電源裝置的接地系統

電源裝置由于自身結構的特點和工作特性所限，在復雜多樣的電磁環境中工作，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，是保證電源裝置可靠工作的一個極為重要的措施，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

    目前在我國應用的各種電源裝置的接地種類繁多，歸納起來可分為以下幾類��
    (1) 給電源裝置供電電源中性點的工作地：指穩定的供電系統中性點電位的接地；
    (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�熡址Q為邏輯地、工作地　，它為微電子裝置各個部分、各個環節提供穩定的基準電位（一般是零點位）。這個地可以接大地，也可以僅僅是一個公共點。系統地如果與大地不相連，即系統地處于懸浮工作狀態，稱之為浮空地；
    (5) 電源裝置的屏蔽地：為抑制各種干擾信號而設置的，屏蔽的種類很多，但都需要可靠的接地。

    屏蔽地就是屏蔽網絡的接地。盡管在實際應用中的電源裝置是由不同公司生產的，各公司的產品對接地的種類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絡。其接地線必須采用絕緣銅導線，連接到統一的接地點，以形成一個共同的電位點。

    二、微電子裝置的接地原則

    在自動化控制系統接地設計中，必須要遵循一點地的原則。因系統由多臺自動化設備構成，整個系統必須在一處接地。但系統接地線和接地電阻都不可能為零，尤其是在高頻或瞬變狀態下更是如此；另外，當有大電流從接地極注入大地時，接地極及其附近的大地電位升高，如有多點地則會出現接地點間的電位差，形成干擾。即使是同一臺設備中的系統地線，也應遵守一點地原則，否則就會形成接地環路，各點之間的接地電位差將會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系，分析接地網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“自動化裝置接地工程學”作為一門嶄新的學科，已受到自動化控制領域的重視，也為自動化裝置的接地系統研究和實踐奠定了理論基礎。

   各種電源裝置的接地種類及接地的技術指標要求因生產廠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重要的影響，不同的地有不同的處理技術，下面介紹電源裝置所應遵循的接地處理原則。

    1、一點接地與多點接地原則的應用

    就電子技術常識而言，在低頻電子線路中，布線和元件間的電感顯得并不嚴重，為了避免地線造成地環路，因此建議采用一點接地原則。

    對于高頻電子線路來說，電感的影響將更顯得突出，因為增加了地線的阻抗將導致各地線間的電感耦合。一般來說，頻率小于1MHz時可采用一點接地，而高于10MHz時則應采用多點接地。當頻率處于1MHz~10MHz之間時，如采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則，應采用多點接地。

    2、浮動接地與真正接地的比較

    浮動接地是指系統的各個接地端與大地不相連接。這種接地方法簡單，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，一旦接地不良反會引起不必要的干擾。

    三、接地電阻的構成

    任何生產商生產的電源裝置，都對其產品的接地電阻阻值作出了嚴格的要求。在其接地設計時，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節采取相應的措施，以降低接地的電阻值。
    (1) 接地引線電阻，是指由接地體至電源裝置接地母線間引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質有關；

    (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和幾何尺寸有關；
    (3) 接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值與土壤的性質、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；
    (4) 從接地體開始向遠處（20m）擴散電流所經過的路徑土壤電阻，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展工作，從接地體的 佳埋設深度、不等長接地體技術及化學降阻劑等方面來討論降低接觸電阻和散流電阻的方法。

    1、垂直接地體的 佳埋設深度

    垂直接地體的 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 佳深度，應考慮到三維地網的因素。所謂三維地網是指接地體的埋設深度與接地網的等值半徑處于同一數量級的接地網（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 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，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，降阻率已趨近于零。垂直接地體的 佳埋設深度不是固定的，在設計中應按接地網的等值半徑、區域內的地質情況來確定，一般取1.5m~2.5m間為宜。

    2、不等長接地體技術

    由于在接地網中各單一接地體埋設的間距，一般僅等于各單一接地體長度的兩倍左右，此時電流流入各單一接地體時，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值，此時，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。

    從理論上說，距離接地體20m處為電氣上的“地”，即兩接地體間距大于40m時，可以認為接地體的利用系數η為１。但在接地網的接地體的布置上，是很難作到兩個單一接地體相距40m，為解決在設計實踐與理論分析中的矛盾，采取不等長接地體技術，以便取得良好的效果。不等長接地體技術，即為各垂直接地體的長度各不相等，在接地體的布置上，采取垂直接地體布置為兩長一短或一長兩短，以使接地體組間的屏蔽作用減小到 小程度。不等長接地體技術，從理論上到實踐中應用，都較好地解決了多個單一接地體間的屏蔽作用問題，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、化學降阻劑的應用

    化學降阻劑的降阻機理是，在液態下從接地體向外側土壤滲出，若干分鐘固化后起著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，它能向周圍的土壤滲透，降低土壤的電阻率，在接地體周圍形成一個變化的低電阻區域。從而顯著擴大接地體的等效直徑和有效長度，對降低接觸電阻及散流電阻有著明顯效果。如JZG-02型長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性能和吸水性，保持其良好的物理化學機理。

    五、結束語

    電源裝置接地的設計，要根據電源裝置的技術要求和所處地區的地理、地質條件，采取不同的措施，以 高的性能價格比，并盡量采用新技術和新材料來設計。因“接地工程學”是一門多學科的邊緣學科，它涉及到地質、電磁場理論、電氣測量、應用化學、鉆探技術、施工技術等多門學科，故仍需要在今后的工作中去研究，在實踐中不斷的探索，以確保電源裝置的安全可靠運行。

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