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電源裝置由于自身結構的特點(diǎn)和工作特性所限，在復雜多樣的電磁環(huán)境中工作，極易受到各種干擾源的影響，以致擾亂信號的傳輸或使信號發(fā)生畸變，造成有電源裝置供電的系統不能正常工作。采用接地技術(shù)，是保證電源裝置可靠工作的一個(gè)極為重要的措施，也是保證電源安全、穩定運行的重要手段。 一、電源裝置接地的分類(lèi) 目前在我國應用的各種電源裝置的接地種類(lèi)繁多，歸納起來(lái)可分為以下幾類(lèi)? (1) 給電源裝置供電電源中性點(diǎn)的工作地：指穩定的供電系統中性點(diǎn)電位的接地； (2) 電源裝置的防雷保護接地：指在雷雨季節為防止雷電過(guò)電壓的保護接地； (3) 電源裝置的安全保護地：指為防止接觸電壓及跨步電壓危害人身和設備安全，而設置的微電子裝置金屬外殼的接地； (4) 電源裝置直流系統地?又稱(chēng)為邏輯地、工作地 ，它為微電子裝置各個(gè)部分、各個(gè)環(huán)節提供穩定的基準電位（一般是零點(diǎn)位）。這個(gè)地可以接大地，也可以?xún)H僅是一個(gè)公共點(diǎn)。系統地如果與大地不相連，即系統地處于懸浮工作狀態(tài)，稱(chēng)之為浮空地； (5) 電源裝置的屏蔽地：為抑制各種干擾信號而設置的，屏蔽的種類(lèi)很多，但都需要可靠的接地。 屏蔽地就是屏蔽網(wǎng)絡(luò )的接地。盡管在實(shí)際應用中的電源裝置是由不同公司生產(chǎn)的，各公司的產(chǎn)品對接地的種類(lèi)規定及接地電阻的阻值要求不盡相同，但電源裝置的系統地要求比其它幾種接地要求要嚴格得多，并有越來(lái)越高的趨勢。為了避免諸“地”間相互干擾，上述幾種“地”都應設置各自獨立的接地網(wǎng)絡(luò )。其接地線(xiàn)必須采用絕緣銅導線(xiàn)，連接到統一的接地點(diǎn)，以形成一個(gè)共同的電位點(diǎn)。 二、微電子裝置的接地原則 在自動(dòng)化控制系統接地設計中，必須要遵循一點(diǎn)地的原則。因系統由多臺自動(dòng)化設備構成，整個(gè)系統必須在一處接地。但系統接地線(xiàn)和接地電阻都不可能為零，尤其是在高頻或瞬變狀態(tài)下更是如此；另外，當有大電流從接地極注入大地時(shí)，接地極及其附近的大地電位升高，如有多點(diǎn)地則會(huì )出現接地點(diǎn)間的電位差，形成干擾。即使是同一臺設備中的系統地線(xiàn)，也應遵守一點(diǎn)地原則，否則就會(huì )形成接地環(huán)路，各點(diǎn)之間的接地電位差將會(huì )形成干擾被引入其它電路。為了研究上述各種接地系統間的關(guān)系，分析接地網(wǎng)體系的諸多因素及降低接地電阻的有效途徑和具體方法，近年來(lái)“自動(dòng)化裝置接地工程學(xué)”作為一門(mén)嶄新的學(xué)科，已受到自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重視，也為自動(dòng)化裝置的接地系統研究和實(shí)踐奠定了理論基礎。 各種電源裝置的接地種類(lèi)及接地的技術(shù)指標要求因生產(chǎn)廠(chǎng)及設備功能不同而不同。接地對電源裝置的安全可靠的工作起到至關(guān)重要的影響，不同的地有不同的處理技術(shù)，下面介紹電源裝置所應遵循的接地處理原則。 1、一點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地原則的應用 就電子技術(shù)常識而言，在低頻電子線(xiàn)路中，布線(xiàn)和元件間的電感顯得并不嚴重，為了避免地線(xiàn)造成地環(huán)路，因此建議采用一點(diǎn)接地原則。 對于高頻電子線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，電感的影響將更顯得突出，因為增加了地線(xiàn)的阻抗將導致各地線(xiàn)間的電感耦合。一般來(lái)說(shuō)，頻率小于1MHz時(shí)可采用一點(diǎn)接地，而高于10MHz時(shí)則應采用多點(diǎn)接地。當頻率處于1MHz"10MHz之間時(shí)，如采用一點(diǎn)接地，其地線(xiàn)長(cháng)度不應超過(guò)波長(cháng)的1/20，否則，應采用多點(diǎn)接地。 2、浮動(dòng)接地與真正接地的比較 浮動(dòng)接地是指系統的各個(gè)接地端與大地不相連接。這種接地方法簡(jiǎn)單，但是對于與地的絕緣電阻要求較高，一般要求大于50MΩ，否則由于絕緣下降，會(huì )導致干擾。此外，浮空容易引起靜電干擾。 真正接地指系統的接地端與大地直接相連。只要接地良好，這種方式的抗干擾能力是比較強的。但接地工藝復雜，一旦接地不良反會(huì )引起不必要的干擾。 三、接地電阻的構成 任何生產(chǎn)商生產(chǎn)的電源裝置，都對其產(chǎn)品的接地電阻阻值作出了嚴格的要求。在其接地設計時(shí)，要以電源裝置的接地電阻要達到的阻值，作為設計其接地的技術(shù)依據。因此在此分析接地電阻的構成，以使在設計中可以在主要的環(huán)節采取相應的措施，以降低接地的電阻值。 (1) 接地引線(xiàn)電阻，是指由接地體至電源裝置接地母線(xiàn)間引線(xiàn)本身的電阻，其阻值與引線(xiàn)的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)； (2) 接地體（水平接地體、垂直接地體）本身的電阻，其阻值與接地體的材質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)； (3) 接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值與土壤的性質(zhì)、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面和接觸的緊密程度有關(guān)； (4) 從接地體開(kāi)始向遠處（20m）擴散電流所經(jīng)過(guò)的路徑土壤電阻，即散流電阻。決定散流電阻的主要因素是土壤的含水量。 四、降低接地電阻的主要措施 接地電阻雖由四部分構成，但前兩部分所占接地電阻的比例較小，起決定作用的是接觸電阻和散流電阻。故降低接地電阻阻值應從這兩部分開(kāi)展工作，從接地體的最佳埋設深度、不等長(cháng)接地體技術(shù)及化學(xué)降阻劑等方面來(lái)討論降低接觸電阻和散流電阻的方法。 1、垂直接地體的最佳埋設深度 垂直接地體的最佳埋設深度，是指能使散流電阻盡可能小，而又易達到的埋設深度。決定垂直接地體最佳深度，應考慮到三維地網(wǎng)的因素。所謂三維地網(wǎng)是指接地體的埋設深度與接地網(wǎng)的等值半徑處于同一數量級的接地網(wǎng)（即埋設深度與等值半徑之比大于1/10）。在可能的范圍內埋設深度應盡可能取最大值，但并不是埋設深度越深越好，如果把垂直接地體近似為半球接地體，其電阻為： Ｒ＝ρ／２πｒ＝ρ／２πＬ 式中：ρ—土壤電阻率； Ｌ—垂直接地體的埋設深度。 從式中可見(jiàn)，Ｒ與Ｌ成反比，為使Ｒ減小，Ｌ越大越好，但對上式偏微分： ａR／ａL＝－ρ／2πL2 可以得出，隨著(zhù)Ｌ的增大，降阻率ａR／ａL與L2成反比下降，當增大Ｌ到一定程度后，基本上呈飽和狀態(tài)，降阻率已趨近于零。垂直接地體的最佳埋設深度不是固定的，在設計中應按接地網(wǎng)的等值半徑、區域內的地質(zhì)情況來(lái)確定，一般取1.5m"2.5m間為宜。 2、不等長(cháng)接地體技術(shù) 由于在接地網(wǎng)中各單一接地體埋設的間距，一般僅等于各單一接地體長(cháng)度的兩倍左右，此時(shí)電流流入各單一接地體時(shí)，受到相互的制約而阻止電流的流散，即等于增加了各單一接地體散流電阻，這種影響電流流散的現象，成為屏蔽作用。如圖所示。由于屏蔽作用，接地體的散流電阻并不等于各單一接地體散流電阻的并聯(lián)值，此時(shí)，接地體組的散流電阻為： Ｒａ＝ＲＬ／ｎη 式中： ＲＬ—單一接地體的散流電阻； ｎ—接地體組并聯(lián)單一接地體的根數； η—接地體的利用系數，它與接地體的形狀和位置有關(guān)。 從理論上說(shuō)，距離接地體20m處為電氣上的“地”，即兩接地體間距大于40m時(shí)，可以認為接地體的利用系數η為１。但在接地網(wǎng)的接地體的布置上，是很難作到兩個(gè)單一接地體相距40m，為解決在設計實(shí)踐與理論分析中的矛盾，采取不等長(cháng)接地體技術(shù)，以便取得良好的效果。不等長(cháng)接地體技術(shù)，即為各垂直接地體的長(cháng)度各不相等，在接地體的布置上，采取垂直接地體布置為兩長(cháng)一短或一長(cháng)兩短，以使接地體組間的屏蔽作用減小到最小程度。不等長(cháng)接地體技術(shù)，從理論上到實(shí)踐中應用，都較好地解決了多個(gè)單一接地體間的屏蔽作用問(wèn)題，提高了各單一接地體的利用系數，降低接地體組的散流電阻。 3、化學(xué)降阻劑的應用 化學(xué)降阻劑的降阻機理是，在液態(tài)下從接地體向外側土壤滲出，若干分鐘固化后起著(zhù)增大散流電極接觸面積的作用。因降阻劑本身是一種良好的導體，將它使用于接地體和土壤之間，一方面能夠與金屬接地體緊密接觸，減小接地體與土壤的接觸電阻，形成足夠大的電流流通截面；另一方面，它能向周?chē)耐寥罎B透，降低土壤的電阻率，在接地體周?chē)纬梢粋�(gè)變化的低電阻區域。從而顯著(zhù)擴大接地體的等效直徑和有效長(cháng)度，對降低接觸電阻及散流電阻有著(zhù)明顯效果。如JZG-02型長(cháng)效防腐降阻劑的使用壽命可達20年以上，在其壽命周期內性能穩定，不需要維護保養，仍能具有良好的電解質(zhì)性能和吸水性，保持其良好的物理化學(xué)機理。 五、結束語(yǔ) 電源裝置接地的設計，要根據電源裝置的技術(shù)要求和所處地區的地理、地質(zhì)條件，采取不同的措施，以最高的性能價(jià)格比，并盡量采用新技術(shù)和新材料來(lái)設計。因“接地工程學(xué)”是一門(mén)多學(xué)科的邊緣學(xué)科，它涉及到地質(zhì)、電磁場(chǎng)理論、電氣測量、應用化學(xué)、鉆探技術(shù)、施工技術(shù)等多門(mén)學(xué)科，故仍需要在今后的工作中去研究，在實(shí)踐中不斷的探索，以確保電源裝置的安全可靠運行。 |
