淺論電子廠房電氣接地系統(tǒng)

陸春峰

摘 要: 電氣接地系統(tǒng)根據(jù)用途具體可分為電源系統(tǒng)接地、電氣保護(hù)接地、防靜電接地、信息系統(tǒng)的接地、電子設(shè)備接地、防雷接地幾個(gè)種類。本文以某電子儲(chǔ)存類產(chǎn)品的生產(chǎn)廠房的設(shè)計(jì)為例, 對(duì)電子廠房的接地做一探討。

關(guān)鍵詞: 電子廠房; 電氣，接地系統(tǒng);

接地系統(tǒng)根據(jù)用途具體可分為電源系統(tǒng)接地、電氣保護(hù)接地、防靜電接地、信息系統(tǒng)的接地、電子設(shè)備接地、防雷接地幾個(gè)種類。以某電子儲(chǔ)存類產(chǎn)品的生產(chǎn)廠房的設(shè)計(jì)為例, 對(duì)電子廠房的接地做一探討。該廠房的生產(chǎn)設(shè)備有很多是微電子設(shè)備, 這些設(shè)備的特點(diǎn)是工作信號(hào)電壓很低( 一般只有 10 伏左右) , 抗干擾能力差, 對(duì)防靜電的要求高, 車間內(nèi)有 IT 信息中心及網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)管理, 所以接地在該項(xiàng)目中具有重要的作用。

1 電源系統(tǒng)接地:該工程由兩棟三層主廠房、辦公樓和食堂等附屬建筑物組成, 雖然建筑面積達(dá)數(shù)萬平方米, 但建筑群體相對(duì)集中, 所以在設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮 TN-S系統(tǒng)。變壓器中性點(diǎn)接地, 系統(tǒng)的保護(hù)線與中性線完全分開, 這種方式對(duì)供電、保護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理性等均十分有利, 其選擇原則與常規(guī)建筑一致。對(duì)于傳達(dá)室等距離主體建筑較遠(yuǎn)的零星建筑單體, 采用帶 PE 線的五芯電力電纜予以供電, 距離超過 50 米以上的建筑須按規(guī)范要求重復(fù)接地。

2 電氣保護(hù)接地采用 TN-S系統(tǒng)時(shí), 電氣設(shè)備不帶電的金屬外露部分與電力網(wǎng)的接地點(diǎn)采用直接電氣連接。當(dāng)帶電相線因絕緣損壞碰設(shè)備外殼時(shí), 通過設(shè)備外殼構(gòu)成該故障相對(duì)地線的單相短路。利用很大的短路電流, 使線路上的保護(hù)裝置( 如熔斷器、低壓斷路器等) 迅速動(dòng)作, 切斷電路,從而消除人身觸電危險(xiǎn)。在電子生產(chǎn)廠房中, 生產(chǎn)流水線上設(shè)備密集, 且多為金屬外殼的用電設(shè)備。若保護(hù)接地不到位或不符合要求, 在發(fā)生接地故障時(shí), 很容易引起工作人員觸電危險(xiǎn)。因此, 保護(hù)接地問題不容忽視, 無論在設(shè)計(jì)過程還是施工過程中, 都應(yīng)切實(shí)地把保護(hù)接地落實(shí)到位。應(yīng)進(jìn)行保護(hù)接地的物體主要包括: 變壓器、高壓開關(guān)柜、配電柜、控制屏等的金屬框架或外殼; 固定式、攜帶式及移動(dòng)式用電器具的金屬外殼; 電力線路的金屬保護(hù)管或橋架、接線盒外殼, 鎧裝電纜外皮等。保護(hù)接地的連接線可采用扁鋼或銅導(dǎo)線, 要求形成可靠的電氣通路。等電位連接是各類建筑物電氣設(shè)計(jì)中一項(xiàng)不可缺少的工作。等電位連接有總等電位連接和局部等電位連接兩種。所謂總等電位連接是在建筑物的電源進(jìn)戶處將 PE 干線、接地干接、總水管、總煤氣管、采暖和空調(diào)立管等相連接, 從而使以上部分處于同一電位?？偟入娢贿B接是一個(gè)建筑物或電氣裝置在采用切斷故障電路防人身觸電措施中必須設(shè)置的。所謂局部等電位連接則是在某一局部范圍內(nèi)將上述管道構(gòu)件作再次相同連接, 它作為總等電位連接的補(bǔ)充, 用以進(jìn)一步提高用電安全水平。在電子廠房?jī)?nèi), 各個(gè)部位的電位都相等, 可以保證建筑物內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生反擊電壓, 同時(shí)可以降低雷電電磁脈沖產(chǎn)生的干擾。

3 防靜電接地: 靜電主要由不同物質(zhì)相互摩擦而產(chǎn)生, 在電子廠房生產(chǎn)過程中, 靜電所造成的危害是多方面的。首先, 該工程中很多設(shè)備及儀器對(duì)靜電電壓比較敏感, 靜電會(huì)影響其正常工作甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤; 其次, 由靜電產(chǎn)生的高電壓會(huì)引起人身觸電; 另外, 當(dāng)靜電嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起火花放電, 嚴(yán)重的會(huì)造成火災(zāi)事故。為了消除靜電所產(chǎn)生的危害, 就必須采取措施。消除靜電的方法很多, 但最簡(jiǎn)單和最有效的辦法是采取接地措施。該電子生產(chǎn)廠房中, 對(duì)所有會(huì)產(chǎn)生靜電的設(shè)備都應(yīng)保證可靠接地。為了防止積聚在設(shè)備和人身上的靜電荷達(dá)到危險(xiǎn)電位, 在主要生產(chǎn)場(chǎng)合采用了防靜電地坪。這類地坪在的防護(hù)材料中, 分布有銅線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò), 這些金屬網(wǎng)絡(luò)彼此形成電氣通路, 用于防靜電地坪的靜電傳導(dǎo)。作為電氣設(shè)計(jì)配合, 應(yīng)在防靜電地坪所在空間的建筑柱上, 適當(dāng)預(yù)留接地端子。在地坪敷設(shè)完畢后, 將防靜電地坪內(nèi)的金屬線與該接地端子相連。另外, 接地端子須通過柱內(nèi)主筋與接地極連通, 以

使靜電通過接地端子沿柱內(nèi)主筋流向接地極。

4 信息系統(tǒng)的接地。本工程設(shè)置綜合布線系統(tǒng), 在辦公樓設(shè)有一個(gè) IT 信息中心, 并在各廠房的輔房?jī)?nèi)設(shè)有 IT管理室, 信息點(diǎn)遍布車間及辦公室, 用于將來的生產(chǎn)監(jiān)控和管理。另外, 本工程設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。這就涉及到信息系統(tǒng)的接地問題。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定, 在本工程信息系統(tǒng)接地的設(shè)計(jì)中, 采用 S型等電位連接網(wǎng)絡(luò)。在信息設(shè)備較集中的部位, 如中心機(jī)房、弱電豎井等設(shè)接地基準(zhǔn)點(diǎn), 此基準(zhǔn)點(diǎn)與建筑物的共用接地系統(tǒng)連接, 信息系統(tǒng)的所有金屬組件,如各種箱體、殼體、機(jī)架等通過等電位連接線與基準(zhǔn)點(diǎn)連接, 設(shè)備之間的所有線路和電纜當(dāng)無屏蔽時(shí)宜按星形結(jié)構(gòu)與各等電位連接線平行輻射, 以免產(chǎn)生感應(yīng)環(huán)路。

5 電子設(shè)備的接地。該生產(chǎn)廠房中有部分用于檢測(cè)的工業(yè)電子設(shè)備。電子設(shè)備的接地主要不是為了人身安全, 而是為了設(shè)備工作的準(zhǔn)確性。因?yàn)楦哳l電壓對(duì)人體并無傷害, 而且電子設(shè)備的外殼即使不接地, 并與地保持絕緣時(shí), 其設(shè)備外殼與地形成電容, 隨著頻率增高, 電容的電抗值將減少, 當(dāng)頻率達(dá)到一定數(shù)值時(shí), 就等于接地。但為了減少雜散電流對(duì)儀表讀數(shù)的影響, 最好還是用短而粗的導(dǎo)線與地相連, 一般采用 6 平方毫米的銅線, 與設(shè)置在設(shè)備附近的專門的接地母排連接, 然后再與總接地干線連接起來。接地電阻要求不超過 10 歐姆。對(duì)于個(gè)別設(shè)備, 如產(chǎn)品說明書對(duì)接地電阻有特別要求者, 則根據(jù)要求接地。

6 防雷接地。對(duì)于一般建筑而言, 在采取了防雷措施后, 可以將直擊雷與雷電波侵入的雷害的概率降低很多。對(duì)于一般電氣設(shè)備, 允許的雷電脈沖較高, 因此采取避雷針、避雷網(wǎng)防直擊雷等措施是極其有效的。而微電子設(shè)備非常靈敏, 耐壓水平很低, 一般只有 10V左右, 對(duì)雷擊電磁脈沖極為敏感, 易受到電磁干擾和損壞。雷擊電磁脈沖因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生, 并且可以通過電源線、天線、信號(hào)線的耦合被引入微電子設(shè)備, 是微電子設(shè)備損壞的主要原因。如果僅按照一般建筑進(jìn)行防雷設(shè)計(jì), 建筑電子設(shè)備受雷擊的損壞率就很高, 所以對(duì)于電子生產(chǎn)廠房的防雷接地設(shè)計(jì)應(yīng)采取相應(yīng)的措施。在選擇接閃器時(shí), 應(yīng)優(yōu)先選用避雷網(wǎng)形式。這是因?yàn)楸芾揍樖峭ㄟ^把雷電引向自身來完成保護(hù)對(duì)象免遭直接雷擊的, 這種引雷的機(jī)理使避雷系統(tǒng)增加被雷擊的概率。當(dāng)然, 避雷針也不是完全不能采用, 現(xiàn)在有的避雷針生產(chǎn)企業(yè)已推出新型優(yōu)化避雷針, 它具有防止直擊雷和抑制二次感應(yīng)雷的兩種功能, 是一種防雷市場(chǎng)上相對(duì)先進(jìn)的產(chǎn)品。結(jié)語。對(duì)于接地裝置設(shè)置的問題, 防雷接地、電源系統(tǒng)接地、電氣保護(hù)接地、防靜電接地可同時(shí)利用建筑物的基礎(chǔ)鋼筋作為接地極。對(duì)于信息系統(tǒng)的接地, 曾經(jīng)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在著意見分歧。以往普遍認(rèn)為信息系統(tǒng)的接地系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置, 與建筑物絕緣, 國(guó)外稱其為絕緣接地方式。但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn), 兩個(gè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)不利于過電壓保護(hù), 這是因?yàn)楫?dāng)建筑物接閃雷電流后, 建筑物的電壓很高, 而信息設(shè)備的“信號(hào)地”是與建筑物20米以外的大地相連, 其電位比防雷接地裝置低得很多, 設(shè)備電壓在雷擊時(shí)維持在"信號(hào)地"電位水平, 二者之間的電位差通過電容的耦合作用, 將耐壓能力很低的電子器件損壞。近年來, 很多國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)不主張信息設(shè)備采用獨(dú)立的接地裝置, 推薦采用共用接地系統(tǒng)。例如,2000 版的 GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出“:每幢建筑物本身應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)”即將建筑物內(nèi)的各種接地都統(tǒng)一接到建筑物的基礎(chǔ)上或室外的接地裝置上。當(dāng)該建筑物遭受雷擊時(shí), 電力系統(tǒng)的電壓和電子設(shè)備工作接地的電壓同時(shí)上升, 保持了設(shè)備的工作電壓不變,使微電子設(shè)備在雷擊時(shí)可正常工作。共用接地系統(tǒng)通常利用建筑物的基礎(chǔ)作接地極, 其接地電阻一般在 1 歐姆以下, 如有設(shè)備對(duì)接地電阻值的要求更低, 應(yīng)取其最小值。

參考文獻(xiàn)

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[2]工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[S].北京:水利電力出版社,2004,12.