電氣系統的接地

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  電氣系統的接地
在實際電氣控制系統中,接地是抑制干擾使系統可靠工作的主要方法。在設計和施工安裝中如能把接地和屏蔽正確地結合起來使用,可以抑制來自工業現場的大部分干擾,也有利於提高控制系統運行的可靠性。



1         正確的接地方法

接地設計有兩個基本目的：消除各電路電流流經公共地線阻抗時所產生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響,使其不形成地環路。如果接地方式不好就會形成環路,造成噪聲耦合。正確接地是重要而又複雜的問題,理想的情況是一個系統的所有接地點與大地之間阻抗為零,但這是不可能做到的。實際接地中總存在著連接阻抗和分散電容,所以如果地線不佳或接地點不當,都會影響接地質量。為保證接地質量,一般接地過程中要求如下。

1)      接地電阻在要求的範圍內。對於由PLC組成的控制系統一般應小於4Ω。

2)      接地系統要保證有足夠的機械強度。

3)      接地系統要經防腐處理,能耐腐蝕。

4)      在整個工廠中,控制系統要單獨設計接地。在上述要求中,後3條只要按規定設計、施工就可滿足要求。關鍵是第1條的接地電阻。降低電阻的主要方法是增加接地棒數量並同時設法降低地面的固有電阻ρ。在埋設接地棒的施工中,如果將土、水和鹽按1︰0.2︰(0.2～0.1)的比例混合埋在接地棒周圍,則可降低接地電阻約1/10。另外,盡量減少接地導線長度以降低接地線的阻抗。



2         各種不同接地的處理

除了正確進行接地設計、安裝,還要正確進行各種不同信號的接地處理。控制系統中,大致有以下幾種地線。

1)      數字地：也叫邏輯地,是各種開關量(數字量)信號的零電位。

2)      模擬地：是各種模擬量信號的零電位。

3)      信號地:通常為傳感器的地。

4)      交流地：交流供電電源的地線,這種地通常是產生噪聲的地。

5)      直流地：直流供電電源的地。

6)      屏蔽地：也叫機殼地,為防止靜電感應和磁場感應而設。

以上這些地線處理是系統設計、安裝、調試中的一個重要問題。下面就接地問題提出一些看法。

1）         控制系統宜採用一點接地。一般情況下,高頻電路應就近多點接地,低頻電路應一點接地。在低頻電路中,布線和元件間的電感並不是什麼大問題,然而接地形成的環路的干擾影響很大,因此,常以一點作為接地點;但一點接地不適用於高頻,因為高頻時,地線上具有電感因而增加了地線阻抗,同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說,頻率在1MHz以下,可用一點接地;高於10MHz時,採用多點接地;在1～10MHz之間可用一點接地,也可用多點接地。

2）         交流地與信號地不能共用。由於在一段電源地線的兩點間會有數mV甚至幾V電壓,對低電平信號電路來說,這是一個非常重要的干擾,因此必須加以隔離和防止。

3）         浮地與接地的比較。全機浮空即系統各個部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個系統與大地絕緣電阻不能小於50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力,但一旦絕緣下降就會帶來干擾。還有一種方法,就是將機殼接地,其餘部分浮空。這種方法抗干擾能力強,安全可靠,但實現起來比較複雜。

4）         模擬地。模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力,對於模擬信號可採用屏蔽浮技術。對於具體模擬量信號的接地處理要嚴格按照操作手冊上的要求設計。

5）         屏蔽地。在控制系統中為了減少信號中電容耦合噪聲、準確檢測和控制,對信號採用屏蔽措施是十分必要的。根據屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分佈電容問題,一般接大地;電磁場屏蔽主要避免雷達、電台等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導流而製成,可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應,其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合,一般接大地為好。當信號電路是一點接地時,低頻電纜的屏蔽層也應一點接地。如果電纜的屏蔽層地點有一個以上時,將產生噪聲電流,形成噪聲干擾源。當一個電路有一個不接地的信號源與系統中接地的放大器相連時,輸入端的屏蔽應接至放大器的公共端;相反,當接地的信號源與系統中不接地的放大器相連時,放大器的輸入端也應接到信號源的公共端。



對於電氣系統的接地,要按接地的要求和目的分類,不能將不同類接地簡單地、任意地連接在一起,而是要分成若干獨立的接地子系統,每個子系統都有其共同的接地點或接地幹線,最後才連接在一起,實行總接地。