一、衡器概述
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(duì)其影響較大)的接地是一個(gè)老生常談的問(wèn)題了，僅《衡器》雜志就有過(guò)5～6篇類(lèi)似的“防雷與接地”方面文章，但就接地的型式、維護(hù)、接地電阻的計(jì)算、電位參考點(diǎn)等幾乎沒(méi)談及。就供電的電網(wǎng)而言，也存在著一些不足，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(wú)法改變目前的現(xiàn)狀，改造也不現(xiàn)實(shí)，大多采用補(bǔ)救的增加“接地裝置”方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
每年的雷雨季節(jié)都能聽(tīng)很多關(guān)于雷電給我們?nèi)祟?lèi)造成的傷害和損失(最典型的是青島黃島油庫(kù)的雷擊起火，幾萬(wàn)噸原油化為灰燼，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，防止雷電造成損害的最主要措施就是通過(guò)接地來(lái)實(shí)現(xiàn)。接地是確保衡器正常工作和安全防護(hù)的重要措施之一。
接地是通過(guò)衡器上的任何部分與大地(土壤)間作良好的電氣連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，在電網(wǎng)為三相四線制時(shí)一般是給衡器再做一個(gè)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、衡器系統(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(lèi)五種，分別是：TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)三大類(lèi)，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(guó)家推薦接地采用“TN-S系統(tǒng)”，但由于原來(lái)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(duì)原來(lái)的三相四線制供電線路的一種補(bǔ)救的方法，但在實(shí)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(hù)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(hù)接地導(dǎo)體的電阻應(yīng)控制到最小(0.5Ω的要求)。
1、衡器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(fù)荷不均勻或損壞時(shí)的中性線帶電的危害，同時(shí)由于保護(hù)導(dǎo)體的電阻非常小(0.5Ω)，不管是電源的問(wèn)題還是雷擊的問(wèn)題都能起到良好的保護(hù)作用。
2、TT系統(tǒng)的接地型式
圖2是對(duì)現(xiàn)有三相四線的一種改進(jìn)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?yàn)閲?guó)標(biāo)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(jì)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(dòng)力部分選用三相供電時(shí)，與TT和IT系統(tǒng)的接線方式基本相同;當(dāng)動(dòng)力部分和控制部分為單相供電時(shí)，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、衡器零電位參考點(diǎn)與接地電阻的計(jì)算
過(guò)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(diǎn)(即接地的電位參考點(diǎn))和接地電阻的計(jì)算與接地體的布置，在這里介紹一下這方面的知識(shí)。
1、零電位參考點(diǎn)的確定
根據(jù)電能在大地中的傳遞擴(kuò)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(diǎn)的，在此深處及以下，幾乎測(cè)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(diǎn)。
2、接地電阻的計(jì)算
關(guān)于接地電阻的計(jì)算也很少文章談及，一般是先計(jì)算單根的接地(導(dǎo))體的接地電阻的，單根長(zhǎng)約3m的接地體接地電阻計(jì)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(gè)例子如何計(jì)算接地裝置的電阻。
例如：當(dāng)需要做一個(gè)接地電阻為4Ω的接地裝置時(shí)，假如分配給接地體(長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)算公式：R1=11R+21R+……+nR1(接地體的數(shù)量為n時(shí))確定接地體的根數(shù)。
因?yàn)楦鱾�(gè)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(zhǎng)約50m銅線，其電阻為(按直徑4mm計(jì)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(zhǎng)40m)：20×10-8×40/0.004×0.05=0.04Ω(約)
根據(jù)計(jì)算，除了接地體外，其它電阻可忽略不計(jì)，當(dāng)接地裝置的電阻為4Ω時(shí)，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(lái)布局，以免在不同的接地體間產(chǎn)生電位差。必要時(shí)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(yùn)行水平。
四、衡器接地的分類(lèi)
接地根據(jù)需要不同大體可分為八類(lèi)，具體表述如下。,
1、工作接地
為滿足電力系統(tǒng)或衡器的運(yùn)行要求，而將電力系統(tǒng)或衡器的某一點(diǎn)進(jìn)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(guò)電壓對(duì)人身或設(shè)備產(chǎn)生危害，而設(shè)置的過(guò)電壓保護(hù)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(hù)接地為防止電氣設(shè)備的絕緣損壞對(duì)人身造成的傷害，將其金屬外殼對(duì)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(hù)接地。如：
①電機(jī)、變壓器、照明器具、手持式或移動(dòng)式用電器具和其他電器的金屬底座和外殼。
②衡器的傳動(dòng)裝置。
③配電、控制和保護(hù)用的盤(pán)(臺(tái))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(hù)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(hù)攔和金屬門(mén)。
⑥架空線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。
⑧民用電器的金屬外殼，如洗衣機(jī)、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(hù)作用，造成電擊危險(xiǎn)和損壞設(shè)備，對(duì)中性線進(jìn)行重復(fù)接地(使其變?yōu)?/SPAN>TN-C-S系統(tǒng))。TN-C系統(tǒng)中的重復(fù)接地點(diǎn)為：
①架空線路的終端及線路中適當(dāng)點(diǎn)。
②四芯電纜的中性線。
③電纜或架空線路在建筑物或車(chē)間的進(jìn)線處。
④大型車(chē)間內(nèi)的中性線宜實(shí)行環(huán)形布置，并實(shí)行多點(diǎn)重復(fù)接地。
5、防靜電接地
為了消除靜電對(duì)人身和設(shè)備產(chǎn)生危害而進(jìn)行的接地，如將某些液體或氣體的金屬輸送管道或車(chē)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(chǎng)或?qū)ν饨珉妶?chǎng)敏感，必須進(jìn)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(hào)線或電源線到地的旁路電容，當(dāng)濾波器不接地時(shí)，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(duì)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(diǎn)與地相連，從而為干擾信號(hào)提供“最低阻抗”通道。
7、特殊要求的接地
如弱電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及中壓系統(tǒng)的接地，當(dāng)為中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電阻接地時(shí)，應(yīng)按弱電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和中壓系統(tǒng)要求執(zhí)行。
8、易燃易爆場(chǎng)所的電氣設(shè)備的保護(hù)接地易燃易爆場(chǎng)所的電氣設(shè)備、機(jī)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、衡器接地裝置運(yùn)行中的維護(hù)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(yùn)行中，接地線和接地體會(huì)因外力破壞或腐蝕而損傷或斷裂，接地電阻也會(huì)隨土壤變化而發(fā)生變化，因此必須對(duì)接地裝置定期進(jìn)行檢查和試驗(yàn)。
1、接地裝置運(yùn)行中的檢查周期
①電子衡器的承載器每年檢查一次，一般在雷雨季節(jié)到來(lái)之前進(jìn)行。
②秤房的建筑物的接地線根據(jù)運(yùn)行情況一般每年檢查1～2次。
③儀表和傳感器防雷裝置的接地裝置至少每年在雷雨季到來(lái)前檢查一次。
④接地裝置周?chē)懈g性土壤的，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行情況一般每3～5年對(duì)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(cè)量一次。
2、檢查項(xiàng)目
①檢查接地裝置接觸性能：檢查各連接點(diǎn)的接觸是否良好，有無(wú)損傷、折斷和腐蝕現(xiàn)象。
②腐蝕環(huán)境下的接地體腐蝕程度檢查：對(duì)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(shí)(一般為雨季前)測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果與原設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析比較。
④大型衡器的承載器檢修后，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(shí)的改進(jìn)措施增加接地體的總長(zhǎng)度或增加垂直接地體的數(shù)量，在接地體周?chē)鼡Q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(yǔ)
接地與防雷是多年來(lái)人們關(guān)注度比較高的一個(gè)問(wèn)題。盡管關(guān)注度極高，但每年還都造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害。從字面上來(lái)看好像接地與防雷是一件很簡(jiǎn)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(lái)有時(shí)相當(dāng)束手，處理不當(dāng)就會(huì)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(jì)損失。本文是根據(jù)多年接觸接地與防雷方面的經(jīng)驗(yàn)，參考相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)而寫(xiě)的，為廣大衡器設(shè)計(jì)人員提供這方面的參考，不當(dāng)之處歡迎指正。
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