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電子設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是配備在建筑物室內(nèi),當(dāng)建筑物直接遭受雷擊或其附近區(qū)域發(fā)生雷擊時(shí),由雷電放電引起的電磁脈沖和暫態(tài)過電壓波會通過各種途徑侵入建筑物內(nèi),危及室內(nèi)電子設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。前面已大概介紹了防雷技術(shù)措施,這里再具體介紹一下均壓、接地、屏蔽、隔離以及相關(guān)的新技術(shù)。
一、均壓由前述已知,當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí),在雷電暫態(tài)電流所經(jīng)過的路徑上將會產(chǎn)生暫態(tài)電位抬高,使該路徑與周圍的金屬物體之間形成暫態(tài)電位差。如果這種暫態(tài)電位差超過了兩者之間的絕緣耐受強(qiáng)度,就會導(dǎo)致對金屬物體的擊穿放電,使金屬物體帶高電位,這種帶高電位的金屬物體又有可能對其周圍的其他金屬物體再進(jìn)行擊穿放電。這種擊穿放電能直接損壞電子設(shè)備,也能產(chǎn)生電磁場脈沖,干擾電子設(shè)備的正常運(yùn)行。為消除雷電暫態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電,需要對室內(nèi)的各種金屬構(gòu)件進(jìn)行等電位連接,即將室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼或構(gòu)架連接在一起,并與建筑物的防雷系統(tǒng)相連接,形成一個(gè)電氣上連續(xù)的整體,這樣就可以在發(fā)生雷擊時(shí)避免在不同金屬外殼或構(gòu)架之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差,使得它們彼此間等電位,并維持在地電位的水平,這就是均壓措施。
等電位連接分兩種基本型式,一種是直接連接,另一種是間接連接。直接連接是將兩個(gè)金屬構(gòu)件通過螺紋緊固、銅接和焊接等工藝直接進(jìn)行電氣連接;間接連接是采用均壓帶這個(gè)中間環(huán)節(jié)將兩個(gè)構(gòu)件在電氣上連接起來,均壓帶的連接固定可以用螺栓,也可以用焊接來實(shí)現(xiàn)。間接連接的均壓效果不如直接連接的好,但對于室內(nèi)的各種金屬管道,以及各電纜金屬護(hù)套,由于它們相互之間實(shí)際間隔和位置的限制,一般只能采用均壓帶和均壓母線進(jìn)行間接連接。事實(shí)上,無論是直接連接還是間接連接,都必須保證金屬面之間有可靠的電氣接觸。
均壓帶應(yīng)采用導(dǎo)電性能好的金屬薄板,常用的有銅或鋁薄板。均壓帶自身的寄生電感,以及它與金屬面之間的接觸電阻要盡可能小,因?yàn)檫@種寄生電感和接觸電阻在暫態(tài)電流作用時(shí)所產(chǎn)生的暫態(tài)壓降將會影響均壓質(zhì)量。因此,均壓帶應(yīng)盡可能短而寬,并要保持直線連接狀態(tài),避免出現(xiàn)彎曲,因?yàn)榫鶋簬У膹澢鷮龃笃浼纳姼?。另外,均壓帶?yīng)具有足夠的通流容量,應(yīng)能夠耐受在其所連接之處可能出現(xiàn)的最大暫態(tài)電流,以免均壓帶因過電流熔斷而造成更大的危害。
二、接地在電子設(shè)備和電子系統(tǒng)中,各種電路均有電位基準(zhǔn),將所有的基準(zhǔn)點(diǎn)通過導(dǎo)體連接在一起,該導(dǎo)體就是設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部的地線,如果將這些基準(zhǔn)點(diǎn)連接到一個(gè)導(dǎo)體平面上,則該平面就稱為基準(zhǔn)平面,所有信號都是以該平面作為零電位參考點(diǎn)的。電子設(shè)備常以其金屬底座、外殼或銅帶作為基準(zhǔn)面,基準(zhǔn)面不一定都與大地相連,在通常情況下,將基準(zhǔn)面與大地相連主要岀于兩個(gè)目的:一是為設(shè)備的操作人員提供安全保障:二是為提高設(shè)備的工作穩(wěn)定性。以下分別對這兩種接地方式進(jìn)行討論。
(1)工作接地。主要是為了使整個(gè)電子電路有一個(gè)公共的零電位基準(zhǔn)面,并給高頻干擾信號提供低阻抗的通路,以及使屏蔽措施能發(fā)揮良好的效能。工作接地有以下三種方式。
①浮地。浮地是指電子設(shè)備的地線在電氣上與建筑物接地系統(tǒng)保持絕緣,兩者之間的絕緣電阻一般應(yīng)在50MΩ以上,這樣建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不能傳導(dǎo)到電子設(shè)備上去,地電位的變化對設(shè)備也就無影響。在許多情況下,為了防止電子設(shè)備外殼上的干擾電流直接耦合到電子電路上,常將外殼接地,而將其中的電子電路浮地,如圖1所示。
圖1 浮地方式
地方式的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng),缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生靜電積累,當(dāng)雷電感應(yīng)較強(qiáng)時(shí),外殼與其內(nèi)部電子電路之間可能出現(xiàn)很高的電壓,將兩者之間絕緣間隙擊穿,造成電子電路的損壞。
②單點(diǎn)接地。把整個(gè)電子系統(tǒng)中某一點(diǎn)作為接地基準(zhǔn)點(diǎn),其各單元的信號地都連到這一點(diǎn)上,如圖2所示。
圖2 單點(diǎn)接地方式
圖2(a)為串聯(lián)式單點(diǎn)接地,圖2(b)為并聯(lián)式單點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地可以避免形成地線回路,防止通過地線回路的電流傳播干擾。通常,把低幅度的且易受干擾的小信號電路,如前置放大器等用單獨(dú)一條地線與其他電路的地線分開。而幅度和功率較大的大信號電路,如末級放大器和大功率電路等具有較大的工作電流,其流過地線中的電流較大,為防止它們對小信號電路的干擾,應(yīng)有自己的地線。對于電動(dòng)機(jī)、繼電器和接觸器等經(jīng)常起動(dòng)和動(dòng)作的設(shè)備及器件,由于它們在起動(dòng)和動(dòng)作時(shí)會產(chǎn)生干擾,除了需要對它們采取屏蔽和隔離措施外,還必須有單獨(dú)的地線。當(dāng)采用多個(gè)電源分別供電時(shí),每個(gè)電源都應(yīng)有自己的地線。這些地線都直接連接到一點(diǎn)去接地,這就是多分支單點(diǎn)接地,如圖3所示。
圖3 多分支單點(diǎn)接地