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1、安全、电磁兼容与接地,北京四方继保自动化股份有限公司田 蘅继电保护专委会机械结构及工艺学组四届一次会议200608，吉林市,0 引言,接地系统的作用人身安全防护 防止故障电流对人体带来的电击伤害设备安全防护 防止故障电流和雷击电流对设备引起危险电 压EMC目的 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,1 安全（safety）,1.1 背景在发达国家，把人身安全（包括动植物的安全）放在首位并受法律保护以技术法规形式，把设备安全作为市场准入的基本条件（例如欧盟低电压指令）安全标准对产品的安全提出详细技术要求安全法规作为法律层面、安全标准作为技术层面，作为产品安全的强制性约束条件,1
2、安全,1.2 基本要求设备在正常运行情况及（单）故障条件下，应确保人身安全1.3 具体要求电气绝缘外壳防护着火危险防护过热防护电击防护机械结构安全安全警示标志,1 安全,1.4 电气设备的电击防护类别 0类：无要求类：由基本绝缘作为正常运行下的安全保障，以保护接地作为故障下的防护类：由加强（或双重）绝缘保证安全（不能接地）类：由安全特低电压供电（33V AC有效值/70V DC),1 安全,1.5 电击防护的安全接地作用：将故障电流（电压）导入大地应用范围：类设备要求 所有可触及的金属外壳部件实现导电性互连 互连后的外壳可靠接地 外壳的任意部分与接地点的电阻不应大于0.1 接地线的颜色为黄绿双
3、色,1.5 电击防护的安全接地,接地导线截面积：S 35mm S/2,2 电磁兼容,2.1 电子设备功能下降或丧失的原因 a）由于骚扰功率过大造成半导体器件PN结熔化而烧毁；b）由于电压过高，使半导体器件厚度仅为几微米的氧化膜绝缘层击穿而损坏；c）由于电流过大使半导体器件的镀敷金属烧毁；,2 电磁兼容,2.1 电子设备功能下降或丧失的原因d）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导通状态，造成电路运作的停止。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,2 电磁兼容,2.2 电力系统电磁环境特点属于IEC 61000-2-5中的5级（最严酷等级）骚扰现象十分复杂同
4、一电磁现象产生多种骚扰具有几乎所有的电磁骚扰类型骚扰强度大、危害大,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象1：一次回路操作 隔离开关操作高压母线 断路器操作高压母线/线路 电容器组投切 空载变压器/电抗器投切,2 电磁兼容,影响1：电压波动 1.2/50s8/20s浪涌 快速瞬变脉冲群 振铃波（100kHz）阻尼振荡波（1MHz）阻尼振荡磁场 高频感应电压 母线/高压线路暂态电磁场辐射,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象2：雷击影响2：1.2/508/20s浪涌10/700s浪涌脉冲磁场阻尼振荡波,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象3：高压母线单相接地（电网故障）影响
5、3：电压突降/中断浪涌（100/1300s，1.2/508/20s）阻尼振荡波工频磁场 脉冲磁场,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象4：高压母线/线路产生的磁场 影响4：工频磁场,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象5：二次回路操作：继电器动作 开关拉合影响5：电压波动快速瞬变脉冲群,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象6：无线电收发机的电磁发射信号 影响6：辐射电磁场,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象7：电晕、局部放电 影响7：辐射电磁场,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象及影响现象8：静电放电（ESD）影响8：ESD,2 电磁兼容,2.3 电磁骚扰现象
6、及影响现象9：电源质量影响9：谐波 电压波动 频率变化 电压突降/中断 频率变化 三相电压不平衡,2 电磁兼容,2.4 电力系统主要骚扰源a）大功率电气设备，例如发电机、变压器；b）高压开关和隔离开关；c）高压线路和母线；d）手持式无线电收发机及其它电磁辐射源；,2 电磁兼容,2.4 电力系统主要骚扰源e）电线电缆；f）分散的接地网和大型接地环；g）雷电；h）系统故障；i）人体或物品的静电放电（ESD）；j）二次回路的开关和继电器；k）其它电气设备，例如整流器、电焊机、开关电源等,2.5 抗干扰接地,2.5.1 接地的种类信号地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模拟地模拟电路零
7、电位的公共基准地数字地数字电路零电位的公共基准地功率地负载电路或驱动电路零电位的公共基准地电源地电源零电位的公共基准地屏蔽地电磁屏蔽的零电位公共基准地,2.4 抗干扰接地,2.5.2 目的把骚扰电流导入大地，减低或消除对电子电路的影响。2.5.3 功能地设计原则低阻抗地线粗、短、直的地线，良好的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应干扰；避免地电流的相互串扰。,2.5 抗干扰接地,2.5.4 接地设计导则（传统的方法）a)在PCB设计中，信号地、数字地、模拟地（弱电地）与功率地、电源地（强电地）和屏蔽地分开设置，并最少达到功能性绝缘要求；b)在装置设计中，弱电地应与保护地
8、（安全地）分开设置，并最少达到基本绝缘要求；,2.5 抗干扰接地,2.5.4 接地设计导则（传统的方法）c)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；d)在屏、柜设计中，弱电地应与保护地（安全地）分开设置并绝缘，并至少以双重绝缘或加强绝缘与危险带电部分隔离。,2.5 抗干扰接地,2.5.4 接地设计导则（传统的方法）,功率电路,模拟电路,数字电路,2.5.4 接地设计导则（传统的方法）,2.5.4 接地设计导则（传统的方法）,2.5.4 接地设计导则（传统的方法）,特点：安全地、功率地（噪声地或强电地）、数字地（或弱电地）在装置一级分别设置（3地）；或安全地、功率地
9、合并，与数字地分别设置（2地）在运行现场“3地”（或“2地”）合一,2.5 抗干扰接地,2.5.5 绑接设计方法（新的观点）3 7 a)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现等电位绑接；b)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室、电缆支架或托盘、升降机等，均应实现电气连接；,2.5 抗干扰接地,2.5.5 绑接设计方法（新的观点）c)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；d)各种（接）地均就近与接地网相连；e)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；,2.5
10、 抗干扰接地,2.5.5 绑接设计方法（新的观点）f)尽量作到等电位互联；g)越是敏感的设备，接地网络的格子应越小h)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PE（安全保护接地）导线仍应保留（似乎与前述矛盾）关键：可靠的网状的接地网是否真正形成,2.5.5 绑接设计方法（新的观点）,新观点认为过时的方法,2.5.5 绑接设计方法（新的观点）,新观点认为可行的方法,3 目前的接地方法,3.1 装置接地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所有金属外壳实现导电性互连并接地,3 目前的接地方法,3.2 屏柜接地 基于以下观点，按照传统的方法接地：装置内部功
11、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设备运行现场接地网的不完善，可能有不同的地电位,3.2 屏柜接地,接地方法：最少分别设置功能地和安全地,两者可靠绝缘功能地以100mm铜排作为接地导体安全地设在柜体上装置的功能地以2.5mm黄绿色导线可靠接于铜排装置的安全地接于柜体（安全地）上，用最小为2.5mm黄绿双色线可靠连接,3 目前的接地方法,3.3 现场接地3.3.1 方法1安全地和功能地分别设置，两个接地点在接地网合并3.3.2 方法2安全地、强电地、弱电地分别设置3个接地点在接地网会合,4 接地符号,标准规定的接地符号一般的接地符号保护导体接地符号机壳地符号等电位地符号无噪声
12、接地符号,5 对接地的小结,5.1 接地分类5.1.1 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。可分为：保护接地（protective earthing，protective grouding/US）(IEC)为保护人身安全，将某一系统、装置或设备的一点或多点接地 防雷接地 为防止（一次）雷击造成建筑物、系统、装置 或设备损毁的接地,5 对接地的小结,5.1.2 功能接地（functional earthing，functional grouding/US）(IEC)用于非电气安全目的，而考虑系统、装置或设备功能的
13、一点或多点接地。可分为：a)信号地、数字地和模拟地（弱电地）b)功率地、电源地（强电地）c）屏蔽地,5 对接地的小结,5.2 接地方式传统的星形接地：不同的接地分开并隔离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行业上目前采用传统的星形接地方式的居多,6 主要参考文献,1 Henry W.Ott：Noise reduction techniques in electronic system,2nd edition 2 Tim Wiliams:EMC for product Designers3 国际大电网会议36.04工作组：发电厂和变电站电磁兼容设计导则4 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，2005-11，许昌,6 主要参考文献,5 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5卷第2期，20046 GJB/Z 25-1991 电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南7 IEC 60255-27：2005 量度继电器和保护装置的产品安全要求8 IEC 61000-5-2:1997 电磁兼容性 第5部分：安装和调试指南 第2节：接地和电缆敷设,欢迎批评指正,谢 谢,
