电能质量产品接地手册1doc.doc

一 概述接地的含义是卫电路或系统提供一个参考的等电位点或面。如果接地指的是接大地，则这个参考点或面就是大地。接地的另一个含义从原理上看是为电流流入大地提供一条低电阻路径。从工程实用观点来看就是在线路或电气设备发生接地故障时为故障电流流回电源提供一条低电阻（或低阻抗）路径。接地的目的主要是防止人身触电伤亡、保证电力系统正常运行、保护输电线路和变配电设备以及用电设备绝缘免遭损坏；预防火灾、防止雷击损坏设备和防止静电放电的危险等。接地的作用主要是利用接地极把故障电流或雷电流快速自如地泄放进大地土壤中，以达到保护人身安全和电气设备安全的目的。1.1 功能性接地1.1.1 工作接地工作接地是为了保证电力系统的正常运行，在电力系统中的适当地点进行接地。在交流系统中，适当的接地点一般为电气设备，例如变压器的中性点；在直流系统中还包括相线接地。1.1.2 逻辑接地电子设备为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属部件，如金属底座等作为参考零电位，把需要获得零电位的电子器件接于该金属部件上，如金属底座等，这种接地称为逻辑接地。改基准电位不一定与大地相连，所以它不一定是大地的零电位。1.1.3 信号接地信号接地是为了保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。1.1.4 屏蔽接地是消除电磁场对人身危害的有效措施，也是防止电磁干扰的有效措施。高频技术在电热、医疗、无线电广播、通信、电视台和导航、雷达等方面得到了广泛应用。人体在电磁场作用下，吸收的辐射能量将发生生物学作用，对人体造成伤害，如手指轻微颤抖、皮肤划痕、视力减退等。对产生磁场的设备外壳设置屏蔽装置，并将屏蔽体接地，不仅可以降低屏蔽体以外的电磁场强度，达到减轻或消除电磁场对人体危害的目的，也可以保护屏蔽接地体能的设备免受外界电磁场的干扰影响。1.2 保护性接地1.2.1 防雷接地防雷接地是收到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电压（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。1.2.2 保护接地保护接地是组成防雷措施的一部分。其他作业是吧雷电电流引入大地。建筑物和电气设备的防雷主要是用避雷器（包括避雷针、避雷带、避雷网和消雷装置等）。避雷器的一端和被保护的设备相连，另一端连接地装置。当发生直击雷时，避雷器将雷引入自身，雷电流经过期引下线和接地装置进入大地。此外，由于雷电引起静电感应副效应，为了防止造成间接损害，如房屋起火或触电等，通常也要将建筑物内的金属设备、金属管道和钢筋结构等接地；雷电波会沿着低压架空线、电视天线侵入房屋，引起屋内设备的绝艳击穿，从而造成火灾或人身触电伤亡事故，所以还要将线路上和进屋前的绝缘瓷瓶铁脚接地。1.2.3 防静电接地将静电荷引入大地，防止由于静电积累对人体和设备受到损伤的接地，称为防静电接地。油管汽车后面拖地的铁链子便属于防静电接地。1.2.4 防腐蚀接地在地下埋设金属体作为牺牲阳极以达到保护与之连接的金属体，如输油金属管道等，称为防电蚀接地。1.3 NEWSINE产品接地的作用针对NEWSINE产品，主要是保护接地、工作接地和屏蔽接地。根据NEWSINE电能产品的现场运行情况，以及理论分析，产品的接地会影响到产品的正常运行，以及影响到显示、采样等一系列问题。由此编写了NEWSINE电能质量治理产品的接地手册，以供实际安装、调试、运行参考。二 常有术语2.1 直流回流线（BR）指在一次直流电源和其负载间承载回流电流的导体。可以使用“BR”或其它等效的缩写词来指明该导体在母线排或设备上的连接点，同样直流电源系统的其它部件（如母线排）也可以用此方式表明。2.2 连接（bonding）将设备、装置或者系统的外露可导电部分或外部可导电部分有意地进行连接以减小它们之间的电压。说明：接地系统中可能经常存在异常电流，因此在浪涌条件下有必要依靠放电管提供等电位连接2.3 连接母线（bonding bus）连接主接地端子和设备接地母排的一个或一组导体。连接母线还可以连接到与接地电极或建筑物钢筋相连接的其它母排或端子上。2.4 连接导体（bonding condctor）提供等电位连接的保护性导体2.5 等电位连接网（BN）在直流至低射频的频率范围内，能为电子系统和人员提供电磁屏蔽的一组互连的导体构件。术语“电磁屏蔽”是指用于转移、阻塞和阻碍电磁能量通过的任何构件。为了到达电磁屏蔽的作用，一般无需将BN接地。2.6 公共连接网（CBN）公共连接网是实施连接和接地的主要手段。它是一组有意和无意互连的金属部件，用来构成现场环境的主要BN。这些部件包括：结构钢或加强钢筋、金属管道、交流电力导管、PE导体、电缆架和连接导体等。CBN总具有一个网状拓扑，并连接到接地网。2.7 共直流回流直流回流导体与周围的BN进行多点连接的一种直流电源系统。BN的结构可能睡网状的（形成DC-C-MBN系统）或IBN(形成DC-C-IBN系统)。DC-C也可以采用更为复杂的结构。2.8 接触电压设备外露的金属部件通常是不带电的。但如果绝缘不当或其它原因会会使其成为带电体，人体接触到这些金属元件所承受的电压称为接触电压2.9 地大地的导电团，其电位在任意一点一般都认为等于零。说明：接地电极有电流通过时，其附近的电势可能不为零。（在一些国家，使用“ground”代替“earth”）。2.10 接地汇集线与接地体和地网系统相连的公共接地母线，可以敷设成条形或环形。也可以称为等电位连接带（EBB）2.11 接地引入线是指接地电极与解决汇集线之间的连接导体。对于部分地埋的连接，该定义只对于地域接地电极绝缘的部分有效。2.12 接地线各种通信设备与接地汇集线之间的连接导体。2.13 同心接地线布线系统内的一个或多个绝缘导体沿整个长度完全被另一个导体（如：PEN线的金属护套）包围，该布线系统称为同心接地线。2.14 等电位区域在该区域内，对设备的外露可导电不封和外来可导电部分进行等电位连接，使两者保持同一电位。在故障情况下，两者间的电位差不会造成电击。2.15 接地电极一个或一组与大地紧密接触并提供与大地实施电气连接的导电部件。2.16 接地电极电阻接地系统与接地电极间的电阻2.17 接地故障电流流入大地的故障电流。2.18 接地故障回路阻抗从接地故障点开始故障电流沿回路又流至该点，该回路的阻抗即为接地故障回路阻抗，用符号Zs表示。接地故障回路起始于故障点，由以下内容组成：1) 电路保护设备2) 接地端子和接地连接线；3) 金属（电流）返回路径（TN系统）；4) 大地（电流）返回路径（TT和IT系统）；5) 穿过变压器的接地中性点和变压器绕组的路径；6) 从变压器到故障点的相线。2.19 接地网络由埋在地中的互相连接的水平接地体构成的接地电极，其形式为同一矩形区域内两组垂直交叉的网格状电极组，在交叉处将两组水哦接地体连接。2.20 接地一种有意或无意的导线连接，使设备的外露导电部件、电路或电气设备连接到MET或可作为参考平面的导电体。（一些国家用grounding代替earthing）。2.21 接地连接线将装置的主接地端子或母排连接至接地电极或其它接地设备的保护性导体，从宏观上可以分为接地引入线和接地线两类。埋入地下的接地导体的非绝缘部分应视为接地电极的一部分。2.22 接地系统系统、装置和设备的接地所包含的所有电气连接和器件，指由连接到主接线地端子的接地电极、接地引入线、接地汇集线、接地线及设备外露可导电不封组成的装置。2.23 接地漏电流电路无故障时，流向大地或外来可导电部分的异常电流。这一电流可能具有容性特点，如使用电容器。2.24 地网接地电极及用于电极互连的水平接地体2.25 地电位电流经电极流入大地时，接地电极周围相对于大地的电位2.26 大地电阻率大地电阻率表征土壤导电性能的参数和多孔性、渗透性、离子浓度、矿化程度等有关。电阻率等于单位立方米土壤（两个）相对面的阻抗，单位是欧姆。2.27 电气独立的接地电极如果接地电极间相距的距离足以保证：任一接地电极中流动的电流不会影响其它接地电极的电为，这些接地电极称为电气独立的接地电极，通常用于分散接地。2.28 电路为电流提供回来的媒介布局。2.29 等电位连接将设备的外露可导电部分和外部可导电部分进行可靠的电气连接，使两者保持与同一电势，以减小异常电流在两者间产生的电位差。以下内容要加以区别：1) 主等电位连接2) 补充等电位连接3) 与地无关的等电位连接等电位连接并非必须与大地相连。2.30 等电位连接导体为保证等电位连接所用的保护性导体。2.31 外露可导电部件易接触、正常时不带电，但在故障情况下可能成为带电体的导电部件。2.32 外来可导电部件易引入电位（一般为地电位），但不构成电气装置的导电部件：1) 不构成电气装置的导电部件2) 建筑物结构的金属部件3) 供气、供水、供热等金属管道系统4) 非绝缘的楼层、墙壁2.33 故障电流由于绝缘不当绝缘桥接而导致的短路电流。2.34 工作接地电气设备正常运行所必须的对地连接。2.35 非有意连接指无意中进行的导电部件间的连接。非有意连接通常发生在对机架、电缆管、走线架、顶部金属架结构和其他导电物体进行机器性装配和安装过程中。把机架用螺栓固定在邻近机架、顶部金属结构，或者顶部金属结构插入天花板时与建筑物结构钢筋接触，它们均可形成非有意连接。为了保证可靠的电气连接，决不可依靠非有意接地。油漆、金属表面的氧化和机械连接的松动易导致相邻导电部件的连接失败。2.36 隔离连接网只进过一个店（SPC）连接到公共连接网或其它隔离连接网的一种连接网。在此考虑的所有IBN都将经SPC接至大地。2.37 隔离直流回流直流回流导体单点接到BN的一种直流电源系统。有可能采用更为复杂的结构。2.38 带电部件正常运行情况下对零参考平面有电位差的导体或导电部件。2.39 主接地端子将保护导体，包括等电位连接导体和工作接地导体（如果有的话）接至接地设施的端子或母线。2.40 中性导体与系统中性点相连接并能传输电能的导体。它在变电所中星形结构的变压器或接地变压器内是n个绕组的共同参考点。2.41 PEN导体 具有保护导体和中性导体两种功能的接地导体2.42 电位均衡互连金属部件间的电位差可能对人员或设备构成危险时，用导体（截面积符合要求）对独立的金属部件进行互连，以减小或消除构件间的电位差。2.43 保护线指故障情况下，为了防电击所需的保护性导体，用于对下列部件进行电气连接：1) 外露的导电部件；2) 外来的导电部件；3) 主接地端子；4) 接地电极；5) 接地导体或接地的带电部件；6) 电源的接地参考点或人工中性点。2.44 电阻区域存在显著电压梯度的大地（接地电极周围）地表区域。2.45 环形连接母线 一种连接母线，其导体构成封闭的环。2.46 分散接地系统具有独立接地电极的接地系统，其接地电极在运行期间不会互相影响（从危险或运行的角度看）。2.47 电击部件电击可分为直接电击或间接电击，直接电击保护主要是防止直接接触到带电体，此时电击部件包括：1) 外露的导电部件；2) 外来的导电部件；3) 保护导体4) 间接电击保护只要是防止故障状态下得电击，此时的电击部件包括：5) 外露的导电部件；6) 外来的导电部件；7) 保护导体2.48 单点连接（SPC）是IBN与CBN相连接得唯一连接点。实际上，SPC并不是一个点，必须有足够的大小，以适应导体的连接。通常，SPC采用铜母线排的形式。如果电缆屏蔽层或同轴外导体拟连接到SPC时，SPC可能是一个具有栅格的框架或一块金属部件。2.49、配电系统由单个电压和一个装着组成的电力系统。根据配电系统和电气设备不同的接地组合可分为不同的接地制式，IEC 364-4文件对此进行了详细的描述：1) TN系统 指电源中性点通过一点或多点直接接地，设备的外露导电部分与电源 中性接点直接电气连接的系统。2) TN-C 系统 在该系统内，将中性（N）线和保护（PE）线功能综合起来，由PEN线来同事承担两者的功能。3) TN-S系统 中性点接地，设备的外露导电部分通过保护(PE)线连接到电源中性点，与系统中性点共用接地体；在该系统内，中性线和保护线是互相独立的。4) TN-C-S系统 该系统是TN-C系统和TN-S系统的结合形式，在电能的输出过程中采用TN-C系统，到用电负荷附近某一点处，将PEN线分开成单独的中性线和保护线，此时相当于采用TN-S系统。5) TT系统 该系统指电源中性点通过一点直接接地，装置的外露导电部件也直接接地，但两者的接电极是电气独立的。6) IT系统 该系统指电源中性点和地之间没有直接连接，装置的外露导电部件直接接地。三 连接和接地的基本概论3.1 链连接和接地的目的3.1.1 概述链接和接地的一般目的是为系统内的信号建立一个零参考平面，如系统参考电平面（SRPP）。接地和连接是为信号建立低阻抗通道，降低系统对外的电磁辐射水平并提高自身的抗扰性。在告诉的数字传输系统中，对系统进行有效的接地和等电位连接越来越重要。传输速度越高，信号衰减越严重，接受的信号电平越小，因而对于干扰越敏感。在电磁兼容领域，必须遵循电磁发射限制方面的规定，避免无线频谱的非法使用；为了保证设备的性能，设备对外部干扰源（例如高压线路、电气化铁路，雷击、静电放电和无线发射机）必须具有一定的抗扰能力。此外，接地和等电位连接还涉及到认识安全方面，以降低电击危险和相关危害。3.1.2 接地的目的 在NEWSINE系列产品上做好接地，是为了实现以下目的：1) 为柜体的漏电流提供对地的泄放通道，可对人员和设备进行有效的保护。2) 将柜体有效接地，等效于柜体屏蔽接地，减小设备对外部设备、人员等辐射危害。3) 通过减小不同子系统参考点间的电位差，来降低信号和控制电路的噪声干扰。3.1.3 安全要求接地系统的首要目标是确保人身及设备的安全和设备的正常运行。雷击和电源系统故障可导致系统中的过流，甚至在设备的结构中产生危险的过电压。雷击和电源故障相对于设备来说是外部的（这是电压系统的一般性规则），大地是异常电流泄放的唯一通道。在某些国家，中性（N）线也可作为这些异常电流的回流通道。雷击和电源系统故障时，异常电流的幅值介于几安培到几万安培间：从频谱方面来看，电流信号频谱率介于50/60赫兹到几兆赫兹（注意：某些国家的交流电气化铁道的牵引供电系统为赫兹交流电）。此时接地的目的是，通过对地泄放异常电流，将可出现的危机电压(接触电压和快步电压)保持在尽可能低的水平。一般情况下，国标仅规定人身安允许的最大电压和保护(PE)线的使用；然而仅仅依靠这些保护导体并不足以满足异常情况下的安全要求。一般来说对低频信号（50或60赫兹）接地系统的特性主要表现为接地电阻；但对于高频信号，接地系统的感应现象占主导地位，这使其特性主要表现为阻抗。3.14 EMC要求接地系统的第二个目标是提供公共的参考零电位，并减少对敏感的、互连的电子及电气系统的电磁干扰。接地系统是干扰源（参考IEC 6100-2-5文件中干扰源列表及描述）和敏感电子仪器或系统间电流回流的通道，此外还作为设备（过滤器等）电压参考，因此接地系统有助与减轻干扰。换而言之，如果敏感仪器或系统作为天线将辐射场的电磁转换电流，该辐射场的干扰水平也可从电流方面进行描述。在EMC方面，现代电子仪器或系统对电流和电压的敏感性比人体的敏感性要高数十倍。应该在观念上承认这一差别，特别是对于依赖低压电平信号的技术。3.2 接地与等电位连接区分接地和等电位连接具有重要性3.2.1 接地 接地是指将设备接到接地电极上，如埋在土壤中得垂直接地体、水平接地体或其它金属物质。接地的原因如下：1、功能性 最初的模拟系统中有时使用大地作为回流导体，但用地作为回流导体通常引入较大的电磁干扰。如前所述，对于现代数字系统，介绍信号电平小，对干扰较敏感，所以要避免使用大地作为回流通道。2、减轻干扰 对系统的干扰可以通过阻性耦合引入，例如电源系统故障或雷击带来的地电位升高。干扰还可以由电源故障电流或雷电流感性耦合到系统内两个不同设备（这两个设备在不同点接地）间的地回路。地回路将在系统的电缆内产生公共模电流，进而通过电缆的不平衡性导致噪声及功能性干扰。3、防雷 对设备进行防雷保护时，应优先考虑电位连接。等电位连接可使设备避免因闪络造成损坏，也可采用保护设备（如SPD）达到等电位连接的目的。对设备进行解读的原因是将雷电流尽快向大地泄流，这将减小等电位网络内的异常电流，进而可减小通信系统设备的过电压强度。4、安全 考虑到电气安全，大多数国家均规定电气设备必须接地，以避免在设备和配电系统正常或故障运行或在使用应急发电时导致的电击，火灾危险、设备损坏。3.2.2、等电位连接等电位连接是将设备、外露导电部件和外来的导电部件进行可靠连接，使它们实质上处于相同的电位，避免在系统的不同构件间产生较高的过电压。等电位连接的作用如下：1) 可靠的信号参考；2) 可靠的EMC性能；3) 雷电保护；4) 设备和人身安全。等电位连接应提供尽可能低的阻抗，要求连接导体应尽可能短且直。在相同横截面（即相同电阻）的条件下，应优先使用扁平带，因为扁平带的电感值比圆钢低，最理想的是使用的大型金属平面，但许多情况下，使用互连的金属带形网状结构更切合实际。四 NEWSINE产品的接地4.1 NEWSINE产品概述NEWSINE产品可分为两个系列，NEWSINE产品是电能质量谐波治理设备，NEWANGLE产品电能质量无功治理设备。电能质量产品通常会工作在5k、10k、20k的开关频次下，高次的文波电流会对系统造成干扰，甚至对控制系统产生干扰。电能质量产品是利用弱电来控制和输出强电的设备，如果控制系统受到干扰，其后果是非常严重的。因此，做好接地和屏蔽措施，对稳定系统运行有着重要的意义。4.2 柜体接地电能质量产品一般安装在标准的工业电气柜里，电气柜里面一般都带有接地螺丝的或者是具有一个单独的接地母排。柜体的接地要求：如果有接地母排的话，所以柜子里强电需要保护的接地线都要接到母排线上，其中包括控制部分的屏蔽地线也要通过柜体接到接地母排上。机柜内的弱电元件，我们在施工的时候对弱电的接地是要与强电的接地分开的，单独做一个接地极，与强电的接地极距离在50米左右。具体细节请参看以下注意事项。1) 电控柜内的所有金属部件都要通过大面积接触连接在一起（避免非金属与非金属连接）。如果需要，可以使用垫片。2) 使用接地条将电控柜门（顶部、中部、底部）连接在电控柜上（尽可能短）。3) 为交流接触器、继电器、电磁阀、机电操作时间计算器等感性负责提供熄火器件。它们应该直接连接在相应的线圈上。4) 将备用电缆双端接地。5) 对于同一信号的电路，尽可能使用双绞屏蔽线，或者使供电线与返回线之间的距离最小。6) 将信号线接近接地金属板会减小相互串扰。7) 将数字电缆的屏蔽层双端（源端、目的端）大面积连接到电控柜体上并保证导电良好。屏蔽层可以多次连接到电控柜体。在这种情况下，不要使用薄片屏蔽层。8) 将模拟量电缆屏蔽线双端接地来保证等电位绑定。一旦有低频干扰，例如：测量值波动或者有偏差，屏蔽层只能单端接地。提示：在另外一端通过一个电容（例如：10Nf/100V）接地，可以通过一些高频保护。用同一电源（变压器）为相互连接的电气组件供电。例：如下图所示9) 柜中所有的金属部分都要连接在一起。10) 柜门与柜体框架之间用最短的接地粗缆连接。11) 柜体的框架因无喷漆处理，常可作接地排使用。12) 所有电缆的屏蔽层均应做接地处理以消除表面电磁感应。（图片） 4.3 典型的电磁干扰误区4.3.1 并行排线对通讯电缆产生极大的电磁干扰，如下图所示：图中，信号线和交流电源捆扎在一起，交流电源线对并排在一起的信号线路会产生很强的干扰。造成信号失真，采样失真等不良现象。4.3.2 无有效的接地连接以消除各金属表面的电磁感应干扰，如下图所示：（图片） 图中可以看到，柜门于柜体至今没有用粗的接地电缆进行连接，同时，设备自身的接地端子也没有进行接地处理。这