浅析自动化系统远动接地技术

摘要：下文首先阐述了电力系统中几种接地方式及其特点，并分别从低频接地技术、通道馈线的接地技术和主机外壳接地与多机系统接地进行了分析。

关键词：地线；低频；通道馈线；主机外壳；多机系统；接地

Abstract: the first expounded the earthing types in the power system and its characteristic, and separately from the low frequency grounding technology, channel of grounding technology and host feeder ground and computer system shell grounding is analyzed.

Key words: ground; Low frequency; Channel feeder; Host shell; Many machine system; grounding

中图分类号： C931.9文献标识码：A 文章编号：

1地线

电力系统按接地处理方式可分为大电流接地系统(包括直接接地,电抗接地和低阻接地)、小电流接地系统(包括高阻接地,消弧线圈接地和不接地)。我国3～66kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式,即为小电流接地系统。在小电流接地系统中,单相接地是一种常见的临时性故障,多发生在潮湿、多雨天气。发生单相接地后,故障相对地电压降低,非故障两相的相电压升高,但线电压却依然对称,因而不影响对用户的连续供电,系统可运行1～2h,这也是小电流接地系统的最大优点。但是若发生单相接地故障时电网长期运行,因非故障的两相对地电压升高倍,可能引起绝缘的薄弱环节被击穿,发展成为相间短路,使事故扩大,影响用户的正常用电。还可能使电压互感器铁心严重饱和,导致电压互感器严重过负荷而烧毁。同时弧光接地还会引起全系统过电压,进而损坏设备,破坏系统安全运行。因此,值班人员一定要熟悉接地故障的处理方法,当发生单相接地故障时,必须及时找到故障线路予以切除。

在自动化系统中，一般有信号地（模拟地、数字地）、安全地、系统地、交流地几种地线。

信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的基准线，由于信号弱，易受干扰，所以对信号地的要求较高。模拟地作为传感器,变送器,放大器,A/D和D/A转换中模拟电路的零电位.模拟信号有精度要求,有时信号比较小,而且与生产现场相连。数字地作为控制系统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。

安全地的目的是使设备机壳与大地等电位,以避免机壳带电影响人身和设备的安全.通常安全地又称为保护地或机壳地,机壳包括机架,外壳,屏蔽罩等。

系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。地球是导体且体积相当大，所以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。

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，而且交流电源变压器的绝缘性能要好，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至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。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低频接地技术

2.1一点接地方式

信号地线的接地方式应采用一点接地。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）。

从防止噪声角度考虑，串联接地方式是最不适用的。由于地电阻是串联的，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。

并联接地方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。

2.2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），一条是低电平信号地线；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。

3通道馈线的接地技术

3.1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。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，还会判断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。

3.2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。

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50M欧姆，即机内信号地浮空。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。

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。例如：采用变压器隔离技术，光电隔离技术和无线电通信技术。