因接地不規(guī)范引起的故障原因和防治

杜水紅   毛亞斌

鄭州市自來水總公司

引言

    某水廠濾池自動(dòng)化投入運(yùn)行后，為了防止停電引起氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，在原來供電的基礎(chǔ)上增加了UPS不間斷電源。在更換UPS電源時(shí)，先后兩次出現(xiàn)了通訊網(wǎng)絡(luò)電纜帶電，導(dǎo)致系統(tǒng)主站與各子站(就地控制柜)不能正常通訊。無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖，通訊接口從通訊模塊中拔出，通訊電纜長(zhǎng)時(shí)間維持lV電壓。

    出現(xiàn)問題后，把UPS電源從系統(tǒng)中退出，恢復(fù)原來的供電方式。自動(dòng)化系統(tǒng)仍不能正常通訊。經(jīng)仔細(xì)查找故障原因，發(fā)現(xiàn)就地控制柜的強(qiáng)電保護(hù)接地(外殼接地、避雷接地)與弱電工作接地(PLC接地，直流電源接地，觸摸屏接地)在機(jī)箱外殼的接地螺栓上連接。而已接地螺栓并沒有通過地線與低壓配電樞的接地相連接。

1、強(qiáng)電保護(hù)接地與弱電工作接地

    這是兩種不同的工作方式。對(duì)于電力電子設(shè)備將接地線直接接在大地上或者接在一個(gè)作為參考電位的導(dǎo)體上，當(dāng)電流通過該參考電位時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生電壓降。然而南于不合理的接地，反而會(huì)引入了電磁干擾，比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等，從而導(dǎo)致電力電子設(shè)備工作不正常。

    (1)安全接地。

    安全接地即將機(jī)殼接大地。一是防止機(jī)殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全；二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機(jī)殼帶電時(shí)，促使電源的保護(hù)動(dòng)作而切斷電源，以便保護(hù)工作人員的安全。

    ①防雷接地。當(dāng)電力電子設(shè)備遇雷擊時(shí)，不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，電力電子設(shè)備都將受到極大傷害。為防止雷擊而設(shè)置避雷針，以防雷擊時(shí)危及設(shè)備和人身安全。

    ②工作接地。這種相對(duì)的零電位會(huì)隨著外界電磁場(chǎng)的變化而變化，從而場(chǎng)導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。當(dāng)該基準(zhǔn)電位與大地連接時(shí)，基準(zhǔn)電位視為大地的零電位，而不會(huì)隨著外界電磁場(chǎng)的變化而變化。但是不正確的工作接地反而會(huì)增加干擾。比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等。

為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地工作，根據(jù)電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類，比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號(hào)地、功率地、電源地等，不同的接地應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置。

    ③屏蔽接地。屏蔽與接地應(yīng)當(dāng)配合使用，才能起到屏蔽的效果。

    (2)工作接地。

    按工作頻率而采用以下幾種接地方式：

    ①單點(diǎn)接地。工作頻率低(<1MHZ)的采用單點(diǎn)接地式(即把整個(gè)電路系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)看作接地參考點(diǎn)，所有對(duì)地連接都接到這一點(diǎn)上，并設(shè)置一個(gè)安全接地螺栓)，以防兩點(diǎn)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個(gè)電路的單點(diǎn)接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種，由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點(diǎn)接地式。

    ②多點(diǎn)接地。工作頻率高(>30MHz)的采用多點(diǎn)接地式(即在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路)。因?yàn)榻拥匾�線的感抗與頻率和長(zhǎng)度成正比，工作頻率高時(shí)將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長(zhǎng)度盡量短。采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找最接近的低阻值接地面接地。

    ③混合接地。工作頻率介于l～30MHz的電路采用混合接地式。

    ④浮地。浮地式即該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接。其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受大地電性能的影響；其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)和增加了對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾。因此，浮地的效果不僅取決于浮地的絕緣電阻的大小，而且取決于浮地的寄生電容的大小和信號(hào)的頻率。

    (3)接地電阻

    ①對(duì)接地電阻的要求。一般要求接地電阻小于4Ω；對(duì)于移動(dòng)設(shè)備，接地電阻可小于10Ω。

    ②降低接地電阻的方法。它有以下三種：

    a．降低接地線電阻，為此要選用總截面大和長(zhǎng)度短的多股細(xì)導(dǎo)線；b．降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓、接地極緊密又牢靠地連接并要增加接地極和土壤之間的接觸面積與緊密度；c．降低地電阻，為此要增加接地極的表面積和增加土壤的導(dǎo)電率。

2、濾池接地故障原因和解決辦法

    濾池就地控制柜的強(qiáng)電保護(hù)接地與弱電的工作接地接在一起，而且沒有與低壓配電柜的接地相連，就容易出現(xiàn)以下問題。一是交流電的保護(hù)接地沒有弱電接地要求高、交流電路的電流較強(qiáng)、電壓較高，地線的干擾較大。保護(hù)接地在電路進(jìn)行開/關(guān)電源時(shí)、有雜散電流，由于保護(hù)接地與弱電接地接在一起，電流就竄人了弱電系統(tǒng)，使通訊網(wǎng)絡(luò)帶電，導(dǎo)致濾池自動(dòng)化系統(tǒng)不能正常工作；二是單個(gè)就地控制柜沒有接地，當(dāng)電氣設(shè)備的絕緣破壞，將導(dǎo)致機(jī)殼帶電危及操作人員的生命安全，所以這種接地方式是不正確的。

    所以濾池的接地方式，應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，在就地控制柜上把保護(hù)接地和弱電工作接地相互分開各自獨(dú)立，保護(hù)接地應(yīng)接機(jī)殼的接地螺栓，工作接地通過絕緣子與保護(hù)接地分開，然后再用接地線與接地體連接，這樣保護(hù)接地與接地極相連，使機(jī)殼電位與大地等電位，保護(hù)了操作人的安全。弱電接地與接地極相連，使系統(tǒng)正常工作，并且消除了強(qiáng)電接地的干擾。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)