《抗干扰培训-专家培训第3-2章独立接地和共用接地.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《抗干扰培训-专家培训第3-2章独立接地和共用接地.ppt（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 1 独立接地和共用接地 Independent earthing and common earthing 徐义亨 编 8 独立接地和共用接地 在许多信息 控制系统需要接地的场合 应该是独 立接地还是共用接地 这个问题至今还在争论 似乎没 有完全解决 本章对有关独立接地与共用接地的特点以 及对它们的评价作一介绍 2 8 1 接地方式的形态 如果有几个并存的系统或设备需要接地时 接地的方式可以有 如下图所示的四种形态 1 各个设备独立接地 3 2 将独立接地的接地线连接在一起 4 3 共用接地 5 4 将接地线连接到共用接地网上 第一种为独立接
2、地 后三种均为共用接地 6 8 2 独立接地 DCS系统采用了计算机等数字电路技术 各部分电路需要有统 一的工作基准电压 即该工作基准电压起到建立一个统一的信号参 考点的作用 如几部分电路没有统一的工作基准电压 就会造成系 统工作异常 理想的独立接地应该是那样 如果有接地极 其中一个电极中不 论怎流过电流 对另一个接地电极就不应该发生电位上升的情况 7 I 电位分布 接地极 电位上升 V 0 V 8 当然 在工程中只要把电位上升限制在一定范围内 就可以看成是相 互独立的 此时的接地极其间距决定以下三个重要因素 1 发生的接地电流的波形和其最大值 2 电位上升的容许值 3 该地点的大地的电阻率
3、9 在这里介绍以棒状接地极 半径为7mm c长度为3m 为例 研究 因工频接地电流I产生的电位上升 V 与间隔距离S的关系 表 为有工频接地电流流入A电极时 计算出B电极发生电位上升到容 许值 V的间隔距离 I 电位分布 接地极 电位上升 V 0 V S AB 10 独立接地的间隔距离 m 接地电电流 I A 电电位上升的容许值许值 V 2 5V25V50V 106363 503183216 1006376432 注 本表相对于电阻率为 100 m 11 如果大地的电阻率很高 即使接地电流很小 间隔距离也会增 大 由表所知 在实施独立接地时 必须采取大的电极间隔 在有 限的场地内如有多个接地系
4、统时 要找到足够的接地施工的空间是 很困难的 12 8 3 共用接地 所谓共用接地就是把几个设备系统汇集在一起 连接到设置在 一个或几个地点的共用接地电极上的接地 其中 有连接接地线或 把接地线汇集到一点 所以 在评价共用接地时 应该把接地作为 系统来考虑 13 8 3 1 共用接地的优点 1 接地线少 接地系统简单 维修检查容易 2 将各个接地电极并联连接 此时比独立接地的总电阻低 如果利 用建筑结构体 因接地电阻非常小 更能显示出共用接地的优点 3 即使有一个接地极失效 其它电极也能补充 提高了接地的可靠 性 4 因为可以减少接地电极的总数 节省设备施工的费用 5 如在爆炸危险场所 因电气
5、设备故障或雷击会形成建筑物不同部位地电 位差的存在 这时如意外地连接不同地点的设备会产生电火花引起爆炸或 损坏设备 无法保障人身和控制系统的安全 如采用共用接地系统 由于 实现了等电位连接 建筑物各处均为等电位 从而就可减小或避免这种危 险的发生 6 由于建筑物各处均为等电位 减小了进入控制系统电子线路的共模干扰 14 8 3 2 共用接地存在的一个问题 发生接地 电流的设备 I1I2 R2 I2R2 I1R1 R1 15 共用接地存在的一个主要问题就是电位上升而波及的危险 在共用接地的场合 如果在共有接地设备中有一个发生接地电 流 就会流入大地 这时因各个接地电极总是有些接地电阻 就会 使接
6、地点的电位上升 如果是独立接地 由接地电极引起的电位上 升仅限于本身而不波及它极 这是理想的接地 而如图所示共用 接地 由接地电流引起的电位上升会波及到共用接地的全部设备 16 所以在实施共用接地的场合 对于因共用接地而连接的全部设 备必须要考虑发生的接地电流的性质以及电位上升给系统带来的影 响 接地电流的性质包括接地电流的大小和波形 持续时间的长短 以及发生的概率 例如 由直击雷在外部避雷装置的接地系统上可 以产生的电流很大 如200kA 频率也很高 高至1MHz 但持续 时间很短 s级 又如在设备电路和大地之间有大电容滤波器 会有相当大的位 移电流流向大地 如果大电流高电压的工频用电设备
7、会有漏电流长时间地流向 大地等等 下面就该问题提出几个解决问题的方法 17 8 3 3 如何解决共用接地系统的电位上升 1 降低共用接地系统的接地电阻 如果共用接地系统的接地电阻很低 那么电位上升波及的危险 不会有太大的问题 由接地网的接地电阻的简易公式可知 要降低共用接地系统的接地电阻 一可增加地网总面积S 二可 降低土壤的电阻率 如果要把某共用接地网的接地电阻减小到原来的二分之一 则要 将接地网面积增加到原来的四倍 这在工程现场几乎是不可能的事 所以更多的是通过采用降阻剂来实现 如选用稀土防雷防腐降阻 剂 其降阻有效率可在60 90 之间 18 2 保持离大的接地电流系统的接地点有一定的距
8、离 在共用接地网上建筑物避雷针的接地点和DCS的接地点 沿地下 接地体的长度必须大于15米 即经过15米的距离 一般能沿接地体 传播的雷电过电压衰减到不足以危及设备的绝缘 土壤的电阻率愈 低 该距离就愈小 在共用接地网上大电流 高电压的用电设备的接地点和DCS的接 地点 沿地下接地体的长度必须大于10米 19 3 保证整个DCS系统的所有接地点都在同一个共用接地网上 在石油化工企业里 有许多高的金属塔器是直接利用金属塔器 的金属壁作引下线的 而金属塔器上又有许多测量元件和变送器 高的金属塔器一当遭到雷击 由于强大的雷电流通过金属塔的接地 装置 使位于金属塔上的变送器随整个塔产生电位浮动 相对于
9、DCS 系统之间会产生很大的地电位差 随即会产生闪络 反击 使变送 器 DCS损坏 为了防止产生反击 反击的原理见后图 应把避雷针和DCS的 接地装置都连接到共用接地网上 20 DCS 地电位分 布曲线地电位差 接地干线 信号线 可达200kA 的雷电流 金属塔器 位于塔上 的变送器 21 一个孤独的设备如果和空间其它的设备和人没有接触联系的 话 而所有的接地点仅通过一个接地参考点连接在共用接地网上 那么接地系统的电位上升对该设备的损坏不会产生影响 这就像水 涨船高的原理一样 问题就在DCS系统除了DCS本身的接地点外 还有变送器 执行 器等许多现场设备 这些设备大多都自然接地 如果这些自然接
10、地 体和共用接地网没有连接而且又在外部防雷系统的附近 则在外部 防雷系统接闪时 会因为地电位的升高而产生反击 所以必须保证 整个DCS系统 包括现场的变送器 执行器 的所有接地点 包括自 然接地点 都应在同一个共用接地网上 22 8 4 建筑结构体的接地方法 在接地电极中 可以采用棒状 线状 板状等人工接地极 也 可利用水管等作自然接地极 以前所述的接地极都是人工接地极 自然接地极并不是那种以接地为目的的施工物体 而是将与大 地接触的导电性物体来代替接地极使用的 这种物体以前使用的水管多半为金属管 但近几年来水管用合 成树脂制成 好多场合已经不能作为代用接地电极了 于是有人就 想利用建筑结构体
11、位地表下部分的钢筋作自然接地极 最初提出该想法的是美国的H G Ufer Ufer电极 的名称由此 而来 23 建筑结构体接地的必要条件是结构体必须为钢架 钢筋混凝土 制造 而不是砂浆或木造的 钢架和钢筋本身有很好的导电性 而且贯穿到整个建筑物并通过 混凝土与大地接触 只要混凝土不是绝对的绝缘物 从宏观上可以 认为结构体就是一个接地电极 24 8 4 1 建筑结构体的电气特性 在钢架造 钢筋混凝土造和钢架 钢筋混凝土造的建筑物中 其 本体结构无疑是牢固的 即柱或梁等都是相互紧密结合 但是建筑 物结构体的各个部分是否以很低的电阻互相连接着呢 换言之 建 筑物结构体是否是一个以导体构成的 电笼 c
12、age 25 钢架造的大厦 因钢架之间是用铆钉或螺栓连接的 无疑是一 个电笼 而对于钢筋混凝土结构的大厦 混凝土中主筋和箍筋就未必是 连接的 所以有人就怀疑它不是电笼 在混凝土中钢筋和钢筋之间虽然是分离的 但是钢筋之间却充 满了混凝土 从外观上看 混凝土如同坚硬的石头 但它比一般的 岩石吸水性大 因此 处于湿润状态的混凝土的电阻率相当低 在 加上躯体或柱有很大的截面积 所以即使是钢筋混凝土造的大厦 结构体的各部分也是以低电阻连接的 可以将它看成是电笼 26 实测某钢架造的高层大厦结构体电阻 从顶层到地下一层的直 流电阻是10 3 用双电桥测钢筋混凝土结构的三层楼结构体的电 阻的直流电阻是10
13、2 左右 所以 电笼 必须满足下列的两个条件 1 建筑物必须是钢架造 钢筋混凝土造 钢架造 钢筋混凝土 造 而且要有相当大的地下部分与大地接触的面积 2 施工地点的土壤电阻率要低到一定的程度 27 8 4 2 建筑结构体的接地电阻 建筑结构体如下图所示 A 地上建筑部分 地下建筑部分 28 建筑结构体的地表下部分与大地接触着 设结构体与大地的 接触面积 包括结构体的底面积与侧面积的总和 为A m2 土壤 电阻率为 m 则其接地电阻为 由式可知 结构体与大地的接触面积A愈大 接地电阻就愈小 29 结构体接地的实测例子 日本 大厦名层层数总总建筑 面积积m2 地下层层的地 面面积积m2 结结构 结
14、结构体的 接地电电阻 新大谷饭饭店地上17层层 地下3层层 102 5009 470钢钢架钢钢筋 混凝土造 0 31 东东京电业电业 会馆馆 地上4层层 地下1层层 1 767480钢钢筋 混凝土造 0 6 千叶大学工 学部 地上4层层 地下1层层 2 354576钢钢筋 混凝土造 1 04 大阪合同厅厅 舍3号楼 地上15层层 地下3层层 39 5793 405钢钢架钢钢筋 混凝土造 0 21 迎宾馆宾馆地上2层层 地下1层层 15 3555 260钢钢架砖砖砌0 35 东亚东亚 不动产动产 新侨侨大厦 地上15层层 地下3层层 52 0154 742钢钢架钢钢筋 混凝土造 0 01 30
15、8 4 3 建筑物防雷区等电位连接及共用接地系统 下图为 GB50343 2004 建筑物电子信息系统防雷技术规范 规 定的建筑物防雷区等电位连接及共用接地系统 建筑物内应设总的 等电位接地端子板 每层竖井内设置楼层等电位接地端子板 各设 备机房设置局部等电位接地端子板 31 当建筑物采取总等电位连接措施后 各等电位连接网络均与共用 接地系统有直通大地的可靠连接 每个电子信息系统的等电位连接 网络 不宜再设单独的接地引下线接至总等电位接地端子板 而宜 将各个等电位连接网络用接地线引至本楼层或电气竖井内的等电位 接地端子板 32 等电位连接与共用接地系统是内部防雷措施中两种不同而又密切 相关的重
16、要措施 其目的都是为了避免在需要防雷的空间内发生生 命危险 减小电子信息系统因雷击而中断正常工作 发生火灾等事 故 33 34 9 接地技术面临的挑战 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 即实施了所谓的接地 要早一个世纪 35 接地作为由中国人开创的一种应用技术 在电气 电子 控制等 行业里的功能似乎是无可非议的 但是近些年 在这个古老而又在 不断发展的技术领域内 在中国的接地工程界里却出现了一些令众 家而争鸣的大问题 现不妨简要地予以介绍 36 9 1 接地电阻不可测 应予废除 权威著作 辞海 对接地电阻的定义是 接地体对地电阻和接 地引线电阻的和 数值上等于接地装置对地电压与通过接地体流入 地中电流的比
