电 气 接 地 对 电 子 设 备 运 行 影 响 实 例 分 析

电气接地是电气设计与实施工中一个有争议的问题，争论的焦点是各种电气接地公用一个接地系统还是各自分开单独建立接地系统，以及接地电阻值应该为多少。不同建筑物与特殊使用场所的电气接地电气设计，如计算机房、有爆炸物的危险场所、医院手术室、游泳池、喷水池以及建筑物防雷等在设计规范中对接地也作了明确的规定。对有通信设备以及计算机控制系统的建筑物，相关设备接地尚未明确规定，给电气设计与施工造成一定困难。
一个建筑物内有220/380V低压配电系统电源中性点接地、电气安全保护接地、防雷接地、电子设备直流电源工作接地、过电压保护接地等多种接地。国家电子计算机房设计规范（GB50174－93）第6.4.3条中规定以上接地可共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值。工业计算机监控系统抗干扰技术规范（CECS81－96）第4.0.4条中规定计算机系统的各种接地线应采用有绝缘护套的导线或电缆牢固地接到地线（PE线）汇集板上，地线汇集板和地网接地极之间宜采用两根截面不小于25平方毫米的带绝缘护套的铜导线或电缆牢固连接，保证计算机系统一点接地。第4.0.3条规定在计算机机房内宜设计600mm×200mm×20mm铜板作为计算机系统地线汇集板，该汇集板可为计算机系统提供参考零电位。规范还规定计算机应进行保护接地，接地电阻不应大于4欧姆，各种接地应放射式引到地线汇集板，然后再引到地网接地极。规定用两根引线是为了保证可靠性。应引起注意的是规范规定引到接地网的接地极上而不是引到接地网上。这就明确了可以公用一个接地极（接地装置）。有些行业认为公用一个接地系统会影响电子设备正常运行，因此电子设备应单独接地，接地电阻要求也比较小，一般都要求不大于1欧，个别甚至要求小于0.5欧姆。
通过实际工程发现，电子设备地线出现干扰会破坏电子设备的正常运行，甚至造成元器件的损坏。电子设备本身的地线设计属电子设备产品本身的问题，出现问题不能只要求由电气设计从外部接地上进行解决。实践证明电子设备本身产品设计在绝缘及地线设计上水平越高，对外部电气接地设计要求就越低。大型计算机房都要求单独接地，有些还设计了单独接地网，当计算机运行不稳定时，就设法降低接地电阻。一般都要求达到0.5欧姆，有些仍不稳定，最后降低到0.2欧姆。如果计算机本身的地线设计合理，保证地线之间电位差很小，绝缘水平又很高，计算机稳定运行受外部接地影响就会很小。计算机地线必须集中于一点之后再接地，以便可以取得一个统一参考电位点。如果计算机本身地线较长时，就要用绝缘线从多点先引到地线汇集板，再引到接地极（接地装置）后集中接地，这样可以避免较长的地线上电位变化而影响电子设备的正常运行。如果在地线汇集板集中一点后就不一定要单独接地，可以与建筑物公用一个接地极（接地装置）。IEC标准以及美国国家电气法规（NEC）都规定应统一接地。美国《电气施工与管理》杂志于1999年3月也发表了一篇文章，题目为“数控机床接地：单独接地并不好”（Cnc Machine Tool GroundingPleading Your Case）。
现在工业控制计算机的直流地与金属外壳是相联的。设计规范要求计算机金属外壳必须进行保护接地，这样工业控制计算机的直流地就接在建筑物保护地线（PE）上。有些单位发现接地后对计算机运行有影响，因此将机壳进行绝缘处理单独接地。分析后认为产生影响的原因可能是建筑物接地系统中电源中性线（N）与保护地线（PE）从接地点引出后又发生了连接，使TN－S或TN－C－S系统成为TN－C系统，中性线（N）经常有电流，有电流就会有电位差，电流经常变化，电位差也就会经常变化。如果计算机地线接到电位经常有变化的中性线上，运行就有可能受到影响。有些单位对机壳进行保护接地后，计算机的运行并没有受到影响，现在办公室的计算机也很少进行单独接地。看来采用TN－S系统，并联合接地还是正确的。
上述问题曾经与工业计算机生产厂家进行过讨论，建议他们将金属机壳与计算机直流地分开，以便于对金属机壳进行保护接地。他们认为生产的工业控制计算机远销欧美，是按照欧美有关标准生产的，不便于任意变动。工业控制计算机母线板的直流地与金属外壳容易分开，但后来发现机箱内开关电源金属外壳与直流地连接一起，开关电源生产厂家也要改变设计。由于牵涉到几个厂家的产品，所以必须有一个统一规定后，才能进行修改。现在我国也在逐步执行国际标准。实践证明，标准要求高，对产品质量要求也就越高。
电气接地是为了取得一个公共参考电位点。计算机直流地浮空运行是抗干扰能力较强的一种方式，直流地也不需要再进行接地处理，就不会受到计算机干扰，但计算机的绝缘水平要高。计算机通信一般都单独采用一个独立的直流电源，与计算机电源地线不相联，通过光电耦合来传递计算机信号。通信电源一般都采用浮空地方式运行，既不接地。由于通信接地不正确，通信因干扰而不能正常运行的实例很多，主要是电源中性线（N线）与保护地线（PE线）在引出后，又发生了连接，使保护地线（PE线）上的电位经常受电源中性线（N线）电位变化而变化。此时把通信电源地分别接到保护地线（PE线）上，计算机通信的正常运行就会受到影响。
某工厂变配电站综合自动化系统投运后通信一直不正常，而且有一定规律，一般节假日及晚上通信较正常，上班后通信就受到干扰，严重时无法运行。现场经过了多次检查，问题一直得不到解决，一度曾计划将通信通道改为光缆。后来发现变配电站综合自动化装置（微机保护）通信有三个端子，分别为CANH、CANL与CAN地。现场施工时将通信电缆线的屏蔽层接到CAN地端子上，然后在两端进行了接地。问题发现后，到现场将屏蔽层从CAN地端子上拆除，相互连接后再接地，使通信电源地浮空，通信完全恢复正常。通信电缆的屏蔽层是一端接地，还是两端接地，还存在两种不同看法。
某工厂厂变配电站采用变配电站综合自动化装置（微机保护），6kV高压电动机每天都要启停几次。其中有一台高压电动机每次启停本高压柜与相邻高压柜的变配电站综合自动化装置（微机保护）都会出现死机，相邻开关柜还出现过两次误跳闸。对此问题厂家多次去现场进行处理，对软件进行修改后，加强了软件抗干扰与自复位能力，但死机问题并没有最后解决。同一个配电室其它几台6kV高压电动机，运行一直很正常。从现场情况分析，干扰可能发生于电动机启停时产生的操作过电压。
进行分析后认为，干扰只能从电源线、接地线、信号线与空间进入，从空间进入的可能性很小，因为高压开关柜及变配电站综合自动化装置（微机保护）都是金属外壳，而且进行了统一接地。干扰从信号线进入，只会引起测量与信号不准，不会引起死机。后来发现本台电动机启动电流与启动时间都超过规定值。对电动机进行了检修后情况有所好转，启动时的死机次数由原来90%下降到50%以下，但问题仍没有彻底解决。
从现场情况分析，其它高压电动机在操作时变配电站综合自动化装置（微机保护）没有发生过死机，这就增加了分析问题的难度。开关柜内安装了过电压吸收装置，其产品质量以及开关柜接地处理不好，都会产生干扰。高压电动机检修后，电动机启动电流与启动时间都有了降低，死机次数下降。如果再对过电压吸收装置进行检修，对本开关柜接地进行处理，问题也可能会得到进一步解决。
变配电站综合自动化装置（微机保护）生产厂家提出单独接地。但变配电站综合自动化装置（微机保护）金属外壳用螺钉固定在高压开关柜上，单独接地比较困难。提出单独接地的理由是，采用组屏方式时，变配电站综合自动化装置（微机保护）集中安装在保护屏内，没有发生过干扰引起死机现象。但同一厂家的产品，都安装在高压开关柜上，大部分运行一直很正常，说明产品本身的抗干扰能力加强后，才能从根本上解决问题。
某工厂厂也采用了变配电站综合自动化装置（微机保护），多台10kV高压电动机，运行一直很正常。其中一台高压电动机一年后才安装，在第一次送电试车时，合闸后同一排高压开关柜上的变配电站综合自动化装置（微机保护）大部分都受到干扰而无法正常运行。生产厂家到现场后找不出原因，也提出单独接地问题。同样由于变配电站综合自动化装置（微机保护）金属外壳用螺钉固定在高压开关柜上，单独接地比较困难。后来对过电压吸收装置进行耐压试验发现泄漏电流超过规定值，临时将过电压吸收装置接地线解列后投运正常。厂里更挨了过电压吸收装置后问题得到解决。从以上问题的处理可以发现，过电压吸收装置泄漏电流太大，会引起地线上电位的变化，对变配电站综合自动化装置（微机保护）正常运行影响还是比较大的。
某钢厂35kV变电站四台主变差动与后备保护都采用了变配电站综合自动化装置（微机保护）。有一台备用变压器发生过两次差动保护误跳闸，厂里对变压器进行检查没有发现问题。工厂与有关生产厂家一起进行了多次分析，一时难以找到问题发生的原因。变压器为热备用，处于空载运行状态，原边电流很小，付边电流为零，微机保护单元显示差动电流很小，记录的原付边差动电流虽然很小，但很不稳定。初步分析是干扰引起计算误差，由于变压器处于空载运行状态，制动电流小于制动拐点电流，差动保护动作电流比较小，干扰引起计算误差很容易造成差动保护误跳闸。
电流互感器以及其引线上引起干扰的可能性很小。后来发现开关柜门上的接地软编织线一端悬空没接，开关柜门与主体虽然通过门轴联接在一起，用万用表测量是通的，但作为保护接地是不符合要求的，后来将软编织线重新接好地，并将综保装置外壳重新进行可靠接地。处理后发现微机差动保护单元度记录的原付边差动电流减小了一半，而且非常平稳，变压器投入运行后差动保护尚未发生误动作。实践证明外壳接地处理不好，也会引起干扰。
有一个工厂10kV配电站采用变配电站综合自动化装置（微机保护），其中一台高压电容器柜变配电站综合自动化装置（微机保护）的液晶显示屏经常出现花屏，测量与保护部分运行正常，同一配电室其他综保装置运行都很正常。厂家多次到现场进行处理，更换产品问题仍然得不到解决。后来更换同型号数码管显示变配电站综合自动化装置（微机保护），情况有所好转，但仍然发现个别数码管有时偶而丢掉一段，说明干扰仍然存在。数码管显示抗干扰能力要强一些。分析认为可能也是由于高压电容器柜接地处理不好，对地电位的变化而引起干扰。
电子设备单独接地并非不正确只是在实际工作中有无必要。如果要单独接地，产品结构设计就要满足单独接地要求。不能把问题完全推给工程项目的电气设计。电子设备单独接地对电子设备运行有一定好处，但对工程项目的电气设计带来许多困难。电子设备单独接地后，两个接地系统之间出现电位差也会对电子设备运行造成影响，甚至造成电子设备的损坏，所以国外提出单独接地并不好。电动机经常操作，操作时会出现过电压，电容器是容性负载，操作过程中也会出现过电压，过电压吸收装置有泄漏电流问题，所以其质量必须保证，安装过程中必须进行认真检测，投运后还要进行定期检查。
从以上几个实例中出现的问题都是由于地线干扰引起的，生产厂家都提出单独接地问题，由于现场条件限制都没有做到。这里有一个单独接地与单独引到接地装置的问题，这是完全不同的两个问题。如果要求单独接地，就要单独增加一个接地系统，它与有关设计规范相矛盾。如果需要单独引向接地装置，或单独引向附近接地网，对于分散安装的电子设备在产品设计上就应考虑如何安装的问题。从以上几个工程实例中发生的现象分析可看出电子设备的接地线单独敷设有一定好处。
接地线单独敷设与单独接地有本质上的区别。接地线单独敷设是指用单独的接地线引向接地线或接地装置。单独接地是指单独增加一个接地装置。
电气接地除对人身安全，电气火灾，接地故障保护有重要作用外，对电子设备的运行也很重要，但情况复杂，意见不统一，现场出现问题比较多，由于观察与测试手段比较少，分析起来就很困难，把以上几个工程实例提供给大家，供工作中参考。