我們都知道地線設(shè)置首先以保障人身安全為首要,保證漏電時的泄電回路要短,最大可能減小或避免人身傷害;其次在強弱電系統(tǒng)的設(shè)計中,我們經(jīng)常使用地線(大地)作為零位參考點,設(shè)備電路的整體設(shè)計都是基于此參考點,因此純凈的地線環(huán)境對機場安檢設(shè)備的正常運行非常重要。
現(xiàn)實中,各種低壓配電系統(tǒng)共存,同一個低壓配電系統(tǒng)下又有各種不同負載的設(shè)備(重載、輕載、感性、容性),地線不可避免的會串入各種各樣的干擾,本文將從地線布置、地線干擾來源兩個方面引入,然后結(jié)合常見的安檢設(shè)備簡單講解地線干擾的危害及如何有效減輕或避免干擾。
國內(nèi)常見低壓配電系統(tǒng)根據(jù)地線的不同分為三種,TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng);
A)TN-S系統(tǒng),零線地線獨立分開,設(shè)備外殼均連接獨立的PE線,地線沒有設(shè)備運行電流流過,純凈度較好,此類地線應(yīng)該是最好的布線方式,但是設(shè)備間的電磁輻射干擾、地環(huán)路干擾等不可避免。
B)TN-C系統(tǒng),零線與地線是同一條線,即俗稱零地合一系統(tǒng),這在很多老的工廠都采用此種地線布置,限零線既充當(dāng)三相不平衡電流的回流路徑,同時又連接機器外殼作為漏電時的人身保護,但大部分用電環(huán)境三相不可能完全平衡,零線必然流過不平衡電流,這個電流在地線上會產(chǎn)生電壓差,這也構(gòu)成了設(shè)備很大的干擾來源,所以此類系統(tǒng)地線純凈度很差。
C)TN-C-S系統(tǒng),上述兩種系統(tǒng)復(fù)合系統(tǒng),兼有上述兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點。
地線干擾的來源
首先,什么是干擾?干擾是指在無設(shè)備漏電的情況下本該純凈無電流的地線,現(xiàn)在有電流流過,因為地線并非真正零阻抗,這個電流必然在地線上產(chǎn)生壓差。而這個壓差便改變了我們電路設(shè)計的零位參考點,引起設(shè)備誤動作,嚴(yán)重時可能造成設(shè)備損壞,甚至人身傷害。
A)地環(huán)路干擾
同一個低壓配電系統(tǒng)下,設(shè)備外殼連接同一條地線,設(shè)備與設(shè)備間構(gòu)成地環(huán)路;若其中包含功率重載電氣設(shè)備,那么在重載設(shè)備的啟停環(huán)節(jié)甚至正常運行環(huán)節(jié)難免將干擾耦合進地環(huán)路,特別是零地合一的低壓系統(tǒng)。
B)公共阻抗干擾
當(dāng)多個設(shè)備共用一個地線時,由于電線阻抗原因,一個設(shè)備的地將受到另一個設(shè)備地電流的調(diào)制,這樣一個電路中的干擾便可耦合到另一個電路。
C)零地合一干擾
零地合一系統(tǒng)的地線就是零線,若低壓配電系統(tǒng)三相失衡,則零線自然流過不平衡電流,這個電流同樣會影響設(shè)備的正常運行。
D)電磁輻射干擾
若設(shè)備周圍存在較嚴(yán)重的電磁輻射(譬如位于感性設(shè)備旁邊),那么這個電磁輻射便可能在地線中耦合出電流,地線也會像天線一樣向周圍發(fā)射電磁輻射。
地線干擾的危害
以下簡單列舉幾例常見的干擾帶來的危害:
A)干擾引起電源工作異常
很多閉環(huán)開關(guān)電源的輸出反饋點均參考大地,若地線干擾引起零位漂移,則將反饋回來一個錯誤的信號給控制系統(tǒng),引起電源輸出異常;
高精密的設(shè)備一般均配備帶有功率補償電路的高檔直流電源,若零點漂移引起功率補償電路的系統(tǒng)過零相位檢測錯誤,錯誤的打開補償MOS,引起火零短路,則直接燒毀電源。
B)干擾引起放大器工作異常
很多精密儀器例如爆炸物探測器,探測器的原始電信號非常微弱,需要極其精密的模擬放大器進行放大,然后數(shù)字化傳輸?shù)讲杉到y(tǒng),若現(xiàn)場環(huán)境地線干擾過大,將造成放大器的工作異常,輕則模擬信號失真,嚴(yán)重甚至燒毀放大器。
C)干擾引起電磁探測探測設(shè)備工作異常
若周圍設(shè)備運行時干擾過大,這個干擾一方面通過空氣電磁輻射,另一方面輻射直接串入地線環(huán)路,無論何種形式,均對電磁敏感型探測設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,引起電磁探測設(shè)備誤動作、誤報警
常見的電磁探測型設(shè)備,如安檢門,利用磁場切割探測金屬目標(biāo)物,若空間電磁輻射或是地線串?dāng)_非常厲害,很容易造成安檢門誤報警。
D)干擾引起設(shè)備誤動作
很多動作型器件,如電磁閥、繼電器、或壓敏型器件(如MOS管-壓控開關(guān)),若地線干擾過大時,很容易引起器件誤動作,造成設(shè)備非預(yù)期動作甚至人身傷害。
如何有效減輕或避免干擾
A)切斷地環(huán)路干擾
若設(shè)備不可避免與干擾較大的機器放在一起,且地線與此機器均在一條回路上,那么可行的辦法是摘除設(shè)備的地線,這就是所謂的浮地,但是浮地是不符合安全設(shè)計的,因為沒了地線的保護,若設(shè)備漏電,可能引起人身傷害,但可以通過設(shè)備單獨設(shè)地進行補救。
B)獨立設(shè)地,切斷公共阻抗耦合回路
若公用一段接地線,很難避免一個設(shè)備的干擾抬升公用阻抗的電壓,這個電壓也勢必會引起設(shè)備工作異常,可行的辦法是重要設(shè)備單獨設(shè)地,即多點接地,不再和其它設(shè)備共用地線。
C)TN-C零地合一系統(tǒng)改造為TN-C-S或TN-S系統(tǒng)
若是明顯由于零地合一引起設(shè)備工作異常,可行的做法是給低壓配電系統(tǒng)增設(shè)地線,將設(shè)備大地連接到獨立的地線上,可以是局部做地,也可全廠做地,最不濟,也應(yīng)將重要設(shè)備單獨做地。
D)線纜的屏蔽線的處理
很多信號傳輸線纜或電力線纜,外層均包裹了一層靜電屏蔽網(wǎng),若設(shè)備干擾過大,可考慮將線纜的屏蔽線接大地或直流電源的0V點,若是接上后的干擾較大,則應(yīng)考慮屏蔽線浮地,至于屏蔽線,要靈活運用,不能簡單的說接上肯定好。
E)精密儀器放大器加裝金屬外殼
精密儀器放大器部分,常見做法是加裝金屬靜電屏蔽外殼,與屏蔽線纜類似,避免主要的外界空間電磁輻射對放大器的影響。
以民航安檢門為例來分析,安檢門探測原理是利用了電磁場的變化來進行探測,而安檢門按照最佳通道布置又常布置在行李檢測X光機旁邊,若出現(xiàn)了干擾引起的誤報警,那我們可以做以下工作:
如為X光機電磁輻射干擾,可以修改安檢門工作頻率規(guī)避電磁輻射干擾,也可以適當(dāng)改變安檢門的擺放位置;
如為X光機地線串?dāng)_,可以摘開安檢門電源輸入側(cè)的地線測試,若可行,能否給安檢門加設(shè)單獨地線以符合安全要求。
總結(jié)
以上,充分說明設(shè)備的正常運行離不開純凈良好的地線,工程師在設(shè)計及設(shè)備維護中都應(yīng)多考慮電磁兼容性的問題,靈活處理地線,最大化的減輕干擾,提高設(shè)備的抗干擾能力。