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实验室用电问题之接地

时间:2015-07-24 点击次数:918次 作者:四川实验台 | 四川通风柜 | 四川通风系统 | 四川气瓶柜 | 四川实验室规划设计


实验室用电问题之接地

实验室配备了大量的高精密度仪器设备,不论是从仪器设备使用的安全角度,还是分析结果的可靠性,用电设计都非常重要。但由于用电设计及其专业,一般用电设计者不了解实验室的特殊用电需求,而作为化学、生物实验室工作人员又往往不太懂用电设计,因此容易疏忽,造成电源配置无法满足实验室仪器设备要求的情形。本文主要是建议实验室工作人员在不懂此专业的情况下,应该重点把握哪几个关键环节,以确保用电设计满足实验室需求。

要想设计合理,首先要把实验室仪器设备用电情况继续拧详细的调查和分类,调查的信息应包括:实验室名称、房间名称、安装仪器设备名称、仪器主机及附属设备的输入定额功率、正常工作所需电压、电线、插座类型及数量。实验室用电主要涉及供配电问题、照明问题以及接地问题。其中接地问题不可忽视,应该按照特殊场所的接地要求进行设计。

接地

将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。“电气装置”是一定空间中若干相互连接的电气设备的组合。“电气设备”是发电、变电、输电、配电或用电的任何设备,例如电机、变压器、电器、测量仪表、保护装置、布线材料等。电力系统中接地的一点一般是中性点,也可能是相线上某一点。电气装置的接地部分则为外露导电部分。“外露导电部分也可称为外部导电部分,不属于电气装置,一般是水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。外部导电部分可能引入电位,一般是地电位。接地线是连接到接地极的导线。接地装置时接地极与接地线的总称。

接地设计非常专业,一般分析、生物专业的实验室工作人员所学专业对其了解甚少,当然具体设计方案应由专业设计人员考虑进行。设计方案的科学性、合理性、可操作性对实验室将来仪器设备能否正常运转、出具的数据是否准确可靠至关重要。监狱目前设计人员专业素质良莠不齐,作为实验室人员必须关注此事,因此了解相关的知识非常必要。在此仅从接地的通用要求、仪器设备的专门接地的必要性以及实验室人员通常需关注的要点进行介绍。

(一)接地的一般要求

通常实验室建筑按具体要求,可设置实验室工作接地、供电电源工作接地、保护接地、实验室特殊防护接地以及防雷接地。接地电阻值应按试验仪器、设备的具体要求确定。无特殊要求时不宜大于4Ω。供电电源工作接地及保护接地的接地电阻值不应大于4Ω。实验室特殊防护接地电阻值按具体要求确定。防雷接地电阻值应符合有关建筑防雷设计规范的规定。

各种接地宜共用一组接地装置,无特殊要求时,接地电阻值不宜大于1Ω。如防雷接地需单独设置,应按有关建筑防雷设计规范采取防止反击措施。

实验室的工作接地与接地装置单点连接。使用性质不同的实验室共用一组接地装置时,宜分别引接地线与接地装置连接。由接地装置引入室内的接地干线宜采用绝缘导线(电缆)穿钢管敷设。

实验室保护接地宜采用等电位连接措施。

(二)仪器专用地线的作用

近年来我国引进了大批精密分析测试仪器,保证这些贵重仪器正常工作,为科研、教学及经济发展服务是众所关切的问题。在此仅对大型分析测试仪器专用接地装置的作用进行分析,以使广大实验室工作人员加强对这方面的认识。

一般大型仪器设备,特别是高频发生设备(如电感耦合等离子体发射光谱和质谱仪),安装说明书中都特别强调实验室要提供单独接地,这条地线要与大地有良好的点连结,其接地电阻在4Ω以下,或者符合仪器安装说明书的要求。

但是为什么要单独接地,单独接地的含义是什么,同属一个大地,单独接地有何特殊意义,这些问题往往困惑许多不了解大型仪器设备工作原理的人,甚至是一些专业设计人士。正确的接地方式不仅起到保护操作者人身及设备安全的作用,而且可以屏蔽外界电磁场对仪器的干扰,稳定仪器电气零点。单独接地线的作用包括:

1、对人和仪器的保护作用

设备接地是用来在认为环境中防止危险状态的一种安全措施。有了可靠的接地,对瞬时电压提供保护,来自雷电、线路冲击或偶然与高压线路接触时产生的过电压,可以通过地线进入大地,从而保护人身和仪器的安全。良好的接地还可以防止设备上静电荷的积累,消除仪器外壳上的射频电位。编者曾遇到扫描电镜机壳带电的情况,致使仪器经常出现故障,如电镜图像抖动,无法进行照相;高压部分频繁放电,灯丝电流不稳,图像经常消失。经检查发现仪器接地有问题,重新接地后仪器工作正常。

2、屏蔽作用

大型分析仪器的检测信号与普通仪器相比较都非常微弱,所以要求仪器前置放大单元电路具有较高的输入阻抗及多倍级的放大倍数。这样来自外界的电磁干扰很容易窜入放大单元电路中,引起仪器的误检,从而影响测量的准确度及精密度。有些仪器本身设计有多谐高频振荡电路,这些振荡电路频谱宽,尽管在电路设计时加有一定的防护措施,有些高频部分的电磁能量仍能辐射出来,对邻近仪器产生影响。仪器外壳接地,相当于把整个仪器放入一个特制的屏蔽室,隔断来自外部或内部的电磁辐射,从而保证自身和邻近仪器不受干扰。

3、对仪器工作零点的稳定作用

大型分析测试仪器的电路参考电位点通常都是通过一路或多路与仪器外壳相连,这是人为设定的相对零电位点,其主要目的是使仪器中所有的电子单元电路都有一个基准零电位,这对保证电路正常稳定工作来讲是很重要的。这个零电位与大地电位不一定相同,只有当它与大地连通后才能视为和大地等电位。当仪器外壳不接地时,参考零位相对大地而言是悬浮的,感应电压的存在或某些电子元件绝缘性能不好均会造成仪器外壳带电,电压几十伏至上百伏不等。由于参考零电位是悬浮的,很容易随外界电源干扰而波动,从而使仪器基准零点发生改变,造成仪器零点不稳,出现噪音,严重影响对弱信号的测量,使仪器灵敏度、准确度不用程度下降。

(三)接地设计注意事项

接地设计者应认真调查和搜集建筑的地理、地质、土壤、气象、环境等条件以及大型仪器设备的具体要求等信息,这样才能设计全面的整体接地方案。

1、常见的接地方法

接地从字面来看上去十分简单,但是对于经历过电磁干扰挫折的人来说可能是一个最难掌握的技术。实际上在电磁兼容设计中,接地是最难的技术。面对一个系统,没有一个人能够提出一个绝对正确的接地方案,多少会遗留一些问题。造成这种情况的原因是对接地没有一个很系统的理论或模型,人们在考虑接地时智能依靠自己过去的经验或从书上看到的经验。但接地是一个十分复杂的问题,在其他场合很好的方案在某些特殊情况不一定最好。关于接地设计在很大程度上依赖设计师的直觉,也就是他对“接地”这个概念的理解程度和经验。

接地的方法很多,具体使用哪一种方法取决于系统的结构和功能。现在的许多接地方法都是来源于过去成功的经验,这些方法包括单点接地、多点接地和混合接地。

(1)单点接地

单点接地是为许多在一起的电路提供公共电位参考点的方法,这样信号就可以在不同的电路之间传输。若没有公共参考点,就会出现错误信号传输。单点接地要求每个电路只接地一次,并且接在同一点。该点常常以地球为参考。由于只存在一个参考点。因此可以相信没有地回路存在,因而也就没有干扰问题。

(2)多点接地

设备内电路都以机壳为参考点,而各个设备的机壳又都以地为参考点。这种接地结构能够提供较低的接地阻抗,这是因为多点接地时,每条地线可以很短,并且多根导线并联能够降低接地导体的总电感。在高频电路中必须使用多点接地,并且要求每根接地线的长度小于信号波长的1/20。

(3)混合接地

混合接地既包含了单点接地的特性,又包含了多点接地的特性。例如,系统内的电源需要单点接地,而射频信号有要求多点接地,这时就可以采用混合接地。对于直流,电容是开路的,电路时单点接地;对于射频,电容是导通的,电路是多点接地。

2、接地体

接地体分自然接地体和人工接地体两种。当综合布线采用单独接地系统时,接地体一般采用人工接地体,并满足一下条件:

(1)距离工频低压交流供电系统的接地体不宜小于10m。

(2)距离建筑物防雷系统的接地体不应小于2m。

(3)接地电阻不应大于4Ω。

当综合布线采用联合接地系统时,接地体一般利用建筑物基础内钢筋网作为自然接地体,其接地电阻应小于1Ω。在实际应用中通常采用联合接地系统,这是因为与单独接地系统相比,联合接地方式具有以下几个显著的优点:

(1)当建筑物遭受雷击时,楼层内个点电位分布比较均匀,工作人员及设备的安全能得到较好的保障。同时,大楼的框架结构对中博电磁场能提供10dB~40dB的屏蔽效果。

(2)容易获得较小的接地电阻。

(3)可以节约金属材料,占地少。

3、接地极

任何一种接地极,其功效都取决于当地的土壤条件。对给定的土壤条件和所要求的接地电阻值,应选择一个或多个接地极以满足接地要求。对接地极的材料和尺寸的选择,应使其既耐腐蚀又具有适当的机械强度。可采用的接地极通常有:

(1)埋在基础里的地下结构金属网(基础接地);

(2)金属板;

(3)埋在地下的钢筋混凝土(预应力的混凝土除外)的金属加强筋;

(4)金属棒或管;

(5)金属带或线;

(6)根据当地条件或要求所设电缆的金属护套和其他金属护层;

(7)根据当地条件或要求所设置的其他适用的地下金属网;

在选择接地极类型和确定其埋地深度时,需注意以下事项:

(1)应考虑到当地的条件和相关规程,以便在土壤干燥和冻结的情况下,接地极的接地电阻不致增加到会有损电击防护措施的阻值。

(2)应注意在接地配置中采用不同材料时的电解腐蚀问题。

(3)用于输送可燃性液体或气体的金属管道,不应用作接地极。

总之,随着科研智能建筑的不断发展,人们必将对其接地系统提出更为严格的要求。对于广大工程技术人员而言,提高综合布线接地系统的稳定性和可靠性将是一项长期而艰巨的任务。

 

 

 

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