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电子仪器的接地

2020-04-13 17:09
可靠性杂坛
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电子仪器均有交直流电源回路、信号输入及输出回路,这些回路经常处于强电电流用电设备运行时产生的电弧和火花、无线电波、电晕、磁暴等造成的杂散电磁场内,因而受到干扰。为了减少这种干扰和抑制噪声,保证电子仪器稳定可靠地工作,接地是最简单易行的方法。而且电子仪器接地,也可防止电击。

1.电子仪器接地的种类

接地种类主要分四种。

①信号接地 信号接地是用接地的方法为信号回路建立基准电位,以平衡信号的有无、放大倍数的高低和保持信号处于稳定状态。在数字电路中,“0”、“1”脉冲的转换也需要一个基准面作基础。这种以地作为基准面的接地,称为逻辑接地。

②功率接地 将交、直流电源造成的干扰泄入大地的接地称为功率接地,通过接地,将交、直流电源的传导来的信号,包括内部过电压的信号和耦合信号,予以消除或抑制。由于电源回路相对于电子回路来说是强功率,所以称为功率接地。滤波器能消除强功率电路造成的干扰,滤波器的接地也属于功率接地。

③屏蔽接地 为了防止外来电磁场干扰和与电气回路直接耦合产生的干扰,将电子屏蔽外壳或电子设备内、外的屏蔽线接地称为屏蔽接地。

④保护接地 为了防止人身电击而设置的接地。

2.电子仪器接地电阻的要求

电子仪器的接地电阻,除特殊要求的电子仪器另有规定外,一般将上述各种接地组合在一起,其接地电阻不大于4Ω。

①电子仪器采用一点接地 若电子仪器采用一点接地,是将工频交流接地和防雷接地一并采用共同接地极,其接地电阻不大于1Ω。

当采用共同接地,如电子仪器由架空线供电、建筑物接闪时,雷电流通过共同接地装置流入大地,在建筑物内部受到的纵向电压为

式中 Im——雷电流幅值,kA;

Zd——接地极阻抗,Ω;

Za——设备纵向输入电阻,Ω;

ZL——架空线特性阻抗,Ω;

h——导线对地高度,m;

r——导线半径,cm。

一般情况下,Im=150kA,Zd=5Ω,Za=5kΩ,ZL=300Ω,则UA近似为750kV,超过安全电压很多。因此当电子仪器的接地与防雷接地采用共同接地装置时,采用架空线供电是不安全的。

②电子仪器采用两点接地 将仪器接地与防雷接地分开设置,这时两者相互距离最好在20m以上。对于抗干扰较强的电子仪器,可根据其抗干扰能力,酌量减小电子仪器接地与防雷接地间的距离,但最小不能小于5m。

③电子仪器采用三点接地 这是在两点接地的基础上增设屏蔽接地。屏蔽接地根据电子仪器的不同要求决定是否设置。如设置单独屏蔽接地装置,则其接地电阻一般为30Ω。

采用埋地的金属护套电缆供电,当建筑物接闪时,流入地中的雷电流,一部分通过电缆金属外皮及接地装置向地下流散。由于电缆外皮的屏蔽作用,可认为外部电磁场在电缆芯线和护套间会产生感应电压,电缆外皮上受到冲击电压作用,芯线和护套间呈现冲击电压:

式中 IC——电缆外皮上的冲击电流峰值,kA;

R——电缆外皮单位长度的直流电阻,Ω/km;

ρ——土壤电阻率,Ω·m;

K——分散系数,其值见表1。

表1 分散系数K


设备所承受的纵向冲击电压

式中 ZA——设备纵向输入阻抗,Ω;

ZZO——电缆线芯与护套的特性阻抗,Ω。

一般情况下,ZA≥ZZO,可近似地认为UA=UZO。

如IC=50kA,R=0.7Ω/m,ρ=100Ω·m,K=1,则UA=2.1kV,在仪器上呈现的纵向冲击电压比采用架空进线小很多。因此为了避免雷击时遭受反击和保证仪器安全,应采用埋地金属外皮电缆供电。

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