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1、安全、电磁兼容与接地安全、电磁兼容与接地0 0 引言引言接地系统的作用接地系统的作用人身安全防护人身安全防护 防止故障电流对人体带来的电击伤害防止故障电流对人体带来的电击伤害设备安全防护设备安全防护 防止故障电流和雷击电流对设备引起危险电防止故障电流和雷击电流对设备引起危险电 压压EMCEMC目的目的 防止或减少辐射及传导骚扰对设备本身或外防止或减少辐射及传导骚扰对设备本身或外 部设备的干扰部设备的干扰2 2 电磁兼容电磁兼容2.1 2.1 电子设备功能下降或丧失的原因电子设备功能下降或丧失的原因d d）由于出现幅度过大的尖峰电压，使半导）由于出现幅度过大的尖峰电压，使半导体处于不能自动复原的
2、导通状态，造成电体处于不能自动复原的导通状态，造成电路运作的停止。路运作的停止。由电子电路构成的设备，均要求进行抗扰由电子电路构成的设备，均要求进行抗扰度试验，电磁式设备不必度试验，电磁式设备不必2 2 电磁兼容电磁兼容2.2 2.2 电力系统电磁环境特点电力系统电磁环境特点属于属于IEC 61000-2-5IEC 61000-2-5中的中的5 5级（最严酷等级）级（最严酷等级）骚扰现象十分复杂骚扰现象十分复杂同一电磁现象产生多种骚扰同一电磁现象产生多种骚扰具有几乎所有的电磁骚扰类型具有几乎所有的电磁骚扰类型骚扰强度大、危害大骚扰强度大、危害大2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现
3、象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象1 1：一次回路操作：一次回路操作 隔离开关操作高压母线隔离开关操作高压母线 断路器操作高压母线断路器操作高压母线/线路线路 电容器组投切电容器组投切 空载变压器空载变压器/电抗器投切电抗器投切 2 2 电磁兼容电磁兼容影响影响1 1：电压波动电压波动 1.2/50s 1.2/50s8/20s8/20s浪涌浪涌 快速瞬变脉冲群快速瞬变脉冲群 振铃波（振铃波（100kHz100kHz）阻尼振荡波（阻尼振荡波（1MHz1MHz）阻尼振荡磁场阻尼振荡磁场 高频感应电压高频感应电压 母线母线/高压线路暂态电磁场辐射高压线路暂态电磁场辐射 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3
4、 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象2 2：雷击雷击影响影响2 2：1.2/501.2/508/20s8/20s浪涌浪涌10/700s10/700s浪涌浪涌脉冲磁场脉冲磁场阻尼振荡波阻尼振荡波 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象3 3：高压母线单相接地（电网故障）高压母线单相接地（电网故障）影响影响3 3：电压突降电压突降/中断中断浪涌（浪涌（100/1300s，1.2/508/20s）阻尼振荡波阻尼振荡波工频磁场工频磁场 脉冲磁场脉冲磁场 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象4
5、 4：高压母线高压母线/线路产生的磁场线路产生的磁场 影响影响4 4：工频磁场工频磁场 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象5 5：二次回路操作：二次回路操作：继电器动作继电器动作 开关拉合开关拉合影响影响5：电压波动电压波动快速瞬变脉冲群快速瞬变脉冲群 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象6 6：无线电收发机的电磁发射信号无线电收发机的电磁发射信号 影响影响6 6：辐射电磁场辐射电磁场 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象7 7：电晕、局部放电电晕、
6、局部放电 影响影响7 7：辐射电磁场辐射电磁场 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象8 8：静电放电（静电放电（ESDESD）影响影响8 8：ESD ESD 2 2 电磁兼容电磁兼容2.3 2.3 电磁骚扰现象及影响电磁骚扰现象及影响现象现象9 9：电源质量电源质量影响影响9 9：谐波谐波 电压波动电压波动 频率变化频率变化 电压突降电压突降/中断中断 频率变化频率变化 三相电压不平衡三相电压不平衡 2 2 电磁兼容电磁兼容2.4 2.4 电力系统主要骚扰源电力系统主要骚扰源a a）大功率电气设备，例如发电机、变压器；）大功率电气设备，例如发电机
7、、变压器；b b）高压开关和隔离开关；）高压开关和隔离开关；c c）高压线路和母线；）高压线路和母线；d d）手持式无线电收发机及其它电磁辐射源；）手持式无线电收发机及其它电磁辐射源；2 2 电磁兼容电磁兼容2.4 2.4 电力系统主要骚扰源电力系统主要骚扰源e e）电线电缆；）电线电缆；f f）分散的接地网和大型接地环；）分散的接地网和大型接地环；g g）雷电；）雷电；h h）系统故障；）系统故障；i i）人体或物品的静电放电（）人体或物品的静电放电（ESDESD）；）；j j）二次回路的开关和继电器；）二次回路的开关和继电器；k k）其它电气设备，例如整流器、电焊机、开）其它电气设备，例如
8、整流器、电焊机、开关电源等关电源等 2.5 2.5 抗干扰接地抗干扰接地2.5.1 2.5.1 接地的种类接地的种类信号地信号地各种物理量的信号传感器和信号源各种物理量的信号传感器和信号源的零电位的公共基准地的零电位的公共基准地模拟地模拟地模拟电路零电位的公共基准地模拟电路零电位的公共基准地数字地数字地数字电路零电位的公共基准地数字电路零电位的公共基准地功率地功率地负载电路或驱动电路零电位的公共负载电路或驱动电路零电位的公共基准地基准地电源地电源地电源零电位的公共基准地电源零电位的公共基准地屏蔽地屏蔽地电磁屏蔽的零电位公共基准地电磁屏蔽的零电位公共基准地2.4 2.4 抗干扰接地抗干扰接地2.
9、5.2 2.5.2 目的目的把骚扰电流导入大地，减低或消除对电子电把骚扰电流导入大地，减低或消除对电子电路的影响。路的影响。2.5.3 2.5.3 功能地设计原则功能地设计原则低阻抗地线低阻抗地线粗、短、直的地线，良好的粗、短、直的地线，良好的导电体和可靠的接触；导电体和可靠的接触；避免形成地环路，以消除因环路产生的磁感避免形成地环路，以消除因环路产生的磁感应干扰；应干扰；避免地电流的相互串扰。避免地电流的相互串扰。2.5 2.5 抗干扰接地抗干扰接地2.5.4 2.5.4 接地设计导则（传统的方法）接地设计导则（传统的方法）a)a)在在PCBPCB设计中，信号地、数字地、模拟设计中，信号地、
10、数字地、模拟地（地（弱电地弱电地）与功率地、电源地（）与功率地、电源地（强电地强电地）和屏蔽地分开设置，并最少达到功能性绝和屏蔽地分开设置，并最少达到功能性绝缘要求；缘要求；b)b)在装置设计中，弱电地应与保护地（安在装置设计中，弱电地应与保护地（安全地）分开设置，并最少达到基本绝缘要全地）分开设置，并最少达到基本绝缘要求；求；2.5 2.5 抗干扰接地抗干扰接地2.5.4 2.5.4 接地设计导则（传统的方法）接地设计导则（传统的方法）c)c)在装置设计中，强电地、屏蔽地可与保护在装置设计中，强电地、屏蔽地可与保护地合并于保护接地端子或保护接地点；地合并于保护接地端子或保护接地点；d)d)在
11、屏、柜设计中，弱电地应与保护地（安在屏、柜设计中，弱电地应与保护地（安全地）分开设置并绝缘，并至少以双重绝缘全地）分开设置并绝缘，并至少以双重绝缘或加强绝缘与危险带电部分隔离。或加强绝缘与危险带电部分隔离。2.5 2.5 抗干扰接地抗干扰接地2.5.4 2.5.4 接地设计导则（传统的方法）接地设计导则（传统的方法）功率电路功率电路模拟模拟电路电路数字电路数字电路2.5.4 2.5.4 接地设计导则（传统的方法）接地设计导则（传统的方法）2.5.4 2.5.4 接地设计导则（传统的方法）接地设计导则（传统的方法）2.5.4 2.5.4 接地设计导则（传统的方法）接地设计导则（传统的方法）特点：
12、特点：安全地、功率地（噪声地或强电地）、安全地、功率地（噪声地或强电地）、数字地（或弱电地）在装置一级分别数字地（或弱电地）在装置一级分别设设置（置（3 3地）；或安全地、功率地合并，地）；或安全地、功率地合并，与数字地分别设置（与数字地分别设置（2 2地地）在运行现场在运行现场“3 3地地”（或（或“2“2地地”）合一）合一2.5 2.5 抗干扰接地抗干扰接地2.5.5 2.5.5 绑接设计方法（新的观点）绑接设计方法（新的观点）33 77 a)a)发电厂、变电站的接地原则是形成一个发电厂、变电站的接地原则是形成一个三维的网状网络地，所有设备间的接地实三维的网状网络地，所有设备间的接地实现等
13、电位绑接；现等电位绑接；b)b)所有建筑物金属结构件、金属管道、电所有建筑物金属结构件、金属管道、电气设备金属外壳，包括电子设备的金属隔气设备金属外壳，包括电子设备的金属隔室、电缆支架或托盘、升降机等，均应实室、电缆支架或托盘、升降机等，均应实现电气连接；现电气连接；2.5 2.5 抗干扰接地抗干扰接地2.5.5 2.5.5 绑接设计方法（新的观点）绑接设计方法（新的观点）c)c)放弃原有的将电子电路的功能地、屏蔽地、放弃原有的将电子电路的功能地、屏蔽地、设备外壳地（安全地）隔离的作法；设备外壳地（安全地）隔离的作法；d)d)各种（接）地均就近与接地网相连；各种（接）地均就近与接地网相连；e)
14、e)作为机柜的外壳，形成互连的网状（接地）作为机柜的外壳，形成互连的网状（接地）结构，各种地均就近与外壳（地）可靠连接；结构，各种地均就近与外壳（地）可靠连接；2.5 2.5 抗干扰接地抗干扰接地2.5.5 2.5.5 绑接设计方法（新的观点）绑接设计方法（新的观点）f)f)尽量作到等电位互联；尽量作到等电位互联；g)g)越是敏感的设备，接地网络的格子应越小越是敏感的设备，接地网络的格子应越小h)h)在具有良好的网状网络地后，单个的接地在具有良好的网状网络地后，单个的接地导体可以弃而不用，但导体可以弃而不用，但PEPE（安全保护接地）（安全保护接地）导线仍应保留导线仍应保留（似乎与前述矛盾）（
15、似乎与前述矛盾）关键：可靠的网状的接地网是否真正形成关键：可靠的网状的接地网是否真正形成2.5.5 2.5.5 绑接设计方法（新的观点）绑接设计方法（新的观点）新观点认为过时的方法新观点认为过时的方法2.5.5 2.5.5 绑接设计方法（新的观点）绑接设计方法（新的观点）新观点认为可行的方法新观点认为可行的方法3 3 目前的接地方法目前的接地方法3.1 3.1 装置接地装置接地在装置外壳分别设置功能接地点和安全在装置外壳分别设置功能接地点和安全接地点，所有功能地接于功能接地点接地点，所有功能地接于功能接地点所有金属外壳实现导电性互连并接地所有金属外壳实现导电性互连并接地3 目前的接地方法目前的
16、接地方法3.2 3.2 屏柜接地屏柜接地 基于以下观点，按照传统的方法接地：基于以下观点，按照传统的方法接地：装置内部功能地的浮空设计，要求采用双重装置内部功能地的浮空设计，要求采用双重绝缘或加强绝缘与安全地隔离绝缘或加强绝缘与安全地隔离设备运行现场接地网的不完善，可能有不同设备运行现场接地网的不完善，可能有不同的地电位的地电位3.2 3.2 屏柜接地屏柜接地接地方法：接地方法：最少分别设置功能地和安全地最少分别设置功能地和安全地,两者可靠绝缘两者可靠绝缘功能地以功能地以100mm铜排作为接地导体铜排作为接地导体安全地设在柜体上安全地设在柜体上装置的功能地以装置的功能地以2.5mm黄绿色导线可
17、靠接于黄绿色导线可靠接于铜排铜排装置的安全地接于柜体（安全地）上，用最装置的安全地接于柜体（安全地）上，用最小为小为2.5mm黄绿双色线可靠连接黄绿双色线可靠连接3 3 目前的接地方法目前的接地方法3.3 3.3 现场接地现场接地3.3.1 3.3.1 方法方法1 1安全地和功能地分别设置，两个接地点安全地和功能地分别设置，两个接地点在接地网合并在接地网合并3.3.2 3.3.2 方法方法2 2安全地、强电地、弱电地分别设置安全地、强电地、弱电地分别设置3 3个接地点在接地网会合个接地点在接地网会合4 4 接地符号接地符号标准规定的接地符号标准规定的接地符号一般的接地符号一般的接地符号保护导体
18、接地符号保护导体接地符号机壳地符号机壳地符号等电位地符号等电位地符号无噪声接地符号无噪声接地符号5 5 对接地的小结对接地的小结5.1 5.1 接地分类接地分类5.1.1 安全接地安全接地（safety earthing，safety grouding/US）出于对人和动物安全或设备安全的一种接地。出于对人和动物安全或设备安全的一种接地。可分为：可分为：保护接地保护接地（protective earthing，protective grouding/US）(IEC)为保护人身安全，将某一系统、装置或设备的为保护人身安全，将某一系统、装置或设备的一点或多点接地一点或多点接地 防雷接地防雷接地 为
19、为防止（一次）雷击造成建筑物、系统、装置防止（一次）雷击造成建筑物、系统、装置 或设备损毁的接地或设备损毁的接地5 5 对接地的小结对接地的小结5.1.2 5.1.2 功能接地功能接地（functional earthingfunctional earthing，functional grouding functional grouding /US /US）(IEC)(IEC)用于非电气安全目的，而考虑系统、装置用于非电气安全目的，而考虑系统、装置或设备功能的一点或多点接地。可分为：或设备功能的一点或多点接地。可分为：a)a)信号地、数字地和模拟地（弱电地）信号地、数字地和模拟地（弱电地）b)
20、b)功率地、电源地（强电地）功率地、电源地（强电地）c c）屏蔽地）屏蔽地5 5 对接地的小结对接地的小结5.2 5.2 接地方式接地方式传统的星形接地：传统的星形接地：不同的接地分开并隔不同的接地分开并隔离离新的观点三维网状接地网的就近接地新的观点三维网状接地网的就近接地：不区分接地类型，就近与接地网络相连不区分接地类型，就近与接地网络相连行业上行业上目前采用传统的星形接地方式目前采用传统的星形接地方式的居多的居多6 6 主要参考文献主要参考文献11 Henry W.Ott Henry W.Ott：Noise reduction Noise reduction techniques in e
21、lectronic system,2nd techniques in electronic system,2nd edition edition 2 2 Tim Wiliams:EMC for product Tim Wiliams:EMC for product DesignersDesigners33 国际大电网会议国际大电网会议36.0436.04工作组：发电厂和工作组：发电厂和变电站电磁兼容设计导则变电站电磁兼容设计导则44 何金良：电力系统电磁兼容，电力系统电何金良：电力系统电磁兼容，电力系统电气设备电磁兼容高级研修班，气设备电磁兼容高级研修班，2005-112005-11，许，许昌
22、昌6 6 主要参考文献主要参考文献5 5 陈金玉：综合自动化系统中电磁兼容的接陈金玉：综合自动化系统中电磁兼容的接地技术及其实践，电力设备第地技术及其实践，电力设备第5 5卷第卷第2 2期，期，200420046 6 GJB/Z 25-1991 GJB/Z 25-1991 电子设备和设施的接地、电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南搭接和屏蔽设计指南77 IEC 60255-27 IEC 60255-27：2005 2005 量度继电器和保量度继电器和保护装置的产品安全要求护装置的产品安全要求88 IEC 61000-5-2:1997 IEC 61000-5-2:1997 电磁兼容性电磁兼容性 第第5 5部部分：安装和调试指南分：安装和调试指南 第第2 2节：接地和电缆敷节：接地和电缆敷设设 欢迎批评指正欢迎批评指正 谢谢 谢谢