三、 工業(yè)設(shè)備的接地

接地的首要目的是安全，接地線的作用是將電氣設(shè)備或電柜電箱等帶電設(shè)備金屬外殼導(dǎo)電部分，和大地連接形成等電位體。

安全接地線的電阻很小，這樣即使電氣設(shè)備外殼因意外漏電，也會因為電流經(jīng)過接電線流向大地，和大地電勢相通，這樣電箱外殼和大地之間的電壓很低，可以忽略不計，所以當發(fā)生人體接觸電箱外殼的情況，因為電壓很低，通過人體的電流要遠遠小于是人體觸電的電流，人體不會觸電，從而保護人員的安全。

工作接地是由電力系統(tǒng)運行需要而設(shè)置的（如中性點接地），因此在正常情況下就會有電流長期流過接地電極，但是只是幾安培到幾十安培的不平衡電流。

防雷接地是為了消除過電壓危險影響而設(shè)的接地，如避雷針、避雷線和避雷器的接地。防雷接地只是在雷電沖擊的作用下才會有電流流過，流過防雷接地電極的雷電流幅值可達數(shù)十至上百千安培，但是持續(xù)時間很短。

屏蔽接地是消除電磁場對人體危害的有效措施，也是防止電磁干擾的有效措施。高頻技術(shù)在電熱、醫(yī)療、無線電廣播、通信、電視臺和導(dǎo)航、雷達等方面得到了廣泛應(yīng)用，人體在電磁場作用下，吸收的輻射能量將發(fā)生生物學(xué)作用，對人體造成傷害，如手指輕微顫抖、皮膚劃痕、視力減退等。對產(chǎn)生磁場的設(shè)備外殼設(shè)屏蔽裝置，并將屏蔽體接地，不僅可以降低屏蔽體以外的電磁場強度，達到減輕或消除電磁場對人體危害的目的，還可以保護屏蔽接地體內(nèi)的設(shè)備免受外界電磁場的干擾影響。

防止靜電危害影響并將其泄放，防靜電接地是靜電防護最重要的一環(huán)。

接地用在EMC方面的作用包括使用等電位體來實現(xiàn)與地線可靠的連接，可以在很寬的頻率范圍內(nèi)保持等電位，另外，盡可能低的接地阻抗可以使電源故障電流和高頻電流不經(jīng)過設(shè)備，降低了對設(shè)備干擾。

目前國內(nèi)的接地系統(tǒng)采用的是防雷接地、動力接地和數(shù)字地分離的方法，這樣的單獨接地系統(tǒng)在國內(nèi)是最多見的，但是這種接地系統(tǒng)高頻特性不夠好，單獨接地系統(tǒng)如圖13所示。

圖 13 單獨接地系統(tǒng)

用戶可以通過多處的等電位體將動力、通訊接地形成接地網(wǎng)絡(luò)，然后通過多層復(fù)合接地與防雷接地連接，這樣的接地系統(tǒng)僅在接地系統(tǒng)的阻值低于1歐姆時方能采用，接地系統(tǒng)如圖14所示。

圖 14 多點接地的接地系統(tǒng)

對于工業(yè)的接地系統(tǒng)，要求接地電阻越小越好,在1000V以下中性點直接接地系統(tǒng)中，接地電阻小于或等于4歐，重復(fù)接地電阻小于或等于10歐。而電壓1000V以下的中性點不接地系統(tǒng)中，一般規(guī)定接地電阻為4歐。但是在很多的客戶現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)往往達不到接地電阻小于或等于4歐的要求，這時應(yīng)對接地進行整改。

長度為1米不同直徑電纜在頻率下的阻抗如圖15所示，從圖中可以看出，電纜的阻抗與頻率密切相關(guān)，在低頻下，直徑大的電流阻抗低，

35mm2的阻抗0.5毫歐，1mm2的2達18毫歐，兩者相差36倍，但在高頻下，例如100KHz，35mm2的電纜比1mm2的電阻的一半還多，也就是說兩個1mm22的電纜并聯(lián)將比一個35mm2的電纜的阻抗還小,這也是為什么要使用網(wǎng)狀連接進行接地的原因。

圖 15 電纜在不同頻率下的阻抗表

在高頻環(huán)境下，導(dǎo)體的阻抗主要取決于其與單位長度成正比的每單位長度的電感，該電感從1 kHz開始對電纜的阻抗起決定性作用。這意味著，只要幾米長的導(dǎo)體，電纜的阻抗影響因素如下：

? 直流或低頻（LF）幾毫歐

? 約1 MHz幾歐姆

? 高頻幾百歐姆（HF）（?100 MHz ...）

? 并且導(dǎo)體橫截面的周長起主導(dǎo)作用（集膚效應(yīng)）

? 導(dǎo)體的橫截面積相對變得不重要

? 電纜的長度是決定性的

在了解了上述的原理之后，就會理解為什么接地電纜越短就越好的原因。

為什么不能在屏蔽接地使用豬尾巴？

由于在高頻下，電纜的阻抗主要由電纜長度決定，把屏蔽擰成豬尾巴，將降低屏蔽的效果，如果導(dǎo)體的長度超過信號波長的1/30電纜的阻抗變?yōu)椤盁o限”。

波長和頻率的關(guān)系式：c=λf（f=c/λ），其中，c：波速(這是一個常量,也就是光速，c約等于3*10^8m/s) 單位是米每秒；λ是波長，其單位是米；f是波的頻率，其單位是赫茲Hz。

式中：

? λ：波長單位m 。

? f：頻率單位MHz。

顯然，同樣長度物體的接地阻抗按大小排列，Z1>Z2>Z3>Z4，如圖16所示。

圖 16 高頻環(huán)境同樣長度物體阻抗的排列

幾種電纜屏蔽接地的接法的比較，如圖17所示。

圖 17 電纜屏蔽接地的比較

四、 變頻器的濾波器和磁環(huán)

施耐德變頻器ATV320的內(nèi)置或外加EMC濾波器采用同樣的結(jié)構(gòu)，濾波器由相間的X電容，相和地之間的Y電容以及共模扼流圈組成。濾波器使用的模扼流圈，與環(huán)形變壓器相比使用了環(huán)形鐵氧體，并在其上面繞線形成電感。

變頻器集成EMC濾波器的目的是使變頻器能夠符合IEC61800-3的C2標準的要求，

ATV320產(chǎn)品200V 單相的產(chǎn)品，當變頻器的開關(guān)頻率設(shè)置值在2到4kHz之間，電機電纜的最長距離可達10米，當開關(guān)頻率設(shè)置是從4到12kHz之間，在變頻器到電機電纜長度最大值為5米。

ATV320產(chǎn)品400V 三相范圍（EMC濾波器），開關(guān)頻率設(shè)置值在4到12kHz之間時，變頻器到電機電纜最大值為5米。

如果加裝了附加EMC濾波器，在保證符合C2標準的前提下，變頻器到電機的電纜長度更長，還有可能符合更高的標準C1。

濾波器接線時，需注意將濾波器的輸入和輸出分開，防止濾波器的輸入對“干凈”的濾波器輸出線產(chǎn)生干擾，降低濾波器的效果，濾波器的安裝建議圖如圖18所示。

圖 18 濾波器進出線不能太近

正弦波濾波器，就是將變頻器SPWM調(diào)制波濾成近似正弦的電壓波形，由于變頻器的輸出含有高頻諧波，增加了動力電纜及電機的損耗；同時極高的dv/dt會引起數(shù)MHz的輻射干擾；如果電機需要長線傳輸時(電機線纜超過50米)，回波反射引起電機端電壓疊加，使電機絕緣破壞，導(dǎo)致電機的燒毀。

正弦波濾波器將變頻器的輸出波形濾波成正弦波后，延長了電機電纜的最大長度，降低了變頻器的干擾，正弦波濾波器可以延長電機壽命、保護電機絕緣、對電磁干擾的抑制效果好。

抗干擾磁環(huán)，又稱鐵氧體磁環(huán)，簡稱磁環(huán)，它是電子電路中常用的抗干擾元件，對于高頻噪聲有很好的抑制作用。

磁環(huán)的匝數(shù)越多抑制低頻干擾效果越好，但抑制高頻噪聲作用較弱。

在實際使用當中，磁環(huán)匝數(shù)要根據(jù)干擾電流頻率特點進行調(diào)整。當干擾信號頻帶較寬時，可以在電纜上套兩個磁環(huán)，每個磁環(huán)繞不同的匝數(shù)，這樣可以同時用一種磁環(huán)抑制高頻和低頻兩種干擾。并不是阻抗越大對干擾信號的抑制效果越好，因為實際磁環(huán)上存在寄生電容，這個寄生電容與電感并聯(lián)，但遇到高頻干擾信號時，這個寄生電容就會將磁環(huán)的電感短路，從而失去作用。

選擇抗干擾磁環(huán)時，主要考慮兩個方面的因素，即磁環(huán)的阻抗特性和被濾波電路的干擾特性。外觀上來看，優(yōu)先的選擇是盡量長、盡量厚、內(nèi)徑盡量小、電感盡量小的磁環(huán)。

使用磁環(huán)的最大優(yōu)點是與被濾波的電路沒有電氣連接，最大缺點是磁環(huán)易碎，所以建議使用帶塑膠外殼的磁環(huán)，并且固定在被濾波的電源線或控制線纜上。

根據(jù)干擾信號的頻率特點可以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體的磁環(huán)，前者的高頻特性優(yōu)于后者，錳鋅鐵氧體的磁導(dǎo)率在幾千~上萬，而鎳鋅鐵氧體為幾百~上千，磁環(huán)鐵氧體的磁導(dǎo)率越高，其低頻時的阻抗越大，高頻時的阻抗越小，所以在抑制高頻干擾時，宜選用鎳鋅鐵氧體，反之則用錳鋅鐵氧體，工業(yè)常用的磁環(huán)如圖19所示。

圖19 磁環(huán)的外觀