配电系统的接地.doc

配电系统的接地与漏电保护器的配置技术电能是一种即发即用、便于传输、使用的清洁能源。我国电力工业发展速度年全国发电量为发电装机容量达到，居世界第二位。电气化水平也得到了极大提高。电能已经成为我国各方面建设及人们生活中不可缺少的能源。电能的使用已遍及各行各业。如：电能用于金属熔炼、焊接、切割及金属热处理，用于电解、电镀及电化加工，电能还用于运输工业、医疗及农业灌溉等。现在，电能正愈来愈多地用来改善居住环境等。 接地方式长期以来，电力安全运行及正确使用电能一直是人们关心的问题，而配电系统的正确接地及有效保护技术又是安全利用电能的重要方面。电力系统中，有两种接地方式，即中性点直接接地（亦称大电流接地系统），另一种是中性点不接地（或经消弧线圈接地，亦称小电流接地系统）。在及以上的高压或超高压电力系统中，一般采用中性点直接接地，这是为了降低高压电器设备的绝缘水平，也可以防止在发生接地故障后产生的过电压，可免除单相接地后的不对称性。这种接地方式下，接地故障所产生的零序电流足够使继电保护灵敏动作，所以保护可靠。中压配电系统一般中性点不接地，所以，一旦发生单相接地故障，系统还能在不对称方式下运行二个小时。但是地下电力电缆大量使用及城市用电负荷急增，不少地方已开始采用中性点接地方式。对的低压配电系统，除某些特殊情况外，绝大部分是中性点接地系统，其目的是为了防止绝缘损坏后运行人员遭受触电的危险。这里举一例说明（见图），低压三相四线制变压器二次侧中性点经接地，电气设备外壳不接地。当外壳带电时，有人触及外壳，此时流过人体的电流为：式中：相电压（）人体电阻（）接地装置电阻（）由于，则，结果远大于安全允许值。 漏电保护器国家标准家用或类似用途带过电流保护的剩余电流动作断路器的一般要求等标准规定，漏电保护器可分：（）漏电动作开关（仅有漏电保护的保护器）；（）漏电动作断路器（带过载、短路和漏电三种功能保护器）；（）漏电继电器（仅有漏电报警功能的保护器）。 保护器的工作原理漏电保护是一种电流动作型漏电保护，它适用于电源变压器中性点接地系统（和系统），也适用于对地电容较大的某些中性点不接地的系统（对相相触电不适用）。漏电保护器工作原理见图。三相线，和中性线穿过零序电流互感器，零序电流互感器的副边线圈接中间环节及脱扣器。在正常情况下（无触电或漏电故障发生），由克氏电流定律知道：三相线和中性线的电流向量和等于零，即：因此，各相线电流在零序电流互感器铁芯中所产生磁通向量之和也为零，即：当有人触电或出现漏电故障时，即出现漏电电流，这时通过零序电流互感器的一次电流向量和不再为零，即：零序电流互感器中磁通发生变化，在其副边产生感应电动势，此信号进入中间环节，如果达到整定值，使励磁线圈通电，驱动主开关，立即切断供电电源，达到触电保护。 漏电保护器性能参数说明2.2.1 额定漏电动作电流（In）它是指在规定条件下，漏电保护器必须可靠动作的漏电动作电流值。国家标准（）规定为、计个等级，在（）以下为高灵敏度，为中灵敏度，以上为低灵敏度。2.2.2 额定漏电不动作电流（In0）这是为防止漏电保护器误动作的必需技术参数，即在电网正常运行时允许的三相不平衡漏电流。国家标准规定In0不得低于In的1/2。2.2.3 漏电动作分断时间动作时间是从突然施加漏电动作电流开始到被保护主电路完全被切断为止。为达到人身触电时的安全保护作用和适应分级保护的需要，漏电保护器分快速型、延时型及反时限型三种。2.2.4 灵敏度一般漏电信号电流不可能很大，又要保证人身安全，我国规定的信号电流可直接接触保护，国外可小到。漏电互感器的灵敏度由下式表示：式中：副边绕组中感应电动势模；一次漏电流的模。反应了漏电互感器对漏电流的反应能力。根据电磁感应原理计算得到：采取加大铁芯截面积，增加匝数，可以增加励磁阻抗，及增加负载阻抗，则可以得到高的灵敏度。 低压配电系统的接地 三种接地系统在我国的民用电气设计规范（）标准中将低压配电系统分为三种，即、三种形式。其中，第一个大写字母表示电源变压器中性点直接接地；则表示电源变压器中性点不接地（或通过高阻抗接地。第二个大写字母表示电气设备的外壳直接接地，但和电网的接地系统没有联系；表示电气设备的外壳与系统的接地中性线相连。系统：电源变压器中性点接地，设备外露部分与中性线相连。系统：电源变压器中性点接地，电气设备外壳没有专用保护接地线（）。系统：电源变压器中性点不接地（或通过高阻抗接地），而电气设备外壳没有专用保护接地线（）。 系统电力系统的电源变压器的中性点接地，根据电气设备外露导电部分与系统连接的不同方式又可分三类：即系统、系统、系统。下面分别进行介绍。3.2.1 TNC系统（见图3）其特点是：电源变压器中性点接地，保护零线（）与工作零线（）共用。（）它是利用中性点接地系统的中性线（零线）作为故障电流的回流导线，当电气设备相线碰壳，故障电流经零线回到中点，由于短路电流大，因此可采用过电流保护器切断电源。系统一般采用零序电流保护；（）系统适用于三相负荷基本平衡场合，如果三相负荷不平衡，则线中有不平衡电流，再加一些负荷设备引起的谐波电流也会注入，从而中性线带电，且极有可能高于，它不但使设备机壳带电，对人身造成不安全，而且还无法取得稳定的基准电位；（）系统应将线重复接地，其作用是当接零的设备发生相与外壳接触时，可以有效地降低零线对地电压。3.2.2 TNS系统（见图4）整个系统的中性线（）与保护线（）是分开的。（）当电气设备相线碰壳，直接短路，可采用过电流保护器切断电源，如果线路较长，可在线路首端装设，靠它切断故障电流；（）当线断开，如三相负荷不平衡，中性点电位升高，但外壳无电位，线也无电位；（）系统不必重复接地，因为重复接地后对线断后保护设备作用不明显；（）系统适用于工业企业、大型民用建筑。3.2.3 TNCS系统（见图5）它由两个接地系统组成，第一部分是系统，第二部分是系统，其分界面在线与线的连接点。（）当电气设备发生单相碰壳，同系统；（）当线断开，故障同系统；（）系统中应重复接地，而线不宜重复接地。线连接的设备外壳在正常运行时始终不会带电，所以系统提高了操作人员及设备的安全性。 供电系统（见图）如图，电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分用线接到接地极（此接地极与中性点接地没有电气联系）。（）当电气设备发生相碰壳接地，环路阻抗式中：相线阻抗；线阻抗；相线与外壳间接触电阻；用电设备接地电阻；电源中性点接地电阻。由于、很小，可忽略，接地电流：按标准规定，及相电压；为低压断路器瞬时或延时过电流脱扣整定值（）；单相短路电流（）。（）如果，则：；接地电阻 的要求极其苛刻，较难实现，因此一般要求取值范围为。如果，则。由型熔断器特性曲线与自动开关保护特性曲线得到的保护装置允许最大整定值列于下表。由表可知时，熔断器熔体的额定电流或，而低压断路器瞬时动作整定值才能保证在规定时间内切断故障回路。在工程上，这么小的整定值是没有实际意义的，另外，容量较大的分支负荷或支路负荷也无法采用熔断器或自动开关作这种接地系统的保护电器，因此要采用保护电器。（）系统在国外被广泛应用，在国内仅限于局部对接地要求高的电子设备场合，如果在负荷端和首端装设而干线末端装有断零保护，则可适用于农村居住区、工业企业及分散的民用建筑等场所。 系统电力系统的带电部分与大地间无直接连接（或经电阻接地），而受电设备的外露导电部分则通过保护线直接接地（如图）。图（）配电中性点与地绝缘；图（）配电中性点经电阻（阻抗）接地；图（）配电中性点经阻抗接地而设备外露导电部分接到电源的接地体上。下面分析发生单相短路故障时的情况这里只论述图（）。在发生第一次接地故障时。（）式中：配电系统中性点的阻抗用电设备的接地电阻，一般配电设备中性点的接地电阻，一般电源相电压，相线电阻相线与外壳之间接触电阻、数值很小，略去不计。按标准，的阻抗推荐倍于相线电压数值，（）（）设备外露部分的电压：，这个电压不会造成触电伤害，因此第一次出现这种情况，不用切断电源，而是发一个声光告警。在发生第二次接地故障时（图），设备的相接地，设备的相接地时，必须满足及，式中、分别为，保护器的动作电流。在一般情况下，则；如果采用熔断器或空气断路器作保护时，系统只能提供小容量负荷。如果采用，则系统可以提供较大负荷量。漏电保护器的配置转贴于 中国论文下载中心 http:/ww 漏电保护器的配置技术一般仅有一级保护，额定动作电流。式中：安全触电电压，特别潮湿场所为，潮湿场所取，而干燥场所取；为设备外露导电部分接地电阻。如果有二级保护，图表示了两级保护的动作时间和动作电流的配合关系。其第一级的目的是为了防止人身间接接触触电，被保护电网面积大负载电流大，通常变压器总出线电流，动作电流取，而动作时间为以上；其第二级的目的是防止直接接触触电事故，被保护电网覆盖小，动作电流选，动作时间。如果多级漏电保护时，多级漏电保护 ，式中，是上一级，为下一级额定动作电流，为上一级可返回的时间；为下一级分、合断时间。如果要采取三级保护，则（）末线路端用电设备；（）分支路选择，取 ；（）干线选择 。 安装漏电保护器的注意事项（）漏电保护器能否正常工作，它与接地方式及安装方式有很大关系。这里仅举一例说明。由于两个漏电保护器出线后的线路混用（见图），而造成两个漏电保护器不能同时供电。图中，由于临时将照明灯泡跨接在两个漏电保护器出线后的相线与中性线之间，它是跨接在中的相线与的中性线之间，当灯泡亮后，其相线电流流经和回到中线，很明显使出现不平衡电流，中也出现差流，从而和一起动作，切断了电源，因此造成两个回路都无法正常工作。（）安装漏电保护器时，一定要注意线路中中性线的正确接法，即工作中性线一定要穿过漏电电流互感器，而保护中性线决不能穿过漏电电流互感器，如图（）（即系统）。 结论（）不同的接地方式应选用不同的接地保护器。系统中，是接地故障的适合保护器；而在系统，就不宜采用；在，系统，均可采用作保护器。（）为了达到保护人身安全，又不要扩大停电范围，要正确选择的分级保护。（）安装保护，要防止接地方式混乱，及接地、接零混用。还要正确使用，使用不当也会造成停电或事故w.studa. 浅谈“接地”在N35G的后级板布线里，很容易就能看到，前级电源和分频器共用了一条地线，还有后级功放的反馈落地电阻也是在同一条地线上的，大小信号地线没有独立走线，这样底噪的影响相当大，所以地线走线必须改！接地的原则是大小信号独立走线，然后在一点接地，可能很多人会问，那跟一条地线的走线方式有什么不一样吗，最后还不是接在一起了？我当初也是这样一个想法，下面根据N35G的情况来详细说说，如图是N35G改后的电子分频器电路图：大家看到的接地符号用两种不同的符号画出来，我们来分析一下运放退耦电容的充、放电过程，“耦电容并不是全程充电的，而是仅仅在电压峰值时补充电流，充电波形是一个窄脉冲、瞬间电流较大。因为整流电路将正弦波的正、负两个半周变成了两个正半周波形，因此电容充电实际是每秒100次（市电频率50HZ）。”也就是说，在100HZ脉动波形接近最高点时，退耦电容会补充电流。因为退耦电容的地线电阻不可能为零，充电电流在地线上，必然造成一定的电压降，如图：假设这个时候地线混排，ri为退耦电容地线的电阻，那么，在靠近小信号接地端电位就不为零，这时，在地端干扰产生的小信号就会输入到放大器中，“假设退耦电容瞬间最大充电电流是20号毫安，地线电阻为75毫欧，则在R*左侧电压为1.5毫伏，可不要小看这一个多毫伏的电压，经过与小信号地映射放大器输入端，再经放大器放大后，电压可就要高的多了。”这样子一来就会变成可闻的噪声，如果后级放大的倍数够高的话，那噪音就会大的惊人，所以正确的布线是应该是如下图所示：前级的地线走线也是如此的，所以在重做电子分频电路和前级的时候必须要注意地线的走线，如果原来的前级在的就不需要重做了，只需要将前级的地线走线检查一下，如果有问题的就改正，严格按照大小电流信号独立走线，在一点接地的原则，对于N35G后级的地线走线，也需要根据这个原则进行改正，由于PCB板图不好拍，所以就大致地说一下改法，首先找到前级电源旁边有个插座的，把插座的地线一分为二，上面一条，中间一条，然后再把PCB板中间最宽的那条地线稍做修改，把有大电流接地的点转接到上面的那条地线上，或者独立拉一条地线比如退耦地线，功放输出的地线，最后都在电源主滤波电容上一点接地。每个小信号最好是都独立走线，一定要和大信号的地线分开，这样改了后可以有效降低底噪。接地和接零董振邦把电气设备的金属外壳及与外壳相连的金属构架用接地装置与大地可靠地连接起来，以保证人身安全的保护方式，叫保护接地，简称接地。把电气设备的金属外壳及与外壳相连的金属构架与中性点接地的电力系统的零线连接起来，以保护人身安全的保护方式，叫保护接零（也叫保护接中线），简称接零。保护接地一般用在1000伏以下的中性点不接地的电网与1000伏以上的电网中。保护接零一般用在1000伏以下的中性点接地的三相四线制电网中，目前供照明用的380220伏中性点接地的三相四线制电网中广泛采用保护接零措施。在中性点不接地的系统中，假设电动机的A相绕组因绝缘损坏而碰金属外壳，外壳带电（参看图55），在没有保护接地的情况下，当人体接触外壳时，电流经过人体和另外两根火线的对地绝缘电阻Re、RC（如果导线很长，还要考虑导线与大地间的电容）而形成回路。如果另外两根火线对地绝缘不好，流过人体的电流会超过安全限度而发生危险。在有保护接地的情况下，当人体接触带电的外壳时，电流在A相碰壳处分为两路，一路经接地装置的电阻Rd，一路经人体电阻Rr，这两路汇合后再经另外两根火线的对地绝缘电阻Re和RC构成回路。由于ReRr，所以通过人体的电流很小，这就避免了触电危险。根据电气安装规程规定，在1000伏以下中性点接地系统中，用电设备不允许采用保护接地（图56）。这是因为当某一相绝缘破损与金属外壳接触时，电流Id便会经过大地回到变压器的中性点，而这时流过保险丝的电流很可能小于保险丝的熔断电流，保险丝不断，金属外壳仍与电源相连。金属外壳对地的电压Ud等于Id在Rd上的电压降，而IdU相（R0Rd），UdU相Rd（R0Rd）。在一般三相四线制系统中，U相是220伏，R0约4欧，Rd通常都超过4欧，即使Rd与R0一样，也按4欧计，金属外壳的对地电压也为110伏，超过安全电压。在1000伏以下中性点接地系统中，应该采取图57所示的保护接零，一旦某一根绝缘破损与金属外壳接触，就会形成单相短路，电流很大，于是保险丝熔断（或自动开关自动切断电路），电动机脱离电源，从而避免了触电危险。许多单相家用电器的电源线接到三脚插头上，三脚插头的粗脚连着家用电器的金属外壳。这种插头要插到单相三孔插座上，插座的粗孔应该用导线与电源的中线相连。绝不允许在插座内将粗孔与接工作中线的孔相连。因为一旦用电器的工作中线断线（参看图58），发生外壳带电时，保险丝不熔断，而会引起触电事故。在三相四线制中性点接地的380220伏照明供电系统中，由于普遍采用保护接零。若保护接零的中线切断，可能造成触电事故，所以一般只在相线上装熔断器，不允许在中线上装熔断器。但是单相双线照明供电线路，由于接触的大多数是不熟悉电气的人，有时由于修理或延长线路而将查线和中线接错，所以中线和相线上都接保险丝（熔断器）。低压配电系统的接地方式及特点类别：行业知识 发布时间：2008-1-24阅读：947电力系统的接地直接关系到用户的人身和财产安全，以及电气设备和电子设备的正常运行。如何针对实际情况选择合适的接地系统，确保配电系统及电气设备的安全使用，是设计人员面临的首要问题，本文简要分析了不同接地系统的特点及应用场所，仅供参考。 1.接地制式按照配电系统和电气设备的不同接地组合分类。按照IEC60364规定，接地系统一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。 第一个字母：表示电源中性点对地的关系 T：直接接地 I：不接地，或通过阻抗与大地相连 第二个字母：表示电气设备外壳与大地的关系 T：独立于电源接地点的直接接地 N：表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连 后续字母：表示中性线与保护线之间的关系 C：表示中性线N与保护线PE合二为一（PEN线） S：表示中性线N与保护线PE分开 CS：表示在电源侧为PEN线，从某一点分开为中性线N和保护线PE低压配电系统有三种形式： TN系统 TT系统 IT系统 2.不同接地系统的组成及特点： TN系统的组成及特点 在TN系统中，所有电气设备的外壳接到保护线（PE）上，与配电系统的中性点相连（若无中性点，即变压器二次侧三角形连接或未引出中性点，可将变压器二次侧绕组的一相接地，但该接点不能用作PEN线）。保护线应在每个变电所附近接地，配电系统引入建筑物时，保护线在其入口处接地。为了保证故障时保护线的电位尽量接近地电位，尽可能将保护线与附近的有效接地体相连，如必要，可增加接地点，并使其均匀分布。其特点是故障电流较大，仅与电缆的阻抗大小有关。出现绝缘故障时，需要短路电流保护装置瞬时断开电路。 国际标准IEC60364规定，根据中性线与保护线是否合并的情况，TN系统分为如下三种： TNC TNS TNCS 注：对电网来说，当铜导线截面积10mm2，铝导线截面积16mm2时，必须采用TNS系统，而不允许采用TNC系统。 下面介绍其组成及特点： 2.1TNC系统： 本系统中，保护线与中性线合二为一，称为PEN线。 优点： TNC方案易于实现，节省了一根导线，且保护电器可节省一极，降低设备的初期投资费用。 发生接地短路故障时，故障电流大，可采用一过流保护电器瞬时切断电源，保证人员生命和财产安全 缺点： 线路中有单相负荷，或三相负荷不平衡，及电网中有谐波电流时，由于PEN中有电流，电气设备的外壳和线路金属套管间有压降，对敏感性电子设备不利 PEN线中的电流在有爆炸危险的环境中会引起爆炸 PEN线断线或相线对地短路时，会呈现相当高的对地故障电压，可能扩大事故范围 不能使用剩余电流保护装置RCD（由于检测不出漏电流，RCD会拒动），因此绝缘故障时，不能有效地对人身和设备进行保护 2.2TNS系统 本系统保护线（PE）和中性线（N）分开 优点： 正常时PE线不通过负荷电流，适用于数据处理和精密电子仪器设备，也可用于爆炸危险场合 民用建筑中，家用电器大都有单独接地触点的插头，采用TNS系统，既方便，又安全 如果回路阻抗太高或者电源短路容量较小，需采用剩余电流保护装置RCD对人身安全和设备进行保护，防止火灾危险 缺点： 由于增加了中性线，初期投资较高 TNS系统相对地短路时，对地故障电压较高 2.3TNCS系统 在系统某一点起，PEN分为保护线和中性线，分开后，中性线（N）对地绝缘（注：PEN线分开后，不能再合并） 优点： 适用于工矿企业供电，前面TNC系统可满足固定设备的需要，后端TNS系统可满足对电位敏感的电子设备的需要 民用建筑中，电源线路采用TNC，进入建筑物后，采用TNS系统，可确保TNS系统的优点 2.4TT系统的组成及其特点： TT系统的变压器或发电机的中性点直接接地，电气设备的所有外壳用保护线连在一起，接在与电源中性点独立的接地点。如下图所示： 优点： 电气设备的外壳与电源的接地无电气联系，适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备 故障时对地故障电压不会蔓延 接地短路时，由于受电流接地电阻和电气设备接地电阻的限制，短路电流较小，可减小危险 缺点： 短路电流小，发生短路时，短路电流保护装置不会动作，易造成电击事故 短路保护装置的过电流保护不能提供绝缘故障保护，需采用剩余电流保护器RCD进行人身和设备安全保护 2.5IT系统的组成及特点： IT系统的电源不接地或通过阻抗接地，电气设备的外壳可直接接地或通过保护线接至单独接地体。 优点： 单相接地第一次故障时，故障电流小，可不切断电源，警报设备报警，通过检查线路消除故障，供电连续性较高，适用于大型电厂的厂用电和重要生产线用电 可采用剩余电流保护器（RCD）进行人身和设备安全保护 缺点：如果消除第一次故障前，又发生第二次故障，如不同相的接地短路，故障电流很大，非常危险，因此对一次故障探测报警设备的要求较高，以便及时消除和减少出现双重故障的可能性，保证IT系统的可靠性。 2.6接地系统中性线保护 以下情况选用4极开关断开中性线： TT和TN系统的中性线截面积小于相线 终端配电中避免中性线、相线接反 中性线必须有保护和能分断： IT系统中进行第二次故障保护的装置，防止中性线第一次故障后引发二次故障 在TT和TNS系统中，中性线的截面积小于相线的截面积 所有接地系统中，会产生3次或多次谐波电流的场合（尤其是中性线截面积减少时） 在TNC系统中，中性线也是保护线不能断开，由于负载电流不平衡和绝缘故障电流，会产生危险的中性点电压偏移。为此，用户必须做好等电位连接和每个区域的接地。 2.7接地系统的选择： 选择接地系统应根据电气装置的特性、运行条件和要求以及维护能力的大小，综合用户和设计安装人员的意见因地制宜地选用。只要符合安装和运行规范要求，三种接地系统是等效的，没有什麽优先级。 选择接地系统的步骤： 首先，为保证最大的安全性和灵活性，三种接地系统可以应用在同一供电电网中。 如下图所示，不同接地系统的串联连接和并联连接： 必须遵守当地标准和法规的规定 弄清楚用户的要求和现有的维护资源： 运行连续性要求 是否有维护服务 是否有火灾危险 3.系统选择及应用 3.1通常按照如下方式选择： 运行连续性要求较高有维护服务的场合：选择IT系统 运行连续性要求较高无维护服务的场合：无完全满意的选择，可选择TT系统（其跳闸选择性易于实现）或选择TN系统（减少危险） 运行连续性要求不重要并且有维护能力：选择TNS系统易于快速维修和扩展 运行连续性要求较低无维护服务的场合：选择TT系统 有火灾危险的场合：可选择IT系统（有人员维护）或选择TT系统（使用0.5A的剩余电流保护装置） 3.2特殊电网和负载的选择： 对于线路长，泄漏电流大的电网：选择TNS系统 有备用电源的电网：选择TT系统 对大的故障电流比较敏感的负载（电机）：选择TT或IT系统 绝缘等级较差（电炉）或有大型高频滤波的设备（大型计算机）：选择TNS系统 控制和监测系统：选择TT（通讯设备间可进行等电位连接）或IT系统（运行连续性高） 为便于选择，将不同接地系统的投资及特点做一比较： 在采用变频器控制系统中接地问题的研究net摘要:从如何提高控制系统抗干扰能力和可靠性的角度出发，针对变频器实际应用系统中的接地问题，从主回路、各种选配件、模拟和通信控制线及测试等方面的接地问题进行了分析，提出了具体的接地方法及一系列值得商榷的问题。 1引言 在各种工业控制系统中，随着变频器等电力电子装置的广泛使用，系统的电磁干扰日益严重，相应的抗干扰设计技术已经变得越来越重要。接地是抑制电磁干扰，提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。 2主回路接地 对于变频器，主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。 在变频器等电力电子设备中，为了提高装置的抗干扰和防雷击能力，在电源输入侧均有电容C1或者压敏电阻R1组成的电源滤波(图1)和压敏电阻R1、放电管D1组成的防雷击电路(图2)。图1、图2分别示出了采用开关电源和线性电源的变频器电源输入线路及PE内部连线情况。 对于两种电源方式，为了提高抗干扰能力，一般不采用浮地和与系统直接接地方式，而是采用电容接地方式。C2一般选用安规电容，要求具有良好的高频特性和足够的耐压，从而为高频干扰分量提供对地通路，抑制分布电容的影响，缺点是对于低频和直流仍旧是开路，一般通过加安规电阻R2来进行弥补。由于变频器内部控制端子上控制屏蔽接地及采用线性电源变压器的屏蔽层均连接至PE，因此PE的连接情况直接关系到变频器的可靠性。在我国，大多数工厂采用三相四线制，有些用户因没有地线，干脆不接，或者为了简单将PE接至零线。在这种情况下，由于防浪涌电路中的电容及压敏电阻漏电流IC和IR较大，一般为几十至几百毫安，在接地情况不够良好的情况下，R0较大，零线与地之间的电压达到几十伏，甚至上百伏，既不符合消防安全规范，也对系统的可靠性产生重大影响，因此在条件允许的情况下应尽量采用专用接地线，避免与其他设备公用接地。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。 3控制线屏蔽接地 3.1通信线屏蔽接地 在采用上位机PC/PLC通过RS232/485通信控制时，最容易犯的错误是两点接地。对于图3中的情况要特别注意，由于接地点不在一起，不同接地点之间会出现地电位差，在屏蔽线中形成地回路，不仅起不到屏蔽作用，反而带来干扰。特别是在上位机侧，一般用户没有专用接地，电源插座的接地端子往往采用接零线方式，会造成计算机或者变频器的损坏。在某些PC或PLC中，开关电源采用非隔离方式，即使采用变频器方面的单侧接地，也会造成通信接口的损坏。 由于变频器通信控制信号一般低于100kHz，所以一般不用带状电缆，而采用屏蔽电缆或者双绞线。但是，在实际应用过程中，由于接地不当，经常出现接地比不接地通信误码率高的现象，从而使人产生了屏蔽电缆要不要接地，如果要接地，是采用一点、两点还是多点接地的疑惑。据有关资料和实践证明，在通信速率低于100kHz时，选用一点接地效果较好，对于采用Profibus，Modbus总线控制的高速率通信控制电缆的屏蔽层应该选用多点接地，最少也应该两端接地，并且采取在通信线路较长时在网络的终端加终端匹配电阻等抗干扰措施。对于电缆的多点接地，一个附加的好处是可以减少屏蔽层的静电耦合。另外，还有一个根据传输信号的波长来判别接地方式的参考标准。以传输信号的波长的1/4为界，通信传输线长度小于/4时采用一点接地;长度大于/4时，由于屏蔽层也能起到天线作用，应采用多点接地，在多点接地时，最理想的情况是每隔0.050.1有一个接地点。 另外，在传输上升下降沿非常陡峭的信号时，也应按照变频信号来处理，实施多点接地。最后要说明的一点;如果从干扰角度讲，低频干扰严重时采用屏蔽单点接地，在高频干扰情况下要多点接地，同时建议在通讯电缆中提供一根等电位线将各节点的通讯地串起来，以提高抗干扰能力。 3.2传感器信号屏蔽接地问题 在采用变频器调速的高精度快速响应控制系统中，一般要安装速度传感器(如脉冲编码器、旋转变压器)来进行速度或位置闭环，或者在生产线和设备上安装压力、温度、张力、线速度等检测传感器。这些传感器的一个共同特点是：为了提高抗干扰能力，信号线均采用屏蔽线，而且屏蔽线在传感器内部与传感器壳体接在一起。当传感器安装在电机、管道或者生产线上时，屏蔽层就与这些设备相连接;而在传感器与变频器或其他控制设备连接时，屏蔽层又连接至PE端子。如果此时变频器或外部设备接地不良(RE、RG大于接地标准最大电阻或者严重不等)，就会出现通过屏蔽层接地的情况，如图4所示，形成对地电流IE，对系统工作的可靠性产生很大影响;严重时，系统将无法工作。因此，在采用外部传感器的闭环控制系统中，距离较远时，一定要保证外部设备和变频器的可靠独立接地，或者选用传感器外壳不与控制屏蔽层连接的传感器，在变频器侧实施一点接地;距离较近时，可采用公共接地母排接地，保证传感器与控制设备接地点之间电位差近似为零，从而消除地环流形成的干扰。 3.3模拟信号屏蔽层接地 实践证明，双绞线或双绞屏蔽线对磁场的屏蔽效果明显优于单芯屏蔽线，对于采用标准420mA/010V/15V模拟信号控制变频器频率/转速的系统，一定要采用双绞线或屏蔽电缆。由于模拟信号频带较窄，原则上在接地的控制器或变频器一侧实施接地。控制装置之间的信号电缆应在线路对地分布电容大的一端接地，这样能够减少信号电缆对地分布电容的影响。实际系统中，一般在信号电缆数量多的控制装置一侧接地。另外，对于抗干扰要求非常高的场合，可采用双重静电屏蔽的电缆，此时，外屏蔽层接至屏蔽地线，内屏蔽层接至系统地线。系统地线可以是变频器外部控制隔离地、模拟控制地，或者是系统独立的接地线。对于共模干扰严重的场合，可通过添加共模电感来消除共模干扰，如图5(a)所示;对于多点地电位浮动频繁的场合，可采用DC/DC隔离模块来实现电气隔离，如图5(b)所示，彻底杜绝干扰。 4其他变频器附件接地问题 交直交电压型变频器(如图6所示)输入采用三相不可控整流电路，谐波大，功率因数低，对于电网的污染严重。因此，可针对不同的要求，采取相应措施。比如，要求输入具有较高的功率因数时，必须加装直流电抗器L2或交流输入电抗器L1;要求减少变频器输出与电机的连接导线的无线电辐射干扰和延长变频器与电机之间连线时，必须在变频器输出侧加装交流电抗器L3;要求减少变频器的使用对周围设备的干扰时，必须在变频器输入侧加装EMI滤波器，以减少传导干扰，提高周边设备如PLC控制设备及自动化仪表的可靠性。由于每个选件都有相应的屏蔽层，为了充分发挥性能，接地点的连线非常重要。对于在同一控制柜中的中小功率变频调速系统，建议采用公共母排接地方式，如图7所示;对于不在同一控制单元，较为分散的系统，推荐不同单元之间采用独立接地方式，如图8所示;尽量不要采用图9所示的公共接地。 5测试中的接地问题 在变频器产品的维修过程中，由于采用三相逆变桥控制，在输出功率模块损坏时，需采用示波器观察三相驱动与输出电压、电流波形。一般对于小功率变频器，T1、T3、T5采用三组独立的驱动电源，T4、T6、T2采用一组驱动电源，四组电源间及与大地之间绝缘电压要求达到2000VDC以上;而对于大功率变频器，为了减少彼此之间干扰，T1T6采用六组独立电源。因此，在采用示波器测量PWM驱动波形时，最好不要直接测量，建议采用高压探头进行测量。如无隔离措施，建议将示波器电源接地端子拔掉，以确保示波器机壳带电部分与其他电源或线路绝缘，特别是将示波器放置于导电的防静电实验台上时，要注意其外露金属壳体部分不与导电桌布接触，然后采用带衰减的示波器探头直接测量。另外要特别提醒的是：尽管大多数电源插座未接地线，但插在同一插座上的设备地线也可能形成了地回路，如使用不当，有时会造成多台设备损坏的局面。测试设备的电源最好全部采用隔离电源。即使采取这些措施，也有可能造成测试设备的损坏。 转矩仪内部通过7805将GND与机壳相连，当三脚插头接地脚没有被剪掉时，由于示波器探头负极与机壳相连，通过转矩仪的7805和RS232通讯口的GND与所关联设备的GND相连，当探头加到调速器时，GND点的电位升高到被测点(100V左右)，因此串连在此回路中的元器件无一幸免损坏。剪除接地极之后，示波器与转矩仪/计算机之间没有电路联系，故没有出现问题。但是由于GND与保护地仍然相连，干扰通过GND-232引入到计算机/仿真器系统，导致仿真器频繁死机。剪除所有电源线插头的接地极，同时将转矩测试仪表的7805芯片与机箱之间垫入绝缘导热材料，使GND与机壳之间绝缘。经过实验，仿真器的干扰现象也消失。 6几个值得商榷的问题 6.1在三相四线制式中用电设备不宜采用独立接地体 我国绝大部分低压供电系统为三相四线制，按照国外特别是欧洲电气公司的要求，用电设备的PE线要采用独立接地体的三相五线制式，笔者认为，在三相五线制未实施的现场如果采用PE独立接地，能提高系统的抗干扰能力，但不能避免触电事故。 当电气设备R、S、T输入相线与机壳相碰时，将有接地电流I0流过对地保护电阻R0、R1，由于独立地线埋设条件一般比变压器零线情况稍差，现假设R1=R0(R1一般大于R0)，在上述情况下，设备外壳将达110V。一般接地电阻标准为小于10，如果按照5来计算，短路故障电流I0=220/(5+5)=22A。为了使保护设备可靠工作，接地短路电流一般不小于快速熔断器额定电流的3倍或自动空气开关整定电流的1.25倍，据此可以计算出，对于电气设备中快速熔断器电流大于7.3A或自动空气整定电流大于17.6A的电气设备，保护设备将不能有效动作。 6.2控制系统PE线中漏电流超标 前面已经讲过，在变频器的输入回路一般均安装电源浪涌抑制器或EMI滤波器等电路，在直流侧加装直流电抗器，在输出侧安装电抗器等附件，附件屏蔽层对地线之间产生很大的漏电流。经过测试，目前许多变频器PE端子接入系统地线时漏电流达到了300mA以上，而我国消防有关规定，要求PE地线中漏电流应小于210mA，这样许多变频器是不符合防火要求的。因此对于火警危险的工作场所，在使用变频器等产品时一定要确认地线对地漏电流是否符合标准，以防止由于绝缘故障引起的火灾。等效原理图如图12所示，如果变频器与电机的连线比较短，而且电机与变频器同时采用ES一点接地，分布参数C1、C2、C3比较小，则iE12可以忽略不计，iA、iB、iC之和等于iE，在数值上亦较小，一般均符合要求;如果变频器与电机的连线较长，分布参数C1、C2、C3比较大，iE12分量将增大，致使控制系统PE线中漏电流iE12与iE1之和超标。 6.3三相五线制中零线与地线之间的电压不合标准 目前，我国正在推行三线五线制供电模式，但是往往由于各种人为原因，造成零线与地线在变电站接在一起，或是为了节省成本，地线埋设严重不合要求，或是地线、零线线径不符合标准，造成零线、地线与大地间电阻超过标准10，从而导致零线、地线分别对地及零线与地线之间电压很高，严重时超过36V安全电压，造成安全隐患和降低系统的抗干扰能力。为了减小部分电气设备的接地系统引起的电气噪声，中性线与接地之间的电压应小于1V。 6.4静电问题 在工业生产过程中，许多设备(如塑料机械)本体与变频器共用同