衡器接地系統(tǒng)技術(shù)與維護

一、概述

　　衡器(電子衡器只是其中的一種，但衡器有其特殊性，大型衡器的承載器大多在露天工作，直擊雷對其影響較大)的接地是一個老生常談的問題了，僅《衡器》雜志就有過5～6篇類似的“防雷與接地”方面文章，但就接地的型式、維護、接地電阻的計算、電位參考點等幾乎沒談及。就供電的電網(wǎng)而言，也存在著一些不足，如國家標準已要求電網(wǎng)應(yīng)采用“三相五線制”的供電方式，鑒于目前的電網(wǎng)全部是“三相四線制”供電方式，一下子是無法改變目前的現(xiàn)狀，改造也不現(xiàn)實，大多采用補救的增加“接地裝置”方式來實現(xiàn)。

　　每年的雷雨季節(jié)都能聽很多關(guān)于雷電給我們?nèi)祟愒斐傻膫蛽p失(最典型的是青島黃島油庫的雷擊起火，幾萬噸原油化為灰燼，造成了極大的經(jīng)濟損失，防止雷電造成損害的最主要措施就是通過接地來實現(xiàn)。接地是確保衡器正常工作和安全防護的重要措施之一。

　　接地是通過衡器上的任何部分與大地(土壤)間作良好的電氣連接來實現(xiàn)，在電網(wǎng)為三相四線制時一般是給衡器再做一個接地裝置。接地裝置通常由接地體和接地線組成，與土壤直接接觸的部分(一般為金屬體)稱為接地體，連接衡器與接地體之間的導(dǎo)線稱為接地線。

　　二、系統(tǒng)的接地型式及電子衡器常用的型式

　　根據(jù)GB14050-2008的規(guī)定系統(tǒng)的接地型式有三類五種，分別是：TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)三大類，在TN系統(tǒng)中又分為“TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)”。下面分別介紹它們的接地型式。

　　國家推薦接地采用“TN-S系統(tǒng)”，但由于原來的電網(wǎng)均是按三相四線制配制的，鑒于目前的情況TT系統(tǒng)就是對原來的三相四線制供電線路的一種補救的方法，但在實際接地布置中多以IT系統(tǒng)的型式出現(xiàn)。一般要求接地線(保護導(dǎo)體)的電阻僅為0.5Ω，而中性導(dǎo)體的要求多為10Ω，所以TN-C系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)使用后其接地效果就差一些。IT系統(tǒng)保護接地導(dǎo)體的電阻應(yīng)控制到最小

　　(0.5Ω的要求)。

　　1、TN系統(tǒng)的接地型式

　　從圖1中可以看出，三相五線制可以消除三相負荷不均勻或損壞時的中性線帶電的危害，同時由于保護導(dǎo)體的電阻非常小(0.5Ω)，不管是電源的問題還是雷擊的問題都能起到良好的保護作用。

　　2、TT系統(tǒng)的接地型式

　　圖2是對現(xiàn)有三相四線的一種改進布置圖，也是目前常用的一種方式。這種布置方式的PE接地導(dǎo)體其電阻應(yīng)符合0.5Ω的要求，接地裝置的接地電阻符合使用要求即可。

　　3、IT系統(tǒng)的接地型式

　　我們目前常用的接地型式之一，因為國標中規(guī)定中性導(dǎo)體的電阻為不大于10Ω，接地裝置符合設(shè)計要求就可以。如果是單相電源，只是把L2和L3去掉就可以了。

　　4、電子衡器常用的接地型式

　　目前電子衡器常用的接地型式大多是TT和IT系統(tǒng)的接地型式。動力部分選用三相供電時，與TT和IT系統(tǒng)的接線方式基本相同;當(dāng)動力部分和控制部分為單相供電時，去掉L2和L3后就與現(xiàn)有的接地型式一樣了。這種方式的接地不僅適用于電子衡器，而是適用于所有的衡器的接地。

　　三、零電位參考點與接地電阻的計算

　　過去發(fā)表的有關(guān)接地與防雷的很多文章僅講如何接地，從未提及零電位參考點(即接地的電位參考點)和接地電阻的計算與接地體的布置，在這里介紹一下這方面的知識。

　　1、零電位參考點的確定

　　根據(jù)電能在大地中的傳遞擴散、大地容納電能的方式和相關(guān)規(guī)定，一般是以距離地表面20m深處為零電位參考點的，在此深處及以下，幾乎測不到電能的壓差，所以習(xí)慣上就以距離地表深20m處作為零電位的參考點。

　　2、接地電阻的計算

　　關(guān)于接地電阻的計算也很少文章談及，一般是先計算單根的接地(導(dǎo))體的接地電阻的，單根長約3m的接地體接地電阻計算公式為：R≈0.3ρ(ρ—土壤電阻率值)，然后根據(jù)分配給接地體的電阻值確定接地體的根數(shù)，再考慮接地體的布置。在接地體的布置上盡量考慮等電位布置方式，以減少接地體間的電位差。

　　我在這里舉一個例子如何計算接地裝置的電阻。

　　例如：當(dāng)需要做一個接地電阻為4Ω的接地裝置時，假如分配給接地體(長度按3m)的總電阻值為2Ω，若普通粘土的電阻率ρ=60，則單根(長3m)接地體的接地電阻R接地體(≈0.3ρ)約為18Ω。

　　設(shè)：需n根接地體

　　則：根據(jù)并聯(lián)電路電阻的計算公式：R1=11R+21R+……+nR1(接地體的數(shù)量為n時)確定接地

　　體的根數(shù)。

　　因為各個接地體的電阻相同，則有：R1=R2=……=Rn=R接地體

　　令R接地體等于R0，則有：R1=n01R式中R0=18 R=2

　　則有：21=n181

　　所以：n=18/2=9根(接地體)

　　接地線選用長約50m銅線，其電阻為(按直徑4mm計算)：

　　1.75×10-8×50/0.0022×3.14=0.07Ω(約)

　　橫連接鋼的電阻為(50×4扁鋼，長40m)：20×10-8×40/0.004×0.05=0.04Ω(約)

　　根據(jù)計算，除了接地體外，其它電阻可忽略不計，當(dāng)接地裝置的電阻為4Ω時，共需9接地體。

　　3、接地體的布置

　　接地體的布置應(yīng)盡可能的采用等電位來布局，以免在不同的接地體間產(chǎn)生電位差。必要時可采用不等間距布置接地體，盡可能使地網(wǎng)各網(wǎng)孔電位趨于一致。接地體的橫向連接扁鋼的布置要盡可能的不出現(xiàn)尖角，外緣各角要做成弧形，以免影響接體的電位平衡，從而提高設(shè)備的安全運行水平。

　　四、接地的分類

　　接地根據(jù)需要不同大體可分為八類，具體表述如下。

　　1、工作接地

　　為滿足電力系統(tǒng)或衡器的運行要求，而將電力系統(tǒng)或衡器的某一點進行接地，稱為工作接地，如采用TN-S系統(tǒng)的三相五線制供電，就具有了良好的接地。

　　2、防雷接地

　　為防止雷電過電壓對人身或設(shè)備產(chǎn)生危害，而設(shè)置的過電壓保護設(shè)備的接地，稱為防雷接地，如大型設(shè)備和高大建筑然避雷網(wǎng)、塔式設(shè)備的避雷針、一般設(shè)備的避雷器的接地等。

　　3、保護接地

　　為防止電氣設(shè)備的絕緣損壞對人身造成的傷害，將其金屬外殼對地電壓限制在安全電壓內(nèi)，將電氣設(shè)備的外露可接近導(dǎo)體部分接地，稱為保護接地。如：

　　①電機、變壓器、照明器具、手持式或移動式用電器具和其他電器的金屬底座和外殼。

　?、诤馄鞯膫鲃友b置。

　?、叟潆姟⒖刂坪捅Ｗo用的盤(臺)的框架。

　　④交直流電力電纜的構(gòu)架、接線盒和終端盒的金屬外殼、電纜的金屬護層和穿線的鋼管。

　　⑤室內(nèi)、外配電裝置的金屬構(gòu)架或鋼筋混凝土構(gòu)架的鋼筋及靠近帶電部分的金屬護攔和金屬門。

　?、藜芸站€路的金屬桿塔或鋼筋混凝土桿塔的鋼筋以及桿塔上的架空地線、裝在桿塔上的設(shè)備的外殼及支架。

　　⑦變(配)電所各種電氣設(shè)備的底座或支架。

　?、嗝裼秒娖鞯慕饘偻鈿ぃ缦匆聶C、電冰箱等。

　　4、重復(fù)接地

　　在低壓配電系統(tǒng)的TN-C系統(tǒng)中，為防止因中性線故障而失去接地保護作用，造成電擊危險和損壞設(shè)備，對中性線進行重復(fù)接地(使其變?yōu)門N-C-S系統(tǒng))。TN-C系統(tǒng)中的重復(fù)接地點為：

　　①架空線路的終端及線路中適當(dāng)點。

　　②四芯電纜的中性線。

　　③電纜或架空線路在建筑物或車間的進線處。

　　④大型車間內(nèi)的中性線宜實行環(huán)形布置，并實行多點重復(fù)接地。

　　5、防靜電接地

　　為了消除靜電對人身和設(shè)備產(chǎn)生危害而進行的接地，如將某些液體或氣體的金屬輸送管道或車輛和弱電設(shè)備外殼的接地。

　　6、屏蔽接地

　　為了防止電路之間由于寄生電容存在產(chǎn)生相互干擾、電路輻射電場或?qū)ν饨珉妶雒舾校仨氝M行必要的隔離和屏蔽，這些隔離和屏蔽的金屬必須接地。像濾波器接地：濾波器中一般都包含信號線或電源線到地的旁路電容，當(dāng)濾波器不接地時，這些電容就處于懸浮狀態(tài)，起不到旁路的作用。再如噪聲和干擾抑制：對內(nèi)部噪聲和外部干擾的控制需要設(shè)備或系統(tǒng)上的許多點與地相連，從而為干擾信號提供“最低阻抗”通道。

　　7、特殊要求的接地

　　如弱電系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及中壓系統(tǒng)的接地，當(dāng)為中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地時，應(yīng)按弱電系統(tǒng)、計算機和中壓系統(tǒng)要求執(zhí)行。

　　8、易燃易爆場所的電氣設(shè)備的保護接地

　　易燃易爆場所的電氣設(shè)備、機械設(shè)備、金屬管道和建筑物的金屬結(jié)構(gòu)均應(yīng)接地，并在管道接頭處敷設(shè)跨接線。

　　五、接地裝置運行中的維護

　　系統(tǒng)或衡器的接地裝置不是一勞永逸的，在以后接地裝置的運行中，接地線和接地體會因外力破壞或腐蝕而損傷或斷裂，接地電阻也會隨土壤變化而發(fā)生變化，因此必須對接地裝置定期進行檢查和試驗。

　　1、接地裝置運行中的檢查周期

　?、匐娮雍馄鞯某休d器每年檢查一次，一般在雷雨季節(jié)到來之前進行。

　　②秤房的建筑物的接地線根據(jù)運行情況一般每年檢查1～2次。

　?、蹆x表和傳感器防雷裝置的接地裝置至少每年在雷雨季到來前檢查一次。

　?、芙拥匮b置周圍有腐蝕性土壤的，應(yīng)根據(jù)運行情況一般每3～5年對地面下接地體檢查一次。

　　⑤接地裝置的接地電阻一般根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥栏g情況1～3年測量一次。

　　2、檢查項目

　?、贆z查接地裝置接觸性能：檢查各連接點的接觸是否良好，有無損傷、折斷和腐蝕現(xiàn)象。

　?、诟g環(huán)境下的接地體腐蝕程度檢查：對含有重酸、堿、鹽等化學(xué)成分的土壤地帶(一般可能為化工生產(chǎn)企業(yè)、藥品生產(chǎn)企業(yè)及部分食品工業(yè)企業(yè))應(yīng)檢查地面下500mm以上部位的接地體的腐蝕程度。

　　③接地電阻檢查：應(yīng)在土壤電阻率最大時(一般為雨季前)測量，并對測量結(jié)果與原設(shè)計要求進行分析比較。

　?、艽笮秃馄鞯某休d器檢修后，應(yīng)檢查接地線連接情況，是否牢固可靠。

　　3、接地裝置的接地電阻值不符合要求時的改進措施

　　增加接地體的總長度或增加垂直接地體的數(shù)量，在接地體周圍更換土壤電阻率低的土，如黃粘土、黑土(土壤電阻率在50Ωm以下)，采用化學(xué)降阻劑，處理接地體等。

　　六、結(jié)束語

　　接地與防雷是多年來人們關(guān)注度比較高的一個問題。盡管關(guān)注度極高，但每年還都造成相當(dāng)大的經(jīng)濟損失和人身傷害。從字面上來看好像接地與防雷是一件很簡單的事情，但真正做好的難度還是很大的，特別是弱電器件的雷擊、電磁干擾處理起來有時相當(dāng)束手，處理不當(dāng)就會造成器件的損壞，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓，造成不必要的經(jīng)濟損失。本文是根據(jù)多年接觸接地與防雷方面的經(jīng)驗，參考相關(guān)技術(shù)文獻而寫的，為廣大衡器設(shè)計人員提供這方面的參考，不當(dāng)之處歡迎指正。

文章關(guān)鍵詞： 電子衡器