远动中的接地技术综述

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(1.甘肃省电力公司检修公司，兰州 兰州 730000； 2.甘肃天水供电公司，甘肃 天水 741020)

1 电力系统接地概述

接地是指电气设备的某个部分与直接接触大地的金属导体(组)连接的现象。接地不仅起着保护设备安全的作用,而且还起着抗干扰的作用。远动系统分布在各发电厂、变电站，完成实时信息的收集、处理、传送，并接收、执行调度端的命令，运行条件相对较为恶劣，而实时信息又是从室外端子箱、保护屏、控制屏、计量屏等多处采集，通过通信系统传输到调度端，涉及多系统连接，且传输距离长短不一，信号种类、幅度各不相同。因此，微机远动系统同其他系统连接的电气问题就成为一个非常实际和极为重要的问题，解决处理不当就可能造成信息不准确、设备损坏、远动系统停用。

1.1 接地分类

(1)安全接地：使用交流电的设备必须通过黄绿色安全地线接地，否则当设备内的电源与机壳之间的绝缘电阻变小时，会导致电击伤害。

(2)雷电接地：出于防雷设计而要求的接地，一般由避雷针、下导体和与接地系统相连的接头组成。

(3)电磁兼容接地：出于电磁兼容设计而要求的接地，包括屏蔽接地、滤波器接地、噪声和干扰抑制 和电路参考等。

1.2 接地策略

(1)单点接地

所有电路的地线接到公共地线的同一点称为单点接地，这样接地的最大好处是没有地环路，信号就可以在不同的电路之间传输。

(2)多点接地

所有电路的地线就近接地，地线很短，适合高频接地。这种接地结构能够提供较低的接地阻抗，因此在高频电路中必须使用多点接地。

(3)混合接地

混合接地既包含了单点接地的特性，又包含了多点接地的特性。

2 运动中的接地技术

2.1 地线系统分析

在自动化相关系统中，一般有以下几种地线：信号地( 模拟地、数字地) 、安全地、系统地、交流地。

(1)模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位，直接与生产现场连接。数字地是计算机中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。两者都是为保证信号具有稳定的基准电压而设置的接地。

(2)安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全和防止电磁干扰和雷击等因素对设备的影响和损坏而设置的接地。通常安全地又称为保护地或机壳地，是为保证人身及设备安全而设置的接地。

(3)系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连如图1所示。地球是导体而目体积非常大，因而大地的静电容量也非常大，电位比较恒定，所以人们把它的电位作为基准电位，也就是零电位。一般系统维护人员很容易将安全地、系统地和交流地同等对待。其实三者相互联系，但绝不等同。

图1 回流法接地

(4)交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位取决于供电质量，一般情况下较为稳定，但并非理想状况下的零电位。在交流地上任意两点之间，往往有几伏甚至几十伏的电位差存在，很容易带来各种干扰。因此，交流地绝对不允许分别与上述几种地相连，而且交流电源变压的绝缘性能要好，绝对避免漏电现象。

显然，采用合理的接地方法是非常重要的。接地系统的选用一般可根据接地引线长度和电子设备的工作频率来计算高频阻抗及射频电阻，然后选用合适的方式，当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式，当频率高于10MH时，可以采用环( 网) 状接地方式。在1～10MHz之间，如果用单点接地时，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应环状接地。单点接地的目的是避免形成地环路，地环路产生的电流会引入到信号回路内引起干扰。

在过程控制计算机中，一般采用分别回流法单点接地。信号地、安全地(机壳地)的分别回流法如图1所示。回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由多层铜导体构成，截面呈矩形，各层之间有绝缘层。采用多层汇流条以减少自感，可减少干扰的窜入途径。在要求高的系统中，分别使用横向及纵向汇流条，机柜内各层机架之间分别设置汇流条，以最大限度地减少公共阻抗的影响。在空间上将数字地汇流条与模拟地汇流条间隔开，以避免通过汇流条间电容产生耦合。安全地( 机壳地) 始终与信号地( 模拟地、数字地) 是浮离开的。这些地之间只在最后会聚一点，并且常常通过铜接地板交汇然后用线径不小于300mm2的多股软线焊接在接地极上后深埋地下。

2.2 低频接地技术

(1)一点接地方式

信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用多点接地。一点接地主要有两种接法：即串联接地(或称共同接地)和并联接地(或称分别接地)如图2、图3所示。

图2 串联一点接地

图3 并联一点接地

从防止噪声角度考虑，如图2所示的串联接地方式是最不适用的。由于地电阻r1、r2和r3是串联的，所以各电路间相互发生干扰。虽然这种接地方式很不合理，但由于比较简单，用的地方仍然很多。当各电路的电平相差很大时就不能使用，因为高电平将会产生很大的地电流并干扰到低电平电路中去。使用这种串联一点接地方式时还应注意把低电平的电路放在距接地点最近的地方，即图2最接近于地电位的A点上。

并联接地式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。在远动系统中，如果多台设备接地线合用同一接地点，必须并联，严禁串联。

(2)实用的低频接地

一般在低频时用串联一点接地的综合接法，即在符合噪声标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接地，高电平电路经另一组共同地线接地。注意不要把功率相差很多、噪声电平相差很大的电路接入同一组地线接地。在一般的系统中至少要有3条分开的地线( 为避免噪声耦合，3种地线应分开)如图4所示，一条是低电平信号地线I；一条是继电器、电动机等的地线(称为噪声地线) ；一条是设备机壳地线( 称为金属件地线)。若设备使用交流电源，则电源地线应和金属件地线相连。这三条地线应在一点连接接地。使用这种方法接地时，可解决计算机控制系统的大部分接地问题。

图4 实用低频接地

3 通道馈线的接地技术

(1)电路一点地基准

一个实际的模拟量输入通道，总可以简化成由信号源、输入馈线和输人放大器3部分组成。如图5所示的将信号源与输入放大器分别接地的方式是不科学的。它在受到磁场耦合影响的同时，还会以为A、B两点地电位不等而引起环流噪声干扰。忽略导线电阻，误认为A和B两点都是大地地电位应该相等，是导致这种接地错误的根本原因。实际上，由于各处接地体几何形状、材质、埋地深度不可能完全相同，土壤的电阻率因地层结构各异也相差甚大，使得接地电阻和接地电位可能有很大的差值。这种接地电位的不相等，几乎每个控制现场都要碰到。为了克服双端接地的缺点，应将图5输入回路改为单端接地方式。当单端接地点位于信号源端时，放大器电源不接地：当单端接地点位于放大器端时，信号源不接地。

图5 不科学的接地方式

(2)电缆屏蔽层的接地

当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地的(即使不是接大地)放大器相连时，输入线的屏蔽应接至放大器的公共端：当接地信号源与不接地放大器相连时，即使信号源端接的不是大地，输入线的屏蔽层也应接到信号源的公共端。这种单端接地方式如图6所示。

图6 电缆屏蔽层单端接地方式

4 主机外壳接地与多机系统接地

为了提高计算机的抗干扰能力，将主机外壳作为屏蔽罩接地。而把机内器件架与外壳绝缘，绝缘电阻大于50MΩ，即机内信号地浮空如图7所示。这种方法安全可靠，抗干扰能力强，但制造工艺复杂，一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。

图7 主机外壳接地方式

通常，一幢建筑物存在多种接地。除上面提到的设备接地外，还有重复接地、防雷接地等。可以利用建筑物金属体在房间内将有关的和内部有连接的各电子设备之间作为等电位联结，建筑物结构金属体起到一种屏蔽作用，类似于计算机外壳屏蔽。

在计算机网络系统中，多台计算机之间相互通信，资源共享。如果接地不合理，将使整个网络系统无法正常工作。近距离的几台计算机安装在同一机房内，可采用类似图8那样的多机一点接地方法。对于远距离网络多台计算机之间的数据通信，可通过隔离的办法把地分开。

图8 多机一点接地方式

5 举例 视频监控系统接地

目前,视频监控系统一般采用视频传输,其频率不超过6MHz。因此,建议采用一点接地方式。视频监控系统的接地网由接地线、接地母线、接地干线、主接地母线(总接线端子)、接地引入线和接地体6部分组成,其结构示意图如图9所示。

图9 电视监控系统的接地网结构

在本系统的接地处理过程中,根据设备所处的地理位置不同,可以设置几个接地母线连接点(尽可能少) ,将若干个相近的设备单独用接地线接到同一条接地母线,各接地母线通过相应的接地干线再连接到系统的唯一一条主接地母线(总接线端子) ,最后由接地引入线连接至接地体,这就是所谓的一点接地方式。系统中各设备接地的设计和具体施工,以及接地线、接地母线、接地干线、主接地母线、接地引入线和接地体的处理工艺都应该严格按照有关技术操作规范要求进行。

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