自動化系統接地的概念、作用和分類!大多數的干擾源於接地不好!

自動化系統接地的概念、作用和分類!大多數的干擾源於接地不好!

眾所周知,“接地”對自動化系統來講,是一個非常重要的概念。一個乾淨的“地”,將為自動化系統的正常工作提供有力的保障,而正確的接地方式,也是保障系統正常工作的必要條件。不同的自動化設備,都應該提供可以接地的“接地端”,並且應該提供正確的接地方式。這裡將為廣大使用產品的用戶在設備接地方面提供一些具體信息和參考。

接地相關的概念

1、地

地指的是一個零電位、零阻抗的實體。任何電流再其中流過時,均不會產生壓降。當然這是理想狀態,也是不存在的,因此實際上往往把大地當初系統的“地”。但嚴格意義上講,“地”應該指的是“參考地”,即系統(設備)中一個公共參考電位點。

2、參考地

理想的參考地可以為系統(設備)中的任何信號提供公共的參考電位,並且各個接地點之間不存在電勢差。理想的參考地並不存在,實際應用中可以將一塊金屬板(例如櫃內的安裝背板、接地銅排甚至是櫃體的金屬框架等)當做參考地。

3、地電位

以大地可以認為是一個電阻非常低、電容量非常大的物件,擁有吸收無限電荷的能力,而且在吸收大量電荷後仍能保持電位不變,常被作為電氣系統中的參考地來使用。

實際應用中,與大地緊密接觸並形成電氣接觸的一個或一組導電體稱為接地極,通常採用圓鋼或角鋼,也可採用銅棒或銅板。當流入地中的電流通過接地極向大地作半球形散開時,在距單根接地極或碰地處20米以外的地方,實際已經沒有什麼電阻存在,該處的點位已趨近於零。因此通常可以認為地電位為零。

4、接地

將系統或裝置的某一部分經接地線連接到接地極稱為接地。

連接到接地極的導線稱為接地線。接地極與接地線合稱為接地裝置。若干接地體在大地中互相連接則組成接地網。接地線又可分為接地幹線和接地支線。按規定,接地幹線應採用不少於兩根導體在不同地點與接地網連接。電力系統中接地的點一般是中性點。

裝置的接地部分為外露導電部分,它是裝置中能被觸及的導電部分,裝置的接地部分正常時不帶電,故障情況下可能帶電。

接地的作用

接地的作用主要是:防止人身遭受電擊;防止設備和線路遭受損壞;預防火災;防止雷擊;防止靜電損害和保障系統正常運行。

接地的種類

接地是為保證電氣設備正常工作和人身安全而採取的一種安全措施,是通過金屬導線與接地裝置連接,而接地裝置將電氣設備和其他生產設備上可能產生的漏電流、靜電荷以及雷電電流等引入地下,從而避免人身觸電和可能發生的火災、爆炸等事故來實現的。不同的接地系統所起到的作

用也是不一樣的。

在自動化現場,我們把接地分為保護接地、工作接地、屏蔽接地以及防雷接地等。

①保護接地

將電氣設備的金屬外殼(正常情況下不帶電)用導線與接地體連接起來的一種保護接線方式,防止在設備絕緣損壞或意外情況下金屬外殼帶電時可能引起的強電流通過人體,用以保證人身安全。一般要求保護接地電阻值應小於4Ω。

②工作接地

為了加以區別,這裡將工作地分為交流工作地和直流工作地。一般要求工作接地電阻值應小於4Ω。

交流工作接地主要是指變壓器中性點或中性線(N線)接地。一般情況下,交流工作地(N)不與其他接地相連接;直流工作地指的是為了保證系統正常工作,對於直流電源以及設備提供的一個穩定的基準電位。

③屏蔽接地

為了防止外部電磁場干擾,在屏蔽體與地或干擾源的金屬殼體之間所做的電氣連接稱為屏蔽接地。一般要求屏蔽接地電阻值應小於4歐姆。

④防雷接地

顧名思義,主要是防止雷擊而造成損害。工廠防雷一般為了整體結構防雷,就是主廠房防雷,主要基礎安裝接地極、接地帶,形成一個接地網,接地電阻小於10歐姆,再與主廠房的鋼筋或鋼結構的主體連接。水泥混凝土屋頂接避雷帶或避雷針,牆外地面還得留有接地測試點,鋼構應用鍍鋅扁鐵作直接引到屋頂。一般要求屏蔽接地電阻應小於10Ω。

1.2 接地原理

1.2.1 低壓系統的接地型式

低壓系統接地型式可以分為TN、TT、IT等3種。

其中第 1 個字母(T或I)指電源系統對地的關係,表示如下:

T——某點對地直接連接;I——所有的帶電部分與地隔離或某點通過高阻抗接地。

第 2 個字母(N或T)指裝置的外露可導電部分對地的關係,表示如下:

T——外露可導電部分與地直接做電氣連接,它與系統電源的任何一點的接地無任何連接;

N——外露可導電部分與電源系統的接地點直接做電氣連接(在交流系統中,電源系統的接

地點通常是中性點,或者如果沒有可連接的中性點,則與一個相導體連接)。

而後續的字母(S或C等)則表示N 與 PE 的配置,表示如下:

S——將與 N 或被接地的導體(在交流系統中是被接地的相導體)分離的導體作為 PE;

C— —N 和 PE 功能合併在一根導體中(PEN)。

1. TN 系統

可分為單電源系統和多電源系統,應分別符合下列要求:

(1) 單電源系統

TN 電源系統在電源處應有一點直接接地,裝置的外露可導電部分應經 PE接到接地點。TN 系統可按 N 和 PE 的配置,可分為下列類型:

1) TNS 系統,整個系統應全部採用單獨的 PE,裝置的 PE 也可另外增設接地,如圖 1-1~圖1-3所示。

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圖1-1 全系統將N與PE分開的TN-S系統

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圖1-2全系統將被接地的相導體與 PE 分開的 TNS 系統

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圖1-3 全系統採用接地的 PE 和未配出 N 的 TNS 系統

2) TNCS 系統,系統中的一部分,N 的功能和 PE 的功能,應合併在一根導體中(圖 1-4~圖1-6)。圖1-4 中裝置的 PEN 或 PE 導體可另外增設接地。圖 1-5 中對配電系統的 PEN 和裝置的 PE 導體也可另外增設接地。

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圖1-4 在裝置非受電點的某處將 PEN 分離成 PE 和 N 的 3 相 4 線制的 TNCS 系

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圖1-5 在裝置的受電點將 PEN 分離成 PE 和 N 的 3 相 4 線制的 TNCS 系統

其中,受電點指的是客戶受電裝置所處的位置。為接受供電網供給的電力,並能對電力進行有效變換、分配和控制的電氣設備,如高壓客戶的一次變電站或變壓器臺,開關站,低壓客戶的配電室、配電屏等,都可稱為用電戶的受電裝置。

另外,需要注意的是,PE和N一旦分開,就不能再重新合併。

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圖1-6 在裝置的受電點將 PEN 分離成 PE 和 N 的單相 2 線制的 TNCS 系統

3) TNC 系統,在全系統中,N 的功能和 PE 的功能,應合併在一根導體中(圖 1-7)。裝置的 PEN 也可另外增設接地。

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圖1-7 全系統採用將 N 的功能和 PE 的功能合併於一根導體的 TNC 系統

(2) 而對於具有多電源的 TN 系統,應避免工作電流流過不期望的路徑。

對於具有多電源的 TN 系統(圖 1-8)和對用電設備採用單獨的 PE 和 N 的多電源 TNCS 系統(圖 1-9),應符合下列要求:

  • 不應在變壓器的中性點或發電機的星形點直接對地連接;
  • 變壓器的中性點或發電機的星形點之間相互連接的導體應絕緣,且不得將其與用電設備連接;
  • 電源中性點間相互連接的導體與 PE 之間,應只一點連接,並應設置在總配電屏內;
  • 對裝置的 PE 可另外增設接地;
  • PE 的標誌,應符合現行國家標準《人機界面標誌標識的基本和安全規則 導體的顏色或數字標識》
  • 系統的任何擴展,應確保防護措施的正常功能不受影響。
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圖1-8 對用電設備採用單獨的 PE 和 N 的多電源 TNCS 系統

對用電設備採用單獨的 PE 和 N 的多電源 TNCS 系統,僅有 2 相負荷和 3 相負荷的情況下(圖 1-9),在相導體之間,無需配出 N,PE 宜多處接地。

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圖1-9 給 2 相或 3 相負荷供電的全系統內只有 PE 沒有 N 的多電源 TN 系統

2. TT 系統

應只有一點直接接地,裝置的外露可導電部分應接到在電氣上獨立於電源系統接地的接地極上(圖 1-10和圖 1-11)。對裝置的 PE 可另外增設接地。

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圖1-10 全部裝置都採用分開的中性導體和保護導體的 TT 系統

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圖1-11全部裝置都具有接地的保護導體,但不配出中性導體的 TT 系統

TT系統圖與TN系統的圖的差別,在於設備所連接的PE與電源側提供的PE是分開的。

3. IT 電源系統

所有帶電部分應與地隔離,或某一點通過阻抗接地。電氣裝置的外露可導電部分,應被單獨地或集中地接地,也可按國家標準《建築物電氣裝置 第 4-41 部分:安全防護-電擊防護》GB 16895.212004 的第 413.1.5 條的規定,接到系統的接地上(圖 1-12 和圖 1-13)。對裝置的PE 可另外增設接地,並應符合下列要求:

  • 該系統可經足夠高的阻抗接地;
  • 可配出 N,也可不配出 N。
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圖1-12將所有的外露可導電部分採用 PE 相連後集中接地的 IT 系統

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圖1-13將外露可導電部分分組接地或獨立接地的 IT 系統


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