2.電源工作接地

    電子設備供電系統(tǒng)的接地關系到操作人員的人身可靠和電子設備的可靠穩(wěn)定運行，電子設備的供電系統(tǒng)的接地通常包括工作接地和保護接地。工作接地是系統(tǒng)電源某一點的接地，這個點通常是電源（變壓器、發(fā)電機）的中性點，工作地的主要作用是使供電系統(tǒng)正常運行。而保護接地是供電系統(tǒng)負荷側金屬的電氣設備外殼和敷設用的金屬套管、線槽等電氣裝置外露不導電部分的接地。如果不做保護接地，故障電壓可達系統(tǒng)的相電壓；做了保護接地后故障電壓僅為PE線和接地電阻（RA）上的電壓降，大大的低于相電壓，接地電阻（RA）還為故障電流Id提供返回電源的通路，使保護電器及時切斷電源，從而起到防電擊和防電氣火災的保護作用。目前低壓供電系統(tǒng)設計選用較多的接地系統(tǒng)有TN、TT系統(tǒng)。

    2.1工作接地的目的　

    電力系統(tǒng)由于運行和可靠的需要,常將中性點(N線)接地,這種接地方式稱為工作接地。工作接地有下列目的:

    2.1.1降低觸電電壓；

    在中性點不接地的系統(tǒng)中,當一相接地而人體觸此及另外兩相之一時,觸電電壓為相電壓的1.732倍。而在中性點接地的系統(tǒng)中,觸電電壓就降低到等于或接近相電壓。

    2.1.2迅速切斷故障設備；

    在中性點不接地的系統(tǒng)中,當一相接地時,接地電流很小(因為導線和地面間存在電容和絕緣電阻,也可構成電流的通路)不足以使保護裝置動作而切斷電源,接地故障不易被發(fā)現(xiàn),將長時間持續(xù)下去,對人身不可靠。而中性點接地的系統(tǒng)中,一相接地后的接地電流較大(接近單相短路)保護裝置迅速動作,斷開故障點。

    2.1.3降低電氣設備對地的絕緣水平；

    在中性點不接地的系統(tǒng)中,一相接地時將使另外兩相的對地電壓升高到線電壓。而在中性點接地的系統(tǒng)中,則接近于相電壓,故可降低電氣設備和輸電線的絕緣水平,節(jié)省技資。為此本文分別對TN、TT系統(tǒng)作以分析。

    2.2TN系統(tǒng)
 

    TN系統(tǒng)的電源端中性點直接接地，用設備金屬外殼、保護零線與該中性點連接，這種方式簡稱保護接零或接零制。按中性線（工作零線）與保護線（保護零線）的組合情況TN系統(tǒng)又分以下三種形式：

    2.2.1.TN-C系統(tǒng)；

    在TN-C系統(tǒng)中，由于PNE線兼起PE線和N線的作用，節(jié)省了一根導線，但在PEN線上通過三相不平衡電流I，其上有電壓降IZPEN使電氣裝置外露導電部分對地帶電壓。三相不平衡負荷造成外殼帶電壓甚低。并不會在一般場所造**身事故，但它可能對地引起火花，不適宜醫(yī)院、計算機中心場所及爆炸危險場所。TN-C系統(tǒng)不適用于無電工管理的住宅樓，這種系統(tǒng)沒有專用的PE線，而是與中性線（N線）合為一根PEN線，住宅樓內(nèi)如果因維護管理不當使PEN線中斷，電源220V對地電壓將如圖1所示經(jīng)相線和設備內(nèi)繞組傳導至設備外殼，使外殼呈現(xiàn)220V對地電壓，電擊危險很大。另外PEN線不允許切斷（切斷后設備失去了接地線），不能作電氣隔離，電氣檢修時可能因PEN對地帶電壓而引起人身電擊事故。TN-C系統(tǒng)中，不能裝RCD（剩余電流動作保護器），因為當發(fā)生接地故障時，相線和PEN線的故障電流在電流互感器中的磁場互相抵消，RCD將檢測不出故障電流而不動作，因此在住宅樓內(nèi)不應采用TN-C系統(tǒng)。

    2.2.2.TN-S系統(tǒng)；

    在TN-S系統(tǒng)中，工作零線N和保護零線PE從電源端中性點開始完全分開，PE線平時不通過電流，只在發(fā)生接地故障時通過故障電流，故外露導電部分平時對地不帶電壓比較完全，但需要增加一根導線，由于設備設備外殼保護零線PE，正常工作時漏電開關無剩余電流，所以在相同短路保護靈敏度不夠時，可裝設漏電開關來保護單相接地。RCD對接地故障電流有很高的靈敏度，即使接觸220V時，也能在數(shù)十毫秒的時間內(nèi)切斷以毫安計的故障電流，使人免于電擊事故，但它只能對其保護范圍內(nèi)的接地故障起作用，不能防止從別處傳導來的故障電壓引起的電擊事故。

    2.2.3.TN—C—S；

    TN—C—S是TN—C和TN—S兩種系統(tǒng)的組合，如圖2所示；弟一部分是TN—C系統(tǒng)，弟二部分是TN—S系統(tǒng)，分界面在N線與PE線的連接點。該系統(tǒng)一般用在建筑物有區(qū)域變電所供電引來的場所，進戶線之前采用TN—C系統(tǒng)，進戶處作重復接地，進戶后變成TS—S系統(tǒng)，TN—C—S系統(tǒng)介于以上兩者之間。

    根據(jù)《低壓配電設計規(guī)范》有關條文，建筑電氣設計當選用TN系統(tǒng)時應作等電位聯(lián)結，消除自建筑外沿PEN線或PE線竄入的危險故障電壓，同時減少保護電器動作不可*帶來的危險及有利于消除外界電磁場引起的干擾，改善裝置的電磁兼容性能。

    2.3TT系統(tǒng)

    TT系統(tǒng)的電源端中性點直接接地，用電設備金屬外殼用保護地線接至與電源接地點無關的接地極。TT系統(tǒng)正常運行時，用電設備金屬外殼電位為零，當電氣設備一相碰殼時，則短路電流較TN系統(tǒng)小，通常不足以使相間短路保護裝置動作。當人體偶然觸及帶電部分時危險較大，當在干線首端及用電設備處裝有RCD時可保證可靠。當變壓器中性點和用電設備處接地電阻為4歐姆時，單相短路電流為Ld=220/（4+4）=27.5A（線路阻抗不計）。不論干線首端或用電設備處，當熔斷器溶絲電流較大或自動開關瞬時脫扣器整定電流較大時，均不能可*動作。所以TT系統(tǒng)內(nèi)往往不能采用熔斷器、低壓短路器作接地故障保護而需采用漏電保護器。TT系統(tǒng)還有一個特點是中性線N與保護地線PE無一點電氣聯(lián)接，即中性點接地與PE線接地是分開的，所以不存在外部危險故障電壓沿著PE進入建筑招致電擊事故發(fā)生。在TT系統(tǒng)內(nèi)每棟建筑物各有其專用的接地極和PE線，各棟建筑物的PE線互不導通，故障電壓不致自一建筑物傳導至另一建筑物。但TT系統(tǒng)以大地為故障電流返回電源的通路，故障電流小，必須采用對接地故障反應靈敏的漏電保護器來防人身電擊。這些系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，需按具體情況選用。如果建筑物由供電部門以低壓供電，應按供電部門的要求采用接地系統(tǒng)，以與地區(qū)的接地系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致。如果采用TN-C-S系統(tǒng)，應注意從建筑物電源進線配電箱開始即將PEN線分為PE線和中性線，使建筑物內(nèi)不再出現(xiàn)PEN線，這是因為PEN線因通過負荷電流而帶有電位，容易產(chǎn)生雜散電流和電位差的緣故。

    如果供電部門以10KV電壓給住宅樓供電，且10/0.4KV變電所即在建筑物內(nèi)，則這棟建筑物只能采用TN-S系統(tǒng)。因為采用TN-C-S系統(tǒng)將在建筑物內(nèi)出現(xiàn)PEN線；TT系統(tǒng)則要求設置分開的工作接地和保護接地，而在同一個建筑物內(nèi)是很難做到兩個分開的接地，維護工作也是困難的。無論采用哪種接地系統(tǒng)都必須按規(guī)范要求作前述的等電位聯(lián)結。
3.電子設備的系統(tǒng)工作接地

    電子設備的系統(tǒng)工作接地是為了使電子設備以及與之相連的儀器儀表均能可*運行并保證測量和控制精度而設的接地。它分為機器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，防爆系統(tǒng)中還有本安接地。

    3.1邏輯接地

    將電子設備的金屬板作為邏輯信號的參考點而進行的接地,稱為邏輯接地。它的作用是保證電路有一個統(tǒng)一的基準電位,不致于浮動而引起信號誤差。

    3.2信號接地

    各種電子電路，都有一個基準電位點，這個基準電位點就是信號地。它的作用是保證電路有一個統(tǒng)一的基準電位，不至于浮動而引起信號誤差。信號地的連接是:同一設備的信號輸入端地與信號輸出端地不能聯(lián)在一起,而應分開;前級(設備)的輸出地只有后級(設備)的輸入地相連。否則,信號可能通過地線形成在反饋，引起信號的浮動。這在設備的測試中，信號地的連接尤其要引起注意。

    3.3保護接地

    保護接地就是將設備正常運行時不帶電的金屬外殼(或構架)和接地裝置之間作良好的電氣連接。如果不作保護接地,當電氣設備其中-相的絕緣破損,產(chǎn)生漏電而使金屬外殼帶上相電壓時,人一接觸就會發(fā)生觸電事故。實行保護接地后,設備的金屬外殼和大地已有良好的連接。如果發(fā)生漏電,只要接地電阻符合規(guī)定的要求,接地就能成為保障人身可靠、防止電事故發(fā)生的有效措施。此外，保護接地還可以防止靜電的積聚。

    3.4防雷接地

    為把雷電流迅速導人大地,以防止雷害為目的的接地叫作防雷接地。

    3.5屏蔽接地

    為使設備或布線達到電磁適應性要求而采取的屏蔽措施的接地稱為屏蔽接地。對于弱電設備電磁兼容設計是非常重要的，為了避免所用設備的機能障礙，避免會出現(xiàn)的設備損壞，構成布線系統(tǒng)的設備應當能夠防止內(nèi)部自身傳導和外來干擾。因此對這些設備及其布線必須采取保護屏蔽措施，免受來自各種方面的干擾。

    3.6防靜電接地

    將帶靜電物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體(非絕緣體),通過導靜電體與大地構成電氣回路的接地叫防靜電接地。在潔凈、干燥的房間內(nèi),人的走步、移動設備,各自磨擦均會產(chǎn)生大量靜電。例如在相對濕度10%—20%的環(huán)境中人的走步可以積聚3.5萬V的靜電電壓。如果沒有良好的接地,不僅僅會產(chǎn)生對電子設備的干擾,甚至會將設備芯片擊壞。

    3.7本安接地

    是本安儀表或可靠柵的接地。這種接地除了抑制干擾外，還有使儀表和系統(tǒng)具有本質(zhì)可靠性質(zhì)的措施之一。本安接地會因為采用的設備的本實措施不同而不同。

    可靠柵的作用是保護危險現(xiàn)場端永遠處于可靠電源和可靠電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場端短路，則由于負載電阻和可靠柵電阻R的限流作用，會將導線上的電流限制在可靠范圍內(nèi)，使現(xiàn)場端不至于產(chǎn)生很高的溫度，引起燃燒。弟二種情況，如果計算機一端產(chǎn)生故障，則高壓電信號加入了信號回路，則由于齊納二級的嵌位作用，也使電壓位于可靠范圍。

    值得提醒的是，由于齊納可靠柵的引入，使得信號回路上的電阻增大了許多，因此，在設計輸出回路的負載能力時，除了要考慮真正的負載要求以外，還要充分考慮可靠柵的電阻，留有余地。

    4.接地原則與技術要求

    在一個系統(tǒng)中安裝有大量的電子設備,這些設備分屬于不同的專系統(tǒng),由于這些設備工作頻率、抗干擾能力和功能等都不相同,對接地的要求也不同。在實際工程設計和施工中,電子設備的信號接地、邏輯接地、防靜電接地、屏蔽接地和保護接地,一般合用一個接地極,其接地電阻不大于4Ω；當電子設備的接地與工頻交流接地、防雷接地合用一個接地極時，其接地電阻不大于1Ω。屏蔽接地如單獨設置,則接地電阻一般為300Ω。對抗干擾能力差的設備,其接地應與防雷接地分開,兩者相互距離宜在20m以內(nèi),對抗干擾能力較強的電子設備，兩者的距離可酌情減少,但不宜低于5m。當電子設備接地和防雷接地采用共同接地裝置時,兩者避免雷擊時遭受反擊和保證設備可靠，應采用埋地鎧裝電纜供電。電纜屏蔽層必須接地,為避免產(chǎn)生干擾電流,對信號電纜和1MHz及以下低頻電纜應一點接地;對1MHz以上電纜,為保證屏蔽層為地電位,應采用多點接地。閉路電視和工業(yè)電視都必須采用一點接地。

    上面介紹了的幾種接地各設備制造商有各自的具體技術要求，雖然大都強調(diào)一點接地，接地電阻必須小于1歐姆等，但具體內(nèi)容上差別很大。結合工控系統(tǒng)對接地的技術要求闡述其接地原則和接地方法。

    4.1供電系統(tǒng)地

    在很多企業(yè)，特別是電廠、冶煉廠等，其廠區(qū)內(nèi)有一個很大的地線網(wǎng)，而通常供電系統(tǒng)的地是與地線網(wǎng)連在一起的。有的廠家強調(diào)計算機系統(tǒng)的所有接地必須和供電系統(tǒng)地以及其它（如避雷地）嚴格分開，而且之間至少應保持15m以上的距離。為了徹底防止供電系統(tǒng)地的影響，建議供電線線路用隔離變壓器隔開。從抑制干擾的角度來看，將電力系統(tǒng)地和計算機系統(tǒng)的所有地分開是很有好處的，因為一般電力系統(tǒng)的地線是不太干凈的。但從工程角度來看，在有些場合下單設計算機系統(tǒng)地并保證其與供電系統(tǒng)地隔開一定距離是很困難的，這時可以考慮能否將計算機系統(tǒng)的地和供電地共用一個，這要考慮幾個因素：

    4.1.1供電系統(tǒng)地上是否干擾很大，如大電流設備啟停是否頻繁，對地產(chǎn)生的干擾是否大；4.1.2供電系統(tǒng)地的接地電阻是否足夠小，而且整個地網(wǎng)各個部分的電位差是否很小，即地網(wǎng)的各部分之間是否阻值很小;

    4.1.3微電子裝置的抗干擾能力以及所用到的傳輸信號的抗干擾能力，例如有無小信號(電偶，熱電阻)的直接傳輸?shù)取?/span>

    4.2微電子裝置工作地

    所有計算機接線涉及到的接地采用一點接地方式，在這一點上，也有很多爭議。有的廠家系統(tǒng)提出幾個地：邏輯地、屏蔽地（又叫模擬地）、信號地、保護地分別自己接地在地上打接地裝置，而大部分系統(tǒng)則指出各種地在機柜內(nèi)部自己分別接地，匯于一點，然后用較粗的導體（銅）將各匯地點朕這里有幾點需要注意：

    控制系統(tǒng)本身是由多臺設備組成的，除了控制站以外，還包括很多外設，而且數(shù)量也不止一臺，這就涉及到了多臺設備，多種接地的問題。

    4.2.1保護接地：所有的弱電設備均有一個保護地，該保護一般在機柜和其它設備設計加工時就已在內(nèi)部接好，有的系統(tǒng)中已將該保護地在內(nèi)部同電源進線的保護地（三芯插頭的中間頭）連在一起，有的不允許將保護地同該線相連，用戶一定要仔細閱讀廠家提供的接地安裝說明書，不管哪種方式，機柜地必須將一臺設備（控制站、操作員站等）上所有的外設或系統(tǒng)的機柜地連在一起，然后用較粗的絕緣銅導線將各站的機柜地連在一起，濟后從一點上與大地接地系統(tǒng)相連。還有一點值得提醒的是，一個系統(tǒng)的所有外設必須從一條供電線上供電，而且一臺設備（如操作員站位所連接的所有外設和主機系統(tǒng)（CRT、打印機、拷貝機主機系統(tǒng)）的電源必須從設備的供電分配器上取電，而不允許從其它地方取電，否則可能會燒壞接口甚至設備，對于不得不用長線連接的場合，應用較粗導線提供為其供電，或采取通信隔離措施。各站的機柜地在連接時可以采用幅射連接法，也可以采用串行接法。

    4.2.2電源邏輯地（P）;首先，各站內(nèi)的邏輯地必須位于一點PG，然后，粗絕緣導線以輻射狀接到一點上，然后接到大地接地線上。在有些系統(tǒng)中，所有的輸入，輸出均是隔離的，這樣其內(nèi)部邏輯地就是一個獨立的單元，與其它部分沒有電器連接，這種系統(tǒng)中往往不需要PG接地，而是保持內(nèi)部浮空。所以，用戶在設計和施工接地系統(tǒng)時，一定要仔細閱讀產(chǎn)品的技術要求和接地要求。

    4.2.3模擬地（AG）；是所有的接地中要求濟高的一種。幾乎所有的系統(tǒng)都提出AG一點接地，而且接地電阻小于1歐。微電子裝置設計和制造中，在機柜內(nèi)部都安置了AG匯流排或其它設施。用戶在接線時將屏蔽線分別接到AG匯流排上，在機柜底部，用絕緣的銅辮連到一點，然后將各機柜的匯流點再用絕緣的銅辮或銅條以輻射狀連到接地點。

    4.2.4信號地；原則上不允許各變送器和其它的傳感器在現(xiàn)場端接地，而都應將其負端在計算機端子處一點接地。但在有些場合，現(xiàn)場端必須接地，這時，必須注意原信號的輸入端子（上雙端）**不許和計算機的接地線有任何電氣連接，而計算機在處理這類信號時，必須在前端采用有效的隔離措施。

    4.2.5可靠柵的接地：可靠柵線路有三個接地點：B，E，D，通常B和E兩點都在計算機這一側。可以連在一起，形成一點接地。而D點是變送器外殼在現(xiàn)場的接地，若現(xiàn)場和控制室兩接地點間有電位差存在，那么，D點和E點的電位就不同了。假設我們以E作為參考點，假定是D點出現(xiàn)10V的電勢，此時，A點和E點的電位仍為24V，那么A和D間就可能有34V的電位差了，己超過可靠極限電位差，但齊納管不會被擊穿，因為A和E間的電位差沒變，因而起不到保護作用。這時如果不小心現(xiàn)場的信號線碰到外殼上，就可能引起火花，可能會點燃周圍的可燃性氣體，這樣的系統(tǒng)也就不具備本安性能了。所以，在涉及到可靠柵的接地系統(tǒng)設計與實施時，一定要保證D點和B（E）點的電位近似相等。在具體實踐中可以用以下方法解決此問題：用一根較粗的導線將D點與B點連接起來，來保證D點與B點的電位比較接近。另一種就是利用統(tǒng)一的接地網(wǎng)，將它們分別接到接地網(wǎng)上，這樣，如果接地網(wǎng)的本身電阻很少，再采用較好的連接方法，也能保證D點和B點的電位近似相等。但注意，此接地一定不要與上面幾種接地發(fā)生沖突。

    以上討論了幾種接地的方法和注意事項。在不同的系統(tǒng)中，對這幾種接地的要求不同，但大多數(shù)系統(tǒng)對AG的接地電阻一般要求1歐姆以下，而可靠柵的接地電阻應＜4歐姆，濟好<1歐姆，PG和CG的接地電阻應小于4歐姆。起來，接到一個公共的接地體上。