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电气系统优化:铜导线连接和接地保护策略

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于铜导线良好的连接性能,其引起电源质量问题导致电气事故的危险很小。电气系统接地的主要目的是在系统发生故障时,保护人员和财产的安全。

电气系统优化:铜导线连接和接地保护策略

1.布线要点

设计更好的电气系统和增加回路。对新建的建筑物来说,应用这些技术较为便宜。

(1)将敏感设备与其他设备分开 在每个办公室里设置计算机专用电路,至少在末端配电箱上设置单独的回路。在某些场合,更好的做法是给敏感设备从单独配电盘上引单独回路来供电。应尽量避免使敏感设备和电动机使用同一电路、同一配电盘。而像激光打印机、复印机和传真机等设备也应与计算机分开回路供电。

(2)中性线和接地线分开 专用回路内包括单独的相线、中性线和接地线,每一回路应套单独的金属管。

(3)台下安装的插座 其中一个是隔离接地的插座,它有明显的橘红色“计算机”文字标记。另外的是普通插座,上有棕色的“电源”文字标记。这两种插座由两回分开的回路自两个配电箱供电,插座内还装有瞬态涌压防护器。

(4)限制每个回路插座数量 对每回20A回路推荐只装用3~6个插座,而不是规范中的13个插座。这将减少分支配电回路中敏感设备的数量,有助于减少电压降,减少相互影响,并为将来的发展和装用设备的变更留有余地。

2.金属套管

接地良好的金属套管为穿过它的导线起到了对射频干扰的屏蔽作用。但无论如何不能因为穿了金属套管,就把回路的接地线(绿色绝缘铜线)取消,接地线用于人身安全,但同时也提供了一个连续的低阻抗的接地通路。接地线应穿入金属套管内,而不是在套管的下面。

所有连接处都应该紧密连接,以避免因不良连接而可能出现的射频感应,对腐蚀和连接松动等弊病,都需要做定期的检查维修,以保证所有套管接头的低阻抗导电的连续性。

若没有单独的铜接地线,则用硬钢管做接地线比铝管好。如果考虑到不论哪种金属管都可能腐蚀和松动,最佳的方法是任何情况下都选用一根单独的有足够截面积的铜质接地线。

3.导线材料

导线的连接不良,轻则引起电压波动,重则引起灾难性事故。采用铜质导线可减少这类电气危险。铜是用以衡量其他导电金属材料性能的标准导电金属材料。在相同的截面积下它的电阻较低,这意味着在同一负载条件下,铜导线的截面积和其套管的截面积都较小。氧化铜仍是良导体,而氧化铝却是绝缘体。敷设铜导线没有特殊的要求,使用铜导线时维护工作量也少,它不需要使用防腐剂。由于铜导线良好的连接性能,其引起电源质量问题导致电气事故的危险很小。(www.xing528.com)

4.电气接地

大约80%的电源质量问题与布线或接地不当有关。关于电气接地,术语“地(ground)”是指大地(地球)或指代替大地的某一大物体,而术语“被接地(grounded)”是指一个系统中的某一部分元件被特意地接到“地”上。在英国是用“earth”和“earthing”这个词来代替“ground”和“grounding”的,这显得更恰当,但是由于许多资料和美国标准都采用“ground”和“grounding”,因此,本书也采用这种用法。“地(ground)”实际上表达了一个对地电压参考电位点,或者叫“0”电位点。当计算机同其他设备联通时,零电位对它们正常运作是非常重要的。由于大地就在我们身边,因此大多数情况下,它是零电位点的最佳选择。当一个人站在地上时,他身体的电位与大地的电位是非常接近的。如果建筑物是金属结构的,那么建筑物结构的金属构件或水管(如果也是金属的话)的电位也与大地非常接近。电气系统接地的主要目的是在系统发生故障(接地短路)时,保护人员和财产的安全。接地系统的第二个作用是提供给雷电电流一个可控制的低阻抗的通路,使之安全地流入大地而不造成危害。包绕导线的金属物体或在发生接地短路或静电放电时有可能带电的金属物体,都应接地,以保证人身安全。而交流供电系统最好采用直接接地。

(1)金属外护物 所有金属外护物、设备接地线与接地极之间,应由一个连续的电气连接系统以牢固的方式连接在一起,即建筑物的钢结构应与一个铜母排连接在一起,通过铜母排与电源回路的接地线连接在一起,以及和建筑物设备的接地线以及金属水管等连接。

(2)接地环 采用埋于建筑物外部的接地环,接地可以将建筑物接地系统与大地间的接地电阻进一步降低,它也可将建筑物内各种接地连接在一起。将一根裸铜线[允许的最小截面积是#2AWG(美国线规,直径为6.544mm),但是4/0(直径11.684mm)、250kcmil和500kcmil也经常使用(kcmil美国线规,面积单位,500kcmil为250mm2)]埋在冻土线以下。截面增大意味着增大了表面积,从而降低了接地电阻。接地环埋于离建筑物边缘的几英尺的壕沟内,并围绕建筑物基础结构一周。还可用增大土地电导的回填材料(膨润土、天然黏土材料或其他适当材料)来提高土地的导电性。这种埋地环形接地环需接到建筑物钢结构、防雷保护引下线、接地极系统、跨越它的金属管道系统和其他现有接地极。有时候接地环上还需增加垂直接地棒。例如在一个大学的研究所,在建筑物的每个屋角处打入三根接地棒,有时在屋边中点再打三根接地棒,接地棒之间用500kcmil的裸铜线,在冻土层深处相互连通并环绕整个新建筑物一周(只要施工现场在继续施工,土沟已经开挖,施工人员仍在现场,就没有必要吝啬这一点接地线)。这所大学建筑物今后将长期使用,它的用途在几十年使用期内是要变化的,没必要节省这1%~2%的电气基建费用(用于加大中性线,增加配电回路数,完善接地系统)。花了这笔钱就可以保证建筑物电气系统长期正常工作而不需再动工挖土或作电气系统改建,因为这些改建可能花大笔费用,而且在以后的环境条件下是无法实现的。

5.接地电阻

接地系统在安装后应用接地电阻表检查接地电阻,而且根据实际情况定期进行检查,如每半年或一年一次。若检测的结果与原值有较大出入,需查明原因并给予修正。尽管NEC规定接地电阻需要小于或等于25Ω,这个规定是基于在故障条件下使过电流保护器(断路器)动作的接地电阻。对于敏感电子设备是不能按上述规定做的,换句话说,如果不能达到25Ω,按规程允许安装第二个接地极,而且不用再进行检查就可以了。很多电话和通信公司要求接地电阻为5Ω或更小。没有一个接地电阻值可以保证设备不出故障,但通常是越低越好,10Ω或更小的阻值是大多数土壤都能达到的。施工中,只要已经动工,施工人员还在现场,应尽可能地安装最好的接地系统,这样做更为经济

6.接地极埋设深度

如在不大的建筑物场地或在罕见的高土壤电阻值地区施工时,需要深埋接地线。铜管型接地极有时可达数十至数百英尺长,穿入钻孔中,这种情况极少但不是没有。例如在山顶地区,为了达到要求的接地电阻,这种深钻孔的办法可能比在岩石表面或陡坡上做分散布置的接地系统更为经济。按一般说法,深接地棒比分散布置接地棒更有效,20ft(1ft=0.3048m)长的接地棒的效果肯定比10ft长的好。由于深处的温度稳定和湿度增大,接地电阻随接地棒的增长而迅速下降。接地棒的间距也是重要的,经验作法是当有多个接地棒时,接地棒之间的间距应该是接地棒长度的两倍。也就是每根10ft长的接地棒安装间距不应小于20ft。

7.雷电

雷电通过的道路是对地电阻最小的通路,如线路和设备的通路电阻最小,它就要从线路和设备入地。雷电能在很短的时间里产生很大的电流,足以导致火灾或损坏几英里外的微电子线路。避雷针或接闪器是源于本杰明·富兰克林的发明。这种方法为雷电提供了简便可控的接闪点,并安全地把它们导入地下。为了提供最小电阻的通路,接闪器(避雷针)和引下线应采用大截面的铜线。防雷引下线应和建筑物钢筋、电源接地线直接接至上述接地环或其他类型的接地极系统。引下线应采用大截面铜线以降低阻抗。

通过采用上述推荐的措施,电源质量问题可以大大地减少。在建筑物新建或改建期间,只要施工还在进行,施工人员还在现场,花费在增加一些材料和加大导线截面的费用是很少的。对减少生产率降低和停产造成的损失来讲,多这一点钱是很值得的。如果正在生产的工厂中出现了电源质量问题,有必要仔细研究,采用最好的解决方法,解决方法可能很简单,例如调整一下一些供电分支回路上的负荷;对电源线路的布线稍加改动或增加一些供电分支回路;在有些情况下安装隔离变压器谐波滤波器等。环形接地结合增加垂直接地棒可在建设新建筑物时考虑;这种方式不能用于建筑物改建,特别是不能用于城市或其他土地空间有限制的地区。对于改建来说,最好的解决办法是采用加长垂直接地棒或用化学药品来提高接地棒与大地间的电导,但应确认埋入地下的化学药品和回填材料,应是经过国家环保机构承认和批准的环保材料。

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