安全电磁兼容与接地课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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 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（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 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 Designers,3,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，2004,6,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,