接地是什么

小嘿QA2020-04-14 11:16:44阅读(...)

接地(earthing)接地指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。可以分为工作接地、防雷接地和保护接地。

接地(earthing)接地指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。可以分为工作接地、防雷接地和保护接地。

接地是什么

工作接地就是由电力系统运行需要而设置的(如中性点接地),因此在正常情况下就会有电流长期流过接地电极,但是只是几安培到几十安培的不平衡电流。在系统发生接地故障时,会有上千安培的工作电流流过接地电极,然而该电流会被继电保护装置在 0.05~0.1s 内切除,即使是后备保护,动作一般也在 1s 以内。

防雷接地是为了消除过电压危险影响而设的接地,如避雷针、避雷线和避雷器的接地。防雷接地只是在雷电冲击的作用下才会有电流流过,流过防雷接地电极的雷电流幅值可达数十至上百千安培,但是持续时间很短。

保护接地是为了防止设备因绝缘损坏带电而危及人身安全所设的接地,如电力设备的金属外壳、钢筋混凝土杆和金属杆塔。保护接地只是在设备绝缘损坏的情况下才会有电流流过,其值可以在较大范围内变动。

电流流经以上三种接地电极时都会引起接地电极电位的升高,影响人身和设备的安全。为此必须对接地电极的电位升高加以限制,或者采取相应的安全措施来保证设备和人身安全。

释义原理

地电位,与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极,通常采用圆钢或角钢,也可采用铜棒或铜板。当流入地中的电流通过接地极向大地作半球形散开时,由于这个半球形的球面在离接地极越近的地方越小,越远的地方越大,所以在离接地极越近的地方电阻越大,越远的地方电阻越小。实验证明:在距单根接地极或碰地处 20m 以外的地方,实际已没有什么电阻存在,该处的电位已趋近于零。

将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为接地。连接到接地极的导线称为接地线。接地极与接地线合称为接地装置。若干接地体在大地中互相连接则组成接地网,接地线又可分为接地干线和接地支线。按规定,接地干线应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。电力系统中接地的点一般是中性点。电气装置的接地部分为外露导电部分,它是电气装置中能被触及的导电部分,它正常时不带电,故障情况下可能带电。装置外导电部分也称为外部导电部分,不属于电气装置,一般是水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。

接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。

接地是为保证电工设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施,通过金属导线与接地装置连接来实现,常用的有保护接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。接地装置将电工设备和其他生产设备上可能产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下,从而避免人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。

防止人身遭受电击

将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地极之间作良好的金属连接来保护人体的安全。

对于有接地装置的电气设备,当绝缘损坏、外壳带电时,接地电流将同时沿着接地极和人体两条通路流过。流过每条通路的电流值将与其电阻的大小成反比,接地极电阻越小,流经人体的电流也就越小。当接地电阻极小时,流经人体的电流趋近于零,人体因此避免触电的危险。因此,无论任何情况,都应保证接地电阻不大于设计或规程中规定的接地电阻值。

保障电气系统正常运行

电力系统接地一般为中性点接地,因此中性点与地间的电位接近于零。当相线碰壳或接地时,其他两相对地电压,在中性点绝缘系统中将升高为相电压的倍;在中性点接地的系统中则接近于相电压。由于有了中性点的接地线,可保证继电保护的可靠性。通信系统中的直流供电一般采用正极接地,可防止杂音窜入和保证通信设备正常运行。

接地装置

由接地体和接地线组成。直接与土壤接触的金属导体称为接地体。电工设备需接地点与接地体连接的金属导体称为接地线。接地体可分为自然接地体和人工接地体两类。自然接地体有:①埋在地下的自来水管及其他金属管道(液体燃料和易燃、易爆气体的管道除外);②金属井管;③建筑物和构筑物与大地接触的或水下的金属结构;④建筑物的钢筋混凝土基础等。人工接地体可用垂直埋置的角钢、圆钢或钢管,以及水平埋置的圆钢、扁钢等。当土壤有强烈腐蚀性时,应将接地体表面镀锡或热镀锌,并适当加大截面。水平接地体一般可用直径为 8~10 毫米的圆钢。垂直接地体的钢管长度一般为 2~3 米,钢管外径为 35~50 毫米,角钢尺寸一般为 40×40×4 或 50×50×4 毫米。人工接地体的顶端应埋入地表面下 0.5~1.5 米处。这个深度以下,土壤电导率受季节影响变动较小,接地电阻稳定,且不易遭受外力破坏。

接地电阻

一般指接地体上的工频交流或直流电压与通过接地体而流入地下的电流之比。散泄雷电冲击电流时的接地电阻指电压峰值与电流峰值之比,称为冲击接地电阻。接地电阻主要是电流在地下流散途径中土壤的电阻。接地体与土壤接触的电阻以及接地体本身的电阻小得可以忽略。电网中发生接地短路时,短路电流通过接地体向大地近似作半球形流散(接地体附近并非半球形,流散电流分布依接地体形状而异)。图中画出了与电流垂直的等位线,越接近接地体的等位线其电位越高。因为球面积与半径平方成正比,所以流散电流所通过的截面随着远离接地体而迅速增大。因电阻与电流通道的截面积成反比,故同半球形面积对应的土壤电阻随着远离接地体而迅速减小。一般情况下,接地装置散泄电流时,离单个接地体 20 米处的电位实际上已接近零电位。

接地电阻值与土壤电导率、接地体形状、尺寸和布置方式、电流频率等因素有关。通常根据对接地电阻值的要求,确定应埋置的接地体形状、尺寸、数量及其布置方式,对于土壤电阻率高的地区(如山区),为了节约金属材料,可以采取改善土壤电导率的措施,在接地体周围土壤中填充电导率高的物质或在接地体周围填充一层降阻剂(含有水和强介质的固化树脂)等,以降低接地电阻值。接地体流入雷电流时,由于雷电流幅值很大,接地体上的电位很高,在接地体周围的土壤中会产生强烈的火花放电,土壤电导率相应增大,相当于降低了散流电阻。

种类

保护接地

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,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。

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。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地,在石化和其它防爆系统中还有本安接地。

机器逻辑地,也叫主机电源地,是计算机内部的逻辑电平负端公共地,也是+5V 等电源的输出地。

信号回路接地,如各变送器的负端接地,开关量信号的负端接地等。

屏蔽接地(模拟信号屏蔽层的接地)。

本安接地,是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外,还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用设备的本安措施不同而不同,下面以齐纳式安全栅为例,说明其接地内容。

安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电流和安全电压范围之内。如现场端短路,则由于负载电阻和安全栅电阻 R 的限流作用,会将导线上的电流限制在安全范围内,使现场端不至于产生很高的温度,引起燃烧。第二种情况,如果计算机一端产生故障,则高压电信号加入了信号回路,则由于齐纳二级的嵌位作用,也使电压位于安全范围。

值得提醒的是,由于齐纳安全栅的引入,使得信号回路上的电阻增大了许多,因此,在设计输出回路的负载能力时,除了要考虑真正的负载要求以外,还要充分考虑安全栅的电阻,留有余地。

除了上述几种接地外,在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地,也叫交流电源工作地,它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地)。

方式

简介

现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源,主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响,采用接地措施,常用的接地方式有两种,现分别讨论如下:

分散接地方式

分散接地就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统,由于地线系统不断增多,地线间潜在的耦合影响往往难以避免,分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加,其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中,容易形成地下反击,损坏其他设备。

联合接地方式

联合接地方式也称单点接地方式,即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点:

(1)整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体,对于直击雷,楼内同一层各点位比较均匀;对于感应雷,笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供 10-40dB 的屏蔽效果;

(2)一般联合接地方式接地电阻非常小,不存在各种接地体之间的耦合影响,有利于减少干扰;

(3)可以节省金属材料,占地少。

由上不难看出,采用联合接地方式可以有效抑制外部高压输电线路的干扰。

防静电接地的接地线应串联一个 1 兆欧的限流电阻,即通过限流电阻与接地装置相连。接地电阻不是越小越好吗?为何还要串电阻?

计算机接地是以接地电流易于流动为目标,要求接地电阻越小越好。计算中心的接地应尽量减少噪音引起的电位变动,同时应注意信号电路与电源电路、高电平电路与低电平电路不能使用同一共地回路。对传输带宽要求较高的网络布线,应采用隔离式屏蔽接地,以防止静电感应产生干扰。在设计上力求简单、经济和实效接地如能和屏蔽有效地结合起来,将能更好地解决干扰,抑制噪音。

直流地

简介

计算机机房的直流地是系统中所有逻辑电路的共同参考点,设计直流地应考虑两个方面:

·消除各电路电流流向一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压;

·避免受磁场和地电位差的影响,不让其形成回路;如果接地方式或接法不妥当将会形成噪声耦合。

安全保护

交流工作地

在计算机系统中,除了使用直流电器设备外,还大量配备和使用交流电器设备。交流工作接地就是把计算机系统中使用交流电的设备做 2 次接地或经特殊设备与大地作金属连接,其作用是确保人身和设备安全。交流工作接地的实施可分为计算机系统使用的交流设备和计算机系统配套的交流设备两种情况,应各自独立地按电器标准规定接地,以防止因绝缘损坏而发生触电危险。

安全保护地

把与电器设备带电部分相绝缘的金属外壳或机架同地之间做良好的接地称为安全保护地。若机壳不接地则机壳带有较高电位,人体接触后就有触电的危险,当绝缘被击穿时,接地短路电流将沿着接地线和人体两条通路同时流入大地。通常计算机机房使用的交流设备的机壳(如:空调机、稳频稳压装置、变压器、UPS 备份电源等设备的外壳)也应按有关电器规范进行接地处理。

避雷地

防雷保护接地主要是用来向大地引泄雷电流的,目的在于保护人员和建筑物的安全。防雷保护接地与计算机中心建筑物采用的避雷措施有关,由于雷电流产生的电磁感应现象,造成巨大的电磁场,对计算机中心及相关设备具有极大的破坏作用,要求防雷地线装置与所有其他电器设备之间保持足够的距离。因此防雷保护措施是不可忽视的。在 1997 年夏季的一次雷雨天气,国航内蒙古分公司因未完善避雷装置,致使网络瘫痪、设备损坏,造成直接经济损失。因此建筑物避雷设施必须严格遵循防雷设施的规定,按标准进行施工,每年至少要检测一次避雷接地桩的良好程度。

各类设备接地之间的关系

计算机中心的各类设备接地之间的关系实际上就是直流地与其他地间的相互关系,计算机直流地的接地电阻的大小、接法及与诸地之间的相互关系是以不同的设计要求而定的。

(1)直流地悬浮时与接地的关系

在直流地悬浮的系统中,其他诸地可以分别接地,也可接在一起。

(2)直流地接大地时与诸地的关系

在直流地接大地系统中,由于各计算机系统的要求不同,因此其直流地与其他诸地的关系有很大的不同,大体上有以下几种接法。

a)直流接地、安全接地、交流接地和避雷接地分别接入不同的地桩。此种接法看来似乎各地相互之间没有关系,不产生任何影响,而且单个地桩的造价便宜,但实际上这种方法不但复杂、造价昂贵,而且诸地之间难以达到相对隔离的要求,因此易对直流系统产生冲击,影响设备的可靠性。

b)直流接地、避雷接地各自接地,安全接地和交流接地共用一个地桩。情况基本同 a)。

c)机房的直流接地、交流接地、安全接地均各成系统,各用一根接地母线接入配电柜的中线,这种方法施工方便,可以与避雷地保持要求的距离,这是很多计算

机系统中采用的接地方法。

d)如所有地均接入避雷地,为了防止雷电压的反击,要求防雷接地装置与所有电器设备之间保持足够的距离。但是要保证满足这一条件是困难的,特别是利用钢筋混凝土建筑的结构以钢筋作为防雷网时,此距离实际上是无法保证的,在这种情况下应将诸地连在一起,采用共同接地方式。为了防止雷电冲击时接地电位的升高,共同接地的电阻最好能限制在 1Ω以下。

e)机房内诸设备的交流地、直流地和安全地共用同一地桩。把诸地特别是直流地与避雷地共用同一地桩给人们带来极大的不安全,加之接地设施会因年久

失修致使接地电阻增加,从而给计算机的安全性、可靠性带来极大的威胁。因此笔者建议不采用这种接地方法,而是采用直流地、交流地和安全地连在一起后接入同一地桩的处理方法。

处理地线要注意的问题

(1)接地电阻——共用接地地桩的接地电阻应满足各种接地中最小接地电阻的要求。

(2)为防止接地系统的相互干扰,确保对建筑物的绝缘,接地母线应使用带有绝缘外皮的屏蔽线,屏蔽套的一端应进行接地。

(3)直流地、交流地和安全地虽然最后都接在地桩上,但并不意味着各种地之间可以随意连接,也应按照上述要求在其未接入同一地桩之前彼此应保持严格的绝缘。

(4)在直流地与机壳安全地分开接地的计算机设备中,因其直流地与机架严格绝缘,各自分别接系统地桩,但有些计算机的机壳与直流地在电器上是接在一起的,其交流设备的工作地与机壳是严格绝缘的。

防护静电

静电是引起计算机等电子设备故障的重要因素之一,主要体现在静电聚积在计算机的机壳上,当电荷聚积的能量达到一定程度时,会给人以触电的感觉;当静电带电体触及计算机时形成对计算机的放电,有可能使逻辑元件送入错误信号、引起计算机运算错误,严重时还会造成程序紊乱,甚至烧毁设备。如何防止静电带来的危害,分析静电对计算机设备的影响,找出静电产生的根源,减少以致消除静电是一个不可忽视的课题。

减少静电对计算机设备的影响除采用防静电地板和隔离墙外,一般多采用接地屏蔽的方法,其中设备的外壳接地是最基本的防静电措施,要求计算机本身具备一套合理的接地和屏蔽系统,这样当静电带电体触及计算机机壳放电时,静电就能通过接地导线漏泄入地而不至于引起系统运行故障,通常静电瞬间电势过高很容易引起接地电位的波动。其次,要尽量切断静电噪声侵入音频通道,在跳接音频和数字线时应尽量采用屏蔽线,屏蔽线的外绝缘皮应进行良好地接地,从而泄漏掉聚集在周围的电荷。

鉴于接地系统是提高计算机网络可靠性、抑制噪音、保证机房设备安全的重要手段,因此应对计算机设备的接地认真加以对待,如果重视不够或接地系统处理不当,将会影响计算机的稳定工作从而引发故障,甚至烧毁接口和器件,严重的还危及人身安全。

“地线”在计算机应用技术中要求越来越高,还需要我们在工作中不断探索总结经验。

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