的組合)。
TT 系統(tǒng):電源配電變壓器中性點(diǎn)接地,電氣負(fù)載框架也接地。絕緣故障電流受接地阻抗限制。剩余電流裝置 (RCD) 提供保護(hù),當(dāng)存在過多的接地泄漏電流時(shí),它會(huì)斷開故障負(fù)載。
IT 系統(tǒng):變壓器中性點(diǎn)未接地(理論上未接地,實(shí)際上通過電纜中的雜散電容或自愿通過約 1500 歐姆的高阻抗連接到地)。電氣負(fù)載框架接地。如果發(fā)生單個(gè)絕緣故障,則會(huì)產(chǎn)生低故障電流。框架中產(chǎn)生的接觸電壓(無模式低于幾伏)并不危險(xiǎn)。SCPD 和/或 RCD 提供針對(duì)兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的故障的必要保護(hù)。
許多建筑物之間的電源配電網(wǎng)絡(luò)使用多重接地原理。在多重接地中,在建筑物的進(jìn)線口面板處有一根接地棒,在類似莊園中,在其他建筑物處也有其他接地棒連接到中性線。
敏感電氣安裝中使用的一種接地方法是“單點(diǎn)接地”,即將所有設(shè)備連接到一個(gè)點(diǎn),所有電纜都從該點(diǎn)接入,以免在任何設(shè)備之間形成“接地環(huán)路”。所有設(shè)備都連接到的這個(gè)單點(diǎn)然后接地,并且通常有多個(gè)接地棒和/或埋在地下的徑向電線。單點(diǎn)接地原理用于一些設(shè)備內(nèi)部和一些室內(nèi)電源布線實(shí)踐中。
良好的接地實(shí)踐對(duì)于防止接地瞬變至關(guān)重要。接地瞬變是計(jì)算機(jī)、銷售點(diǎn)終端、PLC(可編程邏輯控制器)和醫(yī)療電子設(shè)備中系統(tǒng)崩潰、鎖定、信息丟失或性系統(tǒng)故障的常見原因。
世界各地使用不同的接地系統(tǒng)。選擇接地系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)改變。IEC 364 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同的接地系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。
有時(shí)您可能會(huì)問為什么配電系統(tǒng)無論如何都要接地?對(duì)于接地系統(tǒng)和不接地系統(tǒng)存在不同的看法。如果隔離變壓器下游的電路足夠小,沒有足夠的電容和漏電阻來電擊,那么理論上不接地系統(tǒng)是可以工作的。但是誰來檢查電路是否有意外接地?從一條腿到地面的重要泄漏路徑會(huì)危及未接地系統(tǒng)的安全性。將高壓系統(tǒng)供電的低壓系統(tǒng)接地的主要原因之一是保護(hù)低壓“東西”免受意外高壓的影響。變壓器絕緣擊穿,高壓線跨接低壓線至少有兩種方式可以將高壓施加到低壓電路上。電路接地后,高壓線會(huì)遇到接地故障電流并跳閘。同樣對(duì)于接地的低壓,在這種情況下低壓電路看到的電壓將受到限制。這與其說是為了人員安全,不如說是為了避免房屋被燒毀。
至于將接地線連接到每個(gè)插座,這個(gè)想法是如果所有工具/設(shè)備的外殼都通過第三個(gè)插腳和插座接地,那么設(shè)備中的故障(例如熱導(dǎo)線短路到外殼)將短路接地導(dǎo)體并返回服務(wù)入口面板,使斷路器跳閘。外殼上產(chǎn)生的電壓很輕微,除非您通過單獨(dú)的電路接地,否則您不會(huì)受到嚴(yán)重傷害。雙絕緣工具/器具被排除在第三個(gè) prongIIRC 之外,因?yàn)樗鼈冃枰獌蓚€(gè)故障(線到框架,框架到外殼)并且被認(rèn)為是非常遙遠(yuǎn)的。經(jīng)驗(yàn)表明這是可行的,但由于絕緣故障,或者更重要的是人為因素(愚蠢或錯(cuò)誤),它并不是萬無一失的。是的,在某些特定情況/事故中,“
在某些特殊情況下,使用隔離變壓器代替接地。例如,在一些醫(yī)院和電子實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中,他們使用隔離變壓器來浮動(dòng)所有東西——如果沒有返回路徑就不能震動(dòng)。只要每個(gè)設(shè)備都有自己的隔離變壓器并且不會(huì)發(fā)生故障,這項(xiàng)工作就可以進(jìn)行。
電源線接地也用作許多電子設(shè)備的接地參考。在那些情況下,您必須記住,電氣系統(tǒng)接地不是所有接地點(diǎn)都相同的完美接地電位。如果在連接到電氣系統(tǒng)接地和相互連接的電子設(shè)備中不考慮,可能會(huì)存在相當(dāng)大的接地電位差,這可能會(huì)導(dǎo)致問題(信號(hào)的共模電壓、接地導(dǎo)體的電流等)。從接地點(diǎn)到電壓測(cè)量接地點(diǎn)通常為 0.2 至 5V rms,雖然很少見,但在廣泛分離的接地點(diǎn)之間高達(dá) 65V rms。請(qǐng)記住,如果附近發(fā)生雷擊,由于接地系統(tǒng)/地球,同一接地系統(tǒng)上的“a 點(diǎn)到 b 點(diǎn)”可能會(huì)出現(xiàn)非常高的電位差。
安裝接地連接時(shí),需要測(cè)量其質(zhì)量是否足以滿足特定安裝的需求。接地電阻通常使用 3 樁電位下降法測(cè)量。從理論上講,在完整的接地系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的終測(cè)量值與地球上任何其他接地系統(tǒng)的電阻相同。良好的接地系統(tǒng)測(cè)量值應(yīng)在 5 到 10 歐姆之間。設(shè)計(jì)良好的 5 歐姆接地系統(tǒng)通常被認(rèn)為是防雷接地系統(tǒng)的選擇。
應(yīng)在實(shí)際接地系統(tǒng)安裝之前進(jìn)行 4 樁電阻率測(cè)量。該程序告訴工程師系統(tǒng)地理范圍內(nèi)哪些區(qū)域的土壤導(dǎo)電性強(qiáng),以及發(fā)生這種情況的深度。結(jié)果將表示為電阻(單位為歐姆 - 厘米/米),并將決定接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。接地系統(tǒng)的終 3 電位接地電阻讀數(shù)是用大約 100 到 300 Hz 源電位測(cè)量的系統(tǒng)阻抗。該測(cè)量值是接地系統(tǒng)處理電力設(shè)施接地故障的能力。必須有足夠的電流流入大地以使適用的交流斷路器跳閘。
循環(huán)接地電流會(huì)產(chǎn)生自己的電噪聲,因此應(yīng)避免。原則上,它們很容易停止。只需將所有東西保持在相同的電位或電壓即可。電流只會(huì)在具有電位差的兩點(diǎn)之間流動(dòng)。如果我們用粗電線將所有東西接地,那么所有東西都應(yīng)該處于“等電位”并且沒有電流流動(dòng)。毫不奇怪,這被稱為“等電位接地”,這正是 J-STD-607-A 試圖實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。困難在于以實(shí)際的方式做到這一點(diǎn)。將建筑物中的所有東西甚至數(shù)據(jù)中心中的所有東西都與沉重的銅條焊接在一起是不現(xiàn)實(shí)的。
“隔離地”在設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)中心中沒有立足之地。將金屬底盤擰入金屬機(jī)柜的那一刻,就建立了另一條接地路徑——而且也不是很好。每件設(shè)備都做同樣的事情,直到有多個(gè)接地路徑,沒有一個(gè)是非常低阻抗的,所有路徑都穿過細(xì)線,并通過不同長(zhǎng)度的不同路徑到達(dá)建筑物地面。由于產(chǎn)生許多不同的電平,結(jié)果是靜態(tài)接地不良和循環(huán)電流負(fù)載。在終會(huì)適得其反的事情上浪費(fèi)金錢。
接地是一個(gè)安全問題,代碼需要。一個(gè)良好的電信地面可以作為一個(gè)“獨(dú)立系統(tǒng)”一直建造到電氣拱頂,盡管它確實(shí)應(yīng)該在沿途的各個(gè)地方連接到建筑鋼材和本地配電盤。如果有必要接近為電信服務(wù)推薦的較低 5 歐姆接地電阻,它甚至可以擁有自己的接地棒組。但是這些接地棒連接到建筑物的主要電氣接地上。如果您的供應(yīng)商告訴您他們需要一個(gè)僅連接到其自己的接地棒的“單獨(dú)接地”,請(qǐng)告訴他們咨詢合格的工程師或法規(guī)權(quán)威。上帝禁止在您的輸入高壓建筑電氣服務(wù)中出現(xiàn)所謂的“接地故障”。如果發(fā)生“故障”,分開的地之間的土壤電阻會(huì)導(dǎo)致巨大的電壓差,產(chǎn)生的電流會(huì)使大地瞬間沸騰,引起爆炸。此外,在您的“獨(dú)立地面”上產(chǎn)生的電涌可能會(huì)燒毀與接地設(shè)備接觸的所有東西和每個(gè)人。簡(jiǎn)而言之,使用未正確互連的單獨(dú)接地系統(tǒng)不是明智的做法。
電信接地實(shí)踐中的“”被稱為“聚苯胺”地。這種方法實(shí)際上將接地棒分為四個(gè)部分,分別標(biāo)識(shí)為“生產(chǎn)者”、“電涌放電器”、“非隔離”和“隔離”接地網(wǎng)絡(luò) (PANI)。這些扇區(qū)的接線方式使接地電流在接地棒內(nèi)流動(dòng),從而進(jìn)一步避免接地電流相互作用。PANI 接地用于主要的電信運(yùn)營(yíng)商設(shè)施,并且經(jīng)常被軍方要求。
良好的數(shù)據(jù)中心或電信公用設(shè)施接地需要理解、仔細(xì)規(guī)劃、正確執(zhí)行和良好監(jiān)督。它并不便宜。在普通的住宅和商業(yè)建筑中,接地需求沒有那么嚴(yán)格,但仍要充分做好這些應(yīng)用需要理解、仔細(xì)規(guī)劃、正確執(zhí)行和良好監(jiān)督。
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