接地与接零的分析Word文档下载推荐.docx
《接地与接零的分析Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《接地与接零的分析Word文档下载推荐.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.2保护接地时应注意问题
由同一变压器（中性点不接地）供电系统中各电气设备不应分别接地，而应形成一个保护接地系统。
这样做不仅降低了接地电阻，而且也防止了不同电气设备的不同相，同时碰壳（接地）所带来的危险。
形成保护接地系统后，这时两相短路电流主要通过接地网流通，因而提高了两相短路电流的数值，保证过流保护装置可靠动作。
四电气设备保护接零
4.1保护接零
由于低电压网（380V/220V）中性点不接地只有个别场合，如矿井、游泳池等，而一般低压电网都采用了中性点接地的三相四线制供电系统。
在这种电网中工作的设备，其金属外壳要与零线紧密相接，即保护接零。
保护接零的目的，也是为了保证安全，当设备发生一相碰壳时，则造成单相短路，使保护装置迅速动作，切断故障设备。
按中性线与保护线的组合情况，保护接零分以下三种情况：
（1）整个系统中性线N与保护线PE是合一的，通常适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的场所。
（2）整个系统中性线N与保护线PE是分开的。
即将设备外壳接在保护线PE上，在正常情况下保护线上没有电流流过，所以设备外壳不带电。
（3）系统中的一部分采用中性线与保护线合一的，局部采用专设的保护线。
4.2保护接零应注意问题：
（1）由同一台发电机或同一台变压器供电的线路，不允许有的设备保护接地，有的设备保护接零。
（2）沿零线上把一点或多点再行接地，即重复接地。
以确保护接地装置的可靠。
但重复接地只能起到平衡电位的作用，因此，中性线尽量避免断裂，对中性线要求精心施工，注意维护。
五结束语
电源中性点的接地方式及用电设备保护接地、保护接零的归类分析，对不同电压等级的电力网怎样合理供电及电气设备的安全使用有现实意义。
1：
为什么要接地?
Answer：
接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。
同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。
随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。
2：
接地的定义
Answer:
在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’；
对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；
对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地的意思。
一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。
注意要求是”低阻抗”和“通路”。
3：
常见的接地符号
PE,PGND,FG－保护地或机壳；
BGND或DC-RETURN－直流－48V（+24V）电源（电池）回流；
GND－工作地；
DGND－数字地；
AGND－模拟地；
LGND－防雷保护地
4：
合适的接地方式
接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。
而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。
一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块之间接地区分，以及低频（f<
1MHz）电子线路。
当设计高频（f>
10MHz）电路时就要采用多点接地了或者多层板（完整的地平面层）。
5：
信号回流和跨分割的介绍
对于一个电子信号来说，它需要寻找一条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得非常的关键。
第一，根据公式可以知道，辐射强度是和回路面积成正比的，就是说回流需要走的路径越长，形成的环越大，它对外辐射的干扰也越大，所以，PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。
第二，对于一个高速信号来说，提供有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层（或电源层）为参考来计算的，如果高速线附近有连续的地平面，这样这条线的阻抗就能保持连续，如果有段线附近没有了地参考，这样阻抗就会发生变化，不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。
所以，布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层，或者高速线旁边并行走一两条地线，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三，为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是因为信号跨越了不同电源层后，它的回流途径就会很长了，容易受到干扰。
当然，不是严格要求不能跨越电源分割，对于低速的信号是可以的，因为产生的干扰相比信号可以不予关心。
对于高速信号就要认真检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的走线。
（这是针对多层板多个电源供应情况说的）
6：
为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开?
模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。
如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。
一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。
总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。
当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。
7：
单板上的信号如何接地?
对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续性，减少过孔数量；
靠近地平面或者电源平面，等等。
8：
单板的接口器件如何接地?
有些单板会有对外的输入输出接口，比如串口连接器，网口RJ45连接器等等，如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。
一般来说会单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采用细的走线连接，可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。
细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。
同样的，对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。
9：
带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?
屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰，所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。
当然前提是接口地也要非常的干净。
_
抗干扰接地处理的主要内容：
（1）避开地环电流的干扰；
（2）降低公共地线阻抗的耦合干扰。
“一点接地”有效地避开了地环电流；
而在“一点接地”前提下，并联接地则是降低公共地线阻抗的耦合干扰的有效措施；
它们是工业控制系统采用的最基本的接地方法。
工业控制系统接地的含义不一定就是接大地。
例如直流接地只是定义电路或系统的基准电位。
它可以悬浮，但要求与大地严格绝缘。
通常，其绝缘电阻要达到50MΩ以上。
直流地悬浮隔离了交流地网的干扰，经济简便，工程中经常使用。
直流地悬浮的缺点是机器容易带静电，如果该静电电位过高，会损坏器件，击伤操作人员等等；
而且，如果这时直流地与大地的绝缘电阻减小，可能会产生很多原先没有想到的干扰。
直流地接大地，按照国家标准，要埋设一个不大于４Ω的独立接地体。
但无论直流地悬浮或者接大地，直流地与大地之间的电位都存在着间接或者直接的关系。
工业控制机所操作的各种输入输出信号之间接地是否合理，不只是形成相互耦合干扰的问题，有时还危及计算机系统的安全。
在实际的工业控制系统中，各种通道的信号频率大多在１MHz内，属于低频范围。
因此，谈谈低频范围的接地。
1.串联接地
在串联接地方式中，各电路各有一个电流i1、i2、i3等流向接地点。
由于地线存在电阻，因此，每个串联接点的电位不再是零，于是各个电路间相互发生干扰。
尤其是强信号电路将严重干扰弱信号电路。
如果必须要这样使用，应当尽力减小公共地线的阻抗，使其能达到系统的抗干扰容限要求。
串联的次序是：
最怕干扰的电路的地应最接近公共地，而最不怕干扰的电路的地可以稍远离公共地。
2.并联接地
并联接地方式：
在工业控制机中的模拟通道和数字通道采用并联接地。
并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关，互相之间不会造成耦合干扰。
因此，有效地克服了公共地线阻抗的耦合干扰问题，工业控制机应当尽量采用并联接地方式。
值得注意的是，虽然采用了并联接地方式，但是地线仍然要粗一些，以使各个电路部件之间的地电位差尽量减小。
这样，当各个部件之间有信号传送时，地线环流干扰将减小。
工业现场的干扰来源是多渠道的，针对不同的项目和不同的现场，应该有不同的处理方法。
屏蔽和接地是由工控系统开发者操作的一项技术内容。
能否正确设计和利用它们，不仅关系到系统安全稳定地运行、良好地抑制干扰，而且是工控项目开发者是否成熟的重要标志。
工控系统的屏蔽处理
工业现场动力线路密布，设备启停运转繁忙，因此存在严重的电场和磁场干扰。
而工业控制系统又有几十乃至几百个甚至更多的输入输出通道分布在其中，导线之间形成相互耦合是通道干扰的主要原因之一。
它们主要表现为电容性耦合、电感性耦合、电磁场辐射三种形式。
在工业控制系统中，由前两种耦合造成的干扰是主要的，第三种是次要的。
它们对电路主要造成共模形式的干扰。
众所周知，地球是一个静电容量很大的导体，其电位非常恒定。
如果把一个导体与大地紧密连接，那么该导体的电位也是恒定的。
我们把它的电位叫作零电位，它是电位的参考点。
然而，工程上不可能做到这种紧密连接，总是存在一定的接地电阻。
当有电流经该导体入地时，它的电位就有波动。
于是，不同的接地点之间会有电位差。
当我们用一根导线连接不同的接地点时，在导线中就可能有电流流动，这称为地环电流。
接地抗干扰技术就是解决以地环电流为中心的一系列技术问题。
1.电场耦合的屏蔽和抑制技术
克服电场耦合干扰最有效的方法是屏蔽。
因为放置在空心导体或者金属网内的物体不受外电场的影响。
请注意，屏蔽电场耦合干扰时，导线的屏蔽层最好不要两端连接当地线使用。
因在有地环电流时，这将在屏蔽层形成磁场，干扰被屏蔽的导线。
正确的作法是把屏蔽层单点接地，一般选择它的任一端头接地。
造成电场耦合干扰的原因是两根导线之间的分布电容产生的耦合。
当两导线形成电场耦合干扰时，导线１在导线２上产生的对地干扰电压VN为：
V1和ω是干扰源导线1的电压和角频率；
R和C2G是被干扰导线2的对地负载电阻和总电容；
C12是导线1和导线2之间的分布电容。
从式
（2）可以看出，在干扰源的角频率ω不变时，要想降低导线2上的被干扰电压VN，应当减小导线1的电压V1，减小两导线之间的分布电容C12，减小导线2对地负载电阻R以及增大导线2对地的总电容C2G。
在这些措施中，可操作性最好的是减小两导线之间的分布电容C12。
即采用远离技术：
弱信号线要远离强信号线敷设，尤其是远离动力线路。
工程上的“远离”概念，通常取干扰导线直径的40倍，即认为足够了。
同时，避免平行走线也可以减小C12。
2.
磁场耦合的抑制技术
抑制磁场耦合干扰的好办法应该是屏蔽干扰源。
大电机、电抗器、磁力开关和大电流载流导线等等都是很强的磁场干扰源。
但把它们都用导磁材料屏蔽起来，在工程上是很难做到的。
通常是采用一些被动的抑制技术。
当回路1对回路2造成磁场耦合干扰时，其在回路2上形成的串联干扰电压VN为：
VN=jωBAcosθ（3），式中，ω是干扰信号的角频率；
B是干扰源回路1形成的磁场链接至回路2处的磁通密度；
A为回路2感受磁场感应的闭合面积，θ是和两个矢量的夹角。
可以看出，在干扰源的角频率ω不变时，要想降低干扰电压VN，首先应当减小B。
对于直线电流磁场来说，B与回路1流过的电流成正比，而与两导线的距离成反比。
因此，要有效抑制磁场耦合干扰，仍然是远离技术。
同时，也要避免平行走线。
3.
屏蔽线的使用
屏蔽线的接地有三种情况，即：
单端接地方式、两端接地方式、屏蔽层悬浮。
（1）单端接地方式：
假设信号电流i1从芯线流入屏蔽线，流过负载电阻RL之后，再通过屏蔽层返回信号源。
因为i1与i2大小相等方向相反，所以它们产生的磁场干扰相互抵消。
这是一个很好的抑制磁场干扰的措施。
同时它也是一个很好的抵制磁场耦合干扰的措施。
（2）两端接地方式：
由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的迭加，所以它不能完全抵消信号电流所产生的磁场干扰。
因此，它抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地方式差。
单端接地方式与两端接地方式都有屏蔽电场耦合干扰作用。
（3）屏蔽层悬浮：
只有屏蔽电场耦合干扰能力，而无抑制磁场耦合干扰能力。
4.双绞线的使用
如果双绞线的绞扭一致的话，那么这些小回路的面积相等而法方向相反，因此，其磁场干扰可以相互抵消。
双绞线的结构对电场耦合干扰的抑制毫无能力。
当给双绞线加上屏蔽层后，一个价廉物美的传输线就诞生了。
根据国外专家的实验测定，屏蔽层接地方法不同对磁场干扰的抑制dB数也不同。
（1）单端接地方式，对磁场干扰具有高达55dB的衰减能力。
可见，双绞线确实有很好的效果。
（2）两端接地方式，地线阻抗与信号线阻抗不对称，地环电流造成了双绞线电流不平衡，因此降低了双绞线抗磁场干扰的能力，只有13dB的磁场干扰衰减能力。
（3）使用屏蔽双绞线，其屏蔽层一端接地，另一端悬空，因此屏蔽层上没有返回信号电流，所以它的屏蔽层只有抗电场干扰能力，而无抑制磁场耦合干扰能力。
与单端接地方式一样衰减55dB。
（4）屏蔽层单端接地，而另一端又与负载冷端相连，因此它具有两端接地方式的效果，但它的屏蔽层上的电流由于被双绞线中的一根分流，又比两端接地方式稍差。
具有77dB的衰减。
（5）屏蔽层双端接地，具有一定的抑制磁场耦合干扰能力，加上双绞线本身的作用，因此具有63dB的衰减。
（6）屏蔽层和双绞线都两端接地，其效果具有28dB衰减。
双绞线最好的应用是作平衡式传输线路。
因为两条线的阻抗一样，自身产生的磁场干扰或外部磁场干扰都可以较好的抵消。
同时，平衡式传输又独具很强的抗共模干扰能力，因此成为大多数计算机网络的传输线。
例如，物理层采用RS422A或RS485通信接口，就是很好的平衡传输模式。
一、接地和接零的类型
电力系统和电气设备的接地和接零，按其不同的作用分为工作接地、保护接地、重复接地和接零。
为防止雷电的危害所作的接地称为过电压保护接地；
为防止管道腐蚀的接地采用电法保护接地；
还有静电接地和隔离接地等。
1、工作接地
在正常或事故情况下，为保证电气设备可靠地运行，必须在电力系统中某点（如发电机或变压器的中性点，防止过电压的避雷器之某点）直接或经特殊装置如消弧线圈、电抗、电阻、击穿熔断器与地作金属连接,如图1所示。
图1工作接低、重复接地、接零示意图
2、保护接地
电气设备的金属外壳，由于绝缘损坏有可能带电，为防止这种电压危及人身安全的接地，称为保护接地，如图2所示，这种接地，一般在中性点不接地系统中采用。
图2保护接地示意图
3、重复接地
将零线上的一点或多点与地再次作金属的连接，称为重复接地，如1所示。
4、接零
与变压器和发电机中性点连接的中性线，或直流回路中的接地中线相连，称为接零，如图1所示。
5、过电压保护接地
过电压保护装置或设备的金属结构，为消除过电压危险影响的接地，称为过电压保护接地。
6、防静电接地
防止可能产生或聚集静电荷，对设备、管道和容器等所进行的接地，称为防静电接地。
7、隔离接地
把电器设备用金属机壳封闭，防止外来信号干扰，或把干扰源屏蔽，使它不影响屏蔽体外的其它设备的金属屏蔽接地，称为隔离接地。
8、电法保护接地
为保护管道不受腐蚀，采用阴极保护或牺牲阳极保护等到的接地,称为电法保护接地。
二、接地和接零的作用
1、工作接地的作用
在工作和事故情况下，保证电气设备可靠地运行，降低人体的接触电压，迅速切断故障设备，降低电气设备和电线路的绝缘水平。
2、保护接地的作用
如果电气设备没有接地，当电气设备某处绝缘损坏时，外壳将带电，同时由于线路与大地间存在电容，人体触及此绝缘损坏的电气设备外壳，则电流流经人体形成通路，将遭受触电危险。
设有接地装置后，接地短路电流将同时沿着接地体的人体两条通路流过，接地体电阻愈小，流经人体的电流将几乎等于零，使人体避免触电的危险。
3、重复接地的作用
当系统中发生碰壳或接地短路时，可以降低零线的对地电压；
当零线发生断裂时，可以使故障程度减轻。
4、接零的作用
在中性点直接接地的1千伏以下的系统中，必须采用接零保护，将电气设备的外壳直接接到系统的零线上，如发生碰壳短路时，即形成单相短路，使保护设备能可靠地迅速动作，以断开故障设备，使人体避免触电的危险。
5、过电压保护接地的作用
对于直击雷，避雷装置（包括过电压保护接地装置在内）促使雷云正电荷和地面感应负电荷中和，以防止雷击的产生，对于静感应雷，感应产生的静电荷，其作用是迅速地把它们导入地中，以避免产生火花放电或局部发热造成易燃或易爆物品燃烧爆炸的危险。
6、防静电接地的作用
设备移动或物体在管道中流动，因磨擦产生静电，它聚集在管道，容器和贮灌或加工设备上，形成很高电位，对人身安全及对设备和建筑物都有危险。
作为静电接低，静电一旦产生,就导入地中,以消除其聚集的可能。
7、隔离接地的作用
把干扰源产生的电场限制在金属屏蔽的内部，使外界免受金属屏蔽内于扰源的影响。
也可以把防止于扰的电器设备用金属屏蔽接地，任何外来干扰源所产生的电场不能穿进机壳内部，使屏蔽内的设备，不受外界干扰源的影响。
输送介质的长距离管道，为防止各种腐蚀因素的危害，确保管道投产后长期安全运转,通常全线路采用以外电源阴极保护为主，牺牲阳极保护为辅的电法保护，作为管道防腐的第二道防线。
三、注意事项
（1）保护接地适用于不接地（对地绝缘）电网；
保护接零适用于低压中性点直接接地，电压为380/220V的三相四线制电网。
两者不能互换。
（2）中性点接地系统中，不允许个别设备接地而不拉零。
当接地设备发生漏电时，其它接零设备会出现危险电压，并且零线不应该装设开关或熔断器
漏电保护器安全使用问答
一、漏电保护器的作用
1.什么是漏电保护器?
答：
漏电保护器（漏电保护开关）是一种电气安全装置。
将漏电保护器安装在低压电路中，当发生漏电和触电时，且达到保护器所限定的动作电流值时，就立即在限定的时间内动作自动断开电源进行保护。
2.漏电保护器的结构组成是什么?
答：
漏电保护器主要由三部分组成：
检测元件、中间放大环节、操作执行机埂?
①检测元件。
由零序互感器组成，检测漏电电流，并发出信号。
②放大环节。
将微弱的漏电信号放大，按装置不同（放大部件可采用机械装置或电子装置），构成电磁式保护器相电子式保护器。
③执行机构。
收到信号后，主开关由闭合位置转换到断开位置，从而切断电源，是被保护电路脱离电网的跳闸部件。
3.漏电保护器的工作原理是什么?
①当电气设备发生漏电时，出现两种异常现象：
一是，三相电流的平衡遭到破坏，出现零序电流；
二是，正常时不带电的金属外壳出现对地电压（正常时，金属外壳与大地均为零电位）。
②零序电流互感器的作用漏电保护器通过电流互感器检测取得异常讯号，经过中间机构转换传递，使执行机构动作，通过开关装置断开电源。
电流互感器的结构与变压器类似，是由两个互相绝缘绕在同一铁心上的线圈组成。
当一次线圈有剩余电流时，二次线圈就会感应出电流。
③漏电保护器工作原理将漏电保护器安装在线路中，一次线圈与电网的线路相连接，二次线圈与漏电保护器中的脱扣器连接。
当用电设备正常运行时，线路中电流呈平衡状态，互感器中电流矢量之和为零（电流是有方向的矢量，如按流出的方向为“＋”，返回方向为“－”，在互感器中往返的电流大小相等，方向相反，正负相互抵销）。
由于一次线圈中没有剩余电流，所以不会感应二次线圈，漏电保护器的开关装置处于闭合状态运行。
当设备外壳发生漏电并有人触及时，则在故障点产生分流，此漏电电流经人体?
大地?
工作接地，返回变压器中性点（并未经电流互感器），致使互感器申流入、流出的电流出现了不平衡（电流矢量之和不为零），一次线圈申产生剩余电流。
因此，便会感应二次线圈，当这个电流值达到该漏电保护器限定的动作电流值时，自动开关脱扣，切断电源。
4.漏电保护器的主要技术参数有哪些？
主要动作性能参数有：
额定漏电动作电流、额定漏电动作时间、额定漏电不动作电流。
其他参数还有：
电源频率、额定电压、额定电流等。
①额定漏电动作电流在规定的条件下，使漏电保护器动作的电流值。
例如30mA的保护器，当通入电流值达到30mA时，保护器即动作断开电源。
②额定漏电动作时间是指从突然施加额定漏电动作电流起，到保护电路被切断为止的时间。
例如
升级会员 