比較電壓:何時將浮動電源接地
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-12-12 16:53:47 | 437 次閱讀
雖然本文并不是關于接地或“什么是接地?”這一哲學問題的完整入門讀物,但了解系統(tǒng)接地的原因非常重要。大多數(shù)情況下,本文將討論機箱接地,其中設備的金屬蓋進行電氣連接。這些連接可以通過電線、編織帶、銅條或銅條、DIN 導軌或其他此類連接。車輛采用底盤接地來確保返回電池負極端子的安全路徑,同時仍然不會將任何電流傳導到外部的物理接地。
接地系統(tǒng)是所有組件都連接在一起并具有公共節(jié)點的系統(tǒng)。接地系統(tǒng)的假設是鍵合線或底盤上沒有電壓降,并且該系統(tǒng)中的所有部件都可以使用該共享接地作為電壓測量的參考點。
進一步深化接地概念,在許多地區(qū)指定“接地”或簡稱“接地”,意味著接地連接到設施外部的物理接地棒。
接地通常連接到設備的底盤。這樣,如果機箱內(nèi)部短路,電流可以直接流向地面。通常,這會使斷路器跳閘或熔斷保險絲,從而完全停止電流。
將接地連接在一起的最常見原因是為了防止危險的電擊。一般來說,如果兩個設備距離彼此一臂之遙,則它們的地線應該連接在一起。如果沒有連接在一起,兩臺機器可能會有電壓差。如果工人接觸每臺機器,并且電位差足夠高,工人可能會受到危險的電擊。
考慮兩個 24 V DC 設備,彼此距離一臂之遙。一個 24 V 設備接地,這意味著高壓(相對于地)為 24 V。另一臺機器機箱已失去接地。相反,某些其他電源系統(tǒng)(或感應電壓)已將整個系統(tǒng)的電勢提高到 36 V。第二個系統(tǒng)中的組件之間仍然只有 24 V,但電源頂部現(xiàn)在有 60 V接地。這是“浮動”電源的一個示例?! ∪绻腥擞|摸第一個和第二個設備的底盤,即使它們相對于地的電壓都應該為零伏,第二個系統(tǒng)也會浮動 36V 高。操作員受到電擊。
浮動系統(tǒng)的兩個優(yōu)點是其隔離設備的能力以及降低傳感器信號線上噪聲的潛力。
雖然將所有設備的一端接地有很多優(yōu)點,但有時這是不切實際的。
考慮在橋梁上安裝大型健康監(jiān)測傳感器。他們監(jiān)控應變計的微小電阻變化,以確保橋梁在正常使用和風荷載下表現(xiàn)可預測。通常,這些應變計通過惠斯通電橋饋電,以測量電橋應變時的微小電壓變化。由于該電壓很小,但信號可能必須傳播的距離很大,因此公共接地可能不那么“公共”,這意味著沿著這些傳感器接地線的任何點的電壓可能不為零。這種接地環(huán)路會對仔細校準的傳感器造成嚴重破壞。在這種情況下,最好確保每個傳感器與公共接地隔離,僅測量儀表本身的電壓變化(以及電阻和應變)。
按照這些思路,一根長電線可以充當天線,即使一端看起來接地。因此,各種射頻干擾 (RFI)都可以被這條長天線吸收,從而導致“接地”出現(xiàn)更多差異。這些問題在排除故障時尤其困難,因為它們會隨著時間的推移而變化,并且可能是間歇性的,具體取決于 RFI 的來源。
電氣隔離
隔離還具有限制高壓尖峰和脈沖信號的優(yōu)點。回到橋的例子——考慮有一組傳感器和數(shù)據(jù)采集硬件,它們通過一個公共地連接在一起。然后,正如經(jīng)常發(fā)生的那樣,橋被閃電擊中。雖然許多此類結構具有一定的防雷功能,但并不完美。突然,“地”電壓立即飆升至 100,000 V。該系統(tǒng)上的所有內(nèi)容都將反向偏置到 100,000 V 減去正極側的任何電壓。連接到該地的設備很有可能被毀壞。
閃電示例為傳感器硬件的大型室外安裝提供了很好的隔離案例。假設不是通過公共接地連接所有這些設備,而是將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電源保持浮動,通過隔離變壓器連接。在這種情況下,電壓尖峰損壞更昂貴的硬件的可能性較小。變壓器(以及電感器)擅長濾除高頻信號,包括脈沖,這意味著電壓尖峰在返回受保護的硬件之前將被衰減。
應該注意的是,隔離變壓器和浮動接地不足以提供足夠的防雷保護。它們可以用作更全面的防雷系統(tǒng)的一部分。
浮動還是不浮動?
在 NEC 規(guī)定的法律范圍內(nèi),工程師可以靈活地設計或修改每個系統(tǒng)以滿足其特定需求。具有長電線的大型系統(tǒng)通常受益于浮動連接,因為接地環(huán)路可能是不可避免的,并且電壓尖峰更常見。更緊湊的系統(tǒng),特別是那些可以輕松或意外連接的系統(tǒng),應該共享一個公共接地點。
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