浅谈三相五线制和接地知识.doc

浅谈三相五线制供电方式浅谈三相五线制供电一、概述在三相四线制制供电系统中，把零干线的两个作用分开，即一根线做工作零线(N),另外用一根线专做保护零线(该结线的点是:工作零线N与保护零线PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接。由于该种结线能用于单相负载，没有中性点引出的三相负载和有中性点引出的三相负载,因而得到广泛的应用。在三相负载不完全平衡的运行情况下，工作零线N是有电流通过且是带电的，而保护零线PE不带电，因而该供电方式的接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。二、三相五线制供电的原理众所周知，在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化，导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下,断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的。如采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工作零线N和保护零线PE是分别敷设的，工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压,使用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。三、对三相五线制敷设的要求(1)在用绝缘导线布线时，保护零线应用黄绿双色线，工作零线一般用黑色线。沿墙垂直布线时，保护零线设在最下端，水平布线时，保护零线在靠墙端。(2)在电力变压器处，工作零线从变压器中性瓷套管上引出，保护零线从接地体的引出线引出。(3)重复接地按要求一律接在保护零线上，禁止在工作零线上重复接地。(4)采用低压电缆供电时应选用五芯低压电力电缆。(5)在终端用电处(如闸板、插座、墙上配电盘等)工作零线和保护零线一定分别与零干线相连接。(6)对老企业的改造应逐步实行保护零线和工作零线分开的办法。例如在车间入户时零干线做重复接地，重复接地以后工作零线单独敷设，保护零线由此重复接地体引出；使用四极漏电保护断路器的，在断路器前是三相四线制，在断路器后改为三相五线制;在架空线路供电又实行动力电和照明电分开架设的(两棚线)，可以用随照明线横担架设的零线为工作零线，随动力线横担架设的零线做保护零线。四、三相五线制供电的应用范围凡是采用保护接零的低压供电系统，均是三相五线制供电的应用范围。国家有关部门规定:凡是新建、扩建、企事业、商业、居民住宅、智能建筑、基建施工现场及临时线路，一律实行三相五线制供电方式，做到保护零线和工作零线单独敷设。对现有企业应逐步将三相四线制改为三相五线制供电，具体办法应按三相五线制敷设要求的规定实施。1-三相五线制当然不是毫无意义,它的学问就在于这两跟零线上,在比较精密电子仪器的电网中使用时,如果零线和接地线共用一根线的话,对于电路中的工作零点会有影响的,虽然理论上它们都是0电位点,如果偶尔有一个电涌脉冲冲击到工作零线,而零线和地线却没有分开,比如这种脉冲却是因为相线漏电引起的,再如有些电子电路中如果零点飘移现象严重的话那么电器外壳就可能会带电,可能会损坏电气元件的,甚至损坏电器,造成人身安全的危险. 零线和地线的根本差别在于一个构成工作回路,一个起保护作用叫做保护接地,一个回电网,一个回大地,在电子电路中这两个概念是要区别开来的,在正规公司里,这两根线规定要分开接. 现在实际中还有一种三相六线的接法,除工作零线,保护接地外,还专门另配一路接地线,这根线跟设备地线分开来接,不与其他任何线相接,用做对仪器设备的保护,因为电气件的损坏往往只几微秒的时间,所以要将误动作电流更快的引回大地,需要仪器直接接地.2-严格地说没有三相五线制的说法，所谓的“线”是指通过工作电流的线，指L1、L2、L3、N。不含保护接地线PE。TN-C、TN-C-S、TN-S、TT均为三相四线制。IT为三相三线制。3-三相五线制是已经淘汰的不规范术语。正确的称呼应该是L1L2L3线、N线、PE线。对应的端子分别是R,S,T,P,E。 这种接法，和三相四线制没有任何差别，中线由变压器的二次侧引出，在进户前按规范作重复接地，地线的做法没有任何差别。4-三相五线制是将原有的三相四线制（A相、B相、C相三相火线和零线N相）中的零线分为两根敷设,其中一根为工作零线,另一根为保安零线,这样可以保证保安零线上的电位为零,进行保护接零更为安全. 1.接地分为哪几种类型？答：接地分为临时接地和固定接地两种。临时接地又包含检修接地和故障接地。固定接地又分为工作接地和安全接地，安全接地包含保护接地、防雷接地、防静电接地、屏蔽接地等。2.工作接地有何作用？答：1）减少电网发生单相接地故障时的危险性； 2）减少电网发生高压窜入低压故障时的危险性； 3）变压器中性点采用工作接地后，为相电压提供了一个明显可靠的参考点，不仅为稳定电网的电位起着重要的作用，而且还能为三相和单相设备提供电源。 3.重复接地有何作用？答：重复接地有何作用有： 1） 可减轻零线断线或接触不良时电击的危险性； 2） 降低漏电设备的对地电压； 3） 缩短漏电故障持续时间； 4） 改善架空线路的防雷性能。4.保护接零与保护接地的区别是什么？有何相同之处？答：保护接零与保护接地的区别是:它们的安全保护原理、系统的线路结构不同，为了限制漏电设备的对地电压，保护接零系统还采用了重复接地，而保护接地系统则无重复接地。保护接零与保护接地的相同之处有：它们都是防间接电击的措施，接线部位及对接地装置的要求是相同的。5.什么叫等电位联结？等电位联结的作用是什么？答：等电位联结是指各外露可导电部分和外部可导电部分的电位实质相等的电气连接。等电位联结的作用有降低等电位联结影响区域内的可能接触电压、降低等电位联结影响区域外侵入的危险电压和实现等电位环境等。不论DCS系统还是其它控制系统，最棘手、最重要的就是系统接地问题。从现场的经验来看，测控系统受到的干扰与系统的接地有很大关系，姐弟往往是抑制干扰的重要手段之一。良好的接地可以在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的入侵。在测控系统中主要有以下地线：1、 信号地：可分为模拟信号地、数字信号地和信号源地。这种信号地主要是针对数据采集板，为避免数字信号耦合到模拟信号的一条基本原则是：电路中的全部模拟地于数字地仅仅在一点相连。DCS系统电路板设计也均循此原则。2、 功率地：是指大电流网络部件的零电位。3、 屏蔽地：又称机壳地，是为防止静电感应和电磁感应而设计的。4、 交流地：指交流50Hz的供电电源的地线，这种地线通常是产生噪声的地。5、 直流地：直流供电源的地。以“煤代油”为例，该DCS系统采用“多点接地原则”。任何导体，包括大地在内，都有电阻抗，当其中流过电流时，导体两端就呈现出电位。如果数据采集系统在两点接地，由于大地各地点为很不一致，因而，两个分开的接地点很难保证有相同的等电位。因而，造成他们之间一电位差，形成环路电流，从而对两个接地点产生干扰，这时地电位差是采集系统输入端共模干扰的主要来源。因此，DCS系统电子电路设计采用一点接地我们设为A点，HPM柜外壳接地设为B点。它们之间的接法是：A点接B点（即各数据板接机壳、HPM柜内设备接机壳），然后将各个机柜的地并联接到一个公共的接地块上。交流地与直流地分开接到另外两个接地块上。电磁兼容中的接地技术 摘要：讨论了电磁兼容中的接地技术，包括接地的种类和目的、接地方式、接地电阻的计算以及设备和系统的接地等。其主要目的在于提高电力电子设备的电磁兼容能力。 关键词：接地技术；电磁兼容；干扰 Grounding Technologies in Electromagnetic Compatibility GUO Yun-song, ZHANG Zi-dong, YAO Chun, GUO Xiang-yu Abstract:This paper discusses grounding technologies in the electromagnetic compatibility,that includes the kind and purpose of grounding, the way of grounding,the calculation of grounding resistance as well as the grounding for equipment and system etc. The principal purpose is to raise ability of electromagnetic compatibility for power electronic equipments. Keywords:Grounding technologies;Electromagnetic compatibility; Interference 中图分类号：TN97文献标识码：B文章编号：02192713(2002)12002204 1 引言 接地技术最早是应用在强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）中，为了设备和人身的安全，将接地线直接接在大地上。由于大地的电容非常大，一般情况下可以将大地的电位视为零电位。后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生电压降。然而由于不合理的接地，反而会引入了电磁干扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，从而导致电力电子设备工作不正常。可见，接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必要对接地技术进行详细探讨。 2 接地的种类和目的 电力电子设备一般是为以下几种目的而接地： 2.1 安全接地 安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。 2.2 防雷接地 当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，电力电子设备都将受到极大伤害。为防止雷击而设置避雷针，以防雷击时危及设备和人身安全。 上述两种接地主要为安全考虑，均要直接接在大地上。 2.3 工作接地 工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化，从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。但是不正确的工作接地反而会增加干扰。比如共地线干扰、地环路干扰等。 为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作。根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分别设置。 2.3.1 信号地 信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。由于信号一般都较弱，易受干扰，因此对信号地的要求较高。 2.3.2 模拟地 模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路既承担小信号的放大，又承担大信号的功率放大；既有低频的放大，又有高频放大；因此模拟电路既易接受干扰，又可能产生干扰。所以对模拟地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。 2.3.3 数字地 数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，易对模拟电路产生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。 2.3.4 电源地 电源地是电源零电位的公共基准地线。由于电源往往同时供电给系统中的各个单元，而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别，因此既要保证电源稳定可靠的工作，又要保证其它单元稳定可靠的工作。 2.3.5 功率地 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。 2.4 屏蔽接地 屏蔽与接地应当配合使用，才能起到屏蔽的效果。 比如静电屏蔽。当用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，因此外侧仍有电场存在。如果将金属屏蔽体接地，外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。 再比如交变电场屏蔽。为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压，可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，并将金属屏蔽体接地。只要设法使金属屏蔽体良好接地，就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。 上述两种接地主要为电磁兼容性考虑。 3 接地方式 工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式： 3.1 单点接地 工作频率低（0.83L （1） 式中：L地线的长度，m； S地线的截面,mm2。 3.2 多点接地 工作频率高（30MHz）的采用多点接地式（即在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。 3.3 混合接地 工作频率介于130MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。 3.4 浮地 浮地式即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能的影响；其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰；由于该电路的地与大地无导体连接，易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击穿或强烈的干扰。因此，浮地的效果不仅取决于浮地的绝缘电阻的大小，而且取决于浮地的寄生电容的大小和信号的频率。 4 接地电阻 4.1 对接地电阻的要求 接地电阻越小越好，因为当有电流流过接地电阻时，其上将产生电压。该电压除产生共地阻抗的电磁干扰外，还会使设备受到反击过电压的影响，并使人员受到电击伤害的威胁。因此一般要求接地电阻小于4；对于移动设备，接地电阻可小于10。 4.2 降低接地电阻的方法 接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电阻的方法有以下三种： 降低接地线电阻，为此要选用总截面大和长度短的多股细导线。 降低接触电阻，为此要将接地线与接地螺栓、接地极紧密又牢靠地连接并要增加接地极和土壤之间的接触面积与紧密度。 降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率（如在土壤中注入盐水）。 4.3 接地电阻的计算 垂直接地极接地电阻R为： R=0.366(/L)lg(4L/d) （2） 式中：土壤电阻率,m； L接地极在地中的深度,m； d接地极的直径,m。 例如，黄土取200m，L为2cm，d为0.05m，则垂直接地极接地电阻R为80.67。如在土壤中注入盐水，使降为20m时，则接地极接地电阻R为8.067。 5 屏蔽地 5.1 电路的屏蔽罩接地 各种信号源和放大器等易受电磁辐射干扰的电路应设置屏蔽罩。由于信号电路与屏蔽罩之间存在寄生电容，因此要将信号电路地线末端与屏蔽罩相连，以消除寄生电容的影响，并将屏蔽罩接地，以消除共模干扰。 5.2 电缆的屏蔽层接地 5.2.1 低频电路电缆的屏蔽层接地 低频电路电缆的屏蔽层接地应采用一点接地的方式，而且屏蔽层接地点应当与电路的接地点一致。对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一点接地，各屏蔽层应相互绝缘。 5.2.2 高频电路电缆的屏蔽层接地 高频电路电缆的屏蔽层接地应采用多点接地的方式。当电缆长度大于工作信号波长的0.15倍时，采用工作信号波长的0.15倍的间隔多点接地式。如果不能实现，则至少将屏蔽层两端接地。 5.3 系统的屏蔽体接地 当整个系统需要抵抗外界电磁干扰，或需要防止系统对外界产生电磁干扰时，应将整个系统屏蔽起来，并将屏蔽体接到系统地上。 6 设备地 一台设备要实现设计要求，往往含有多种电路，比如低电平的信号电路（如高频电路、数字电路、模拟电路等）、高电平的功率电路（如供电电路、继电器电路等）。为了安装电路板和其它元器件、为了抵抗外界电磁干扰而需要设备具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。典型设备的接地如图1所示。 图1 设 备 的 接 地 设备的接地应当注意以下几点： 50Hz电源零线应接到安全接地螺栓处，对于独立的设备，安全接地螺栓设在设备金属外壳上，并有良好电连接； 为防止机壳带电，危及人身安全，不许用电源零线作地线代替机壳地线； 为防止高电压、大电流和强功率电路（如供电电路、继电器电路）对低电平电路（如高频电路、数字电路、模拟电路等）的干扰，将它们的接地分开。前者为功率地（强电地），后者为信号地（弱电地），而信号地又分为数字地和模拟地，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘； 对于信号地线可另设一信号地螺栓（和设备外壳相绝缘），该信号地螺栓与安全接地螺栓的连接有三种方法（取