1.2　接地的形式

接地作為一種應(yīng)用最為廣泛的電氣安全措施，對(duì)于機(jī)電設(shè)備，不論是強(qiáng)電還是弱電，交流還是直流，高壓還是低壓，固定式還是移動(dòng)式，生產(chǎn)用還是生活用，是發(fā)電廠(chǎng)還是用戶(hù)，都以不同的方式、不同的用途被采用。

1.2.1　設(shè)備接地

對(duì)連接在低壓電氣系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備的金屬外箱或機(jī)架等實(shí)施接地，如圖1-6所示，這種接地稱(chēng)為箱殼或殼體接地。對(duì)機(jī)電設(shè)備而言，其接地的特征是在非通電的部分接地，有接地點(diǎn)。

1.2.2　系統(tǒng)接地

配電用變壓器的二次側(cè)電路的接地屬于系統(tǒng)接地。從電路的絕緣原則上來(lái)說(shuō)，電路與大地應(yīng)該是絕緣的，這與電路的絕緣原則是相反的。按現(xiàn)有對(duì)接地技術(shù)的理解，只能認(rèn)為這種接地施工的接地點(diǎn)是排除在電路絕緣原則之外的。

1.2.3　避雷針接地

這是歷史最長(zhǎng)的接地方式。在避雷針上直接落雷，極有被直擊雷直擊的可能，一旦直擊，避雷針上將有波幅為10kA、持續(xù)時(shí)間為幾十微秒的電流波通過(guò)。在對(duì)避雷針接地設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮這些條件。

1.2.4　避雷器接地

避雷器是以對(duì)付由直擊雷或感應(yīng)雷（線(xiàn)路附近落雷的場(chǎng)合）在線(xiàn)路上發(fā)生的雷電沖擊電壓為目的。因?yàn)槔纂姏_擊電壓在線(xiàn)路上行進(jìn)是衰減的，應(yīng)按避雷器安裝位置（屋外、屋側(cè)或屋內(nèi)）不同而考慮避雷器的接地設(shè)置方式。又因?yàn)樵诒芾灼魃铣钟衅綍r(shí)電路的對(duì)地電壓，這個(gè)電壓的高低也是選定避雷器及設(shè)置方式的重要條件。圖1-7所示是供電線(xiàn)路為提高線(xiàn)路耐雷水平、降低線(xiàn)路雷擊跳閘率而設(shè)置的避雷器接地。

對(duì)于自然界的雷及由其引起的雷電沖擊電壓稱(chēng)為外雷，與之對(duì)應(yīng)的在內(nèi)部產(chǎn)生的被稱(chēng)作內(nèi)雷。內(nèi)雷是電力系統(tǒng)中因接入的斷路器等在操作時(shí)發(fā)生過(guò)渡的急陡上升引起的沖擊波。這樣，不論外雷還是內(nèi)雷，對(duì)機(jī)電設(shè)備都應(yīng)有必要的防護(hù)措施，特別是半導(dǎo)體電子線(xiàn)路及設(shè)備，更有防護(hù)的必要。

沖擊電壓吸收器不是避雷器，只是與接地有關(guān)的裝置。

1.2.5　功能接地

功能接地的特征為，接地電極上平時(shí)有負(fù)荷電流流過(guò)，在有水分的地下埋設(shè)的接地電極因常有電流流過(guò)，會(huì)引起電化學(xué)反應(yīng)。特別是直流場(chǎng)合，更容易引起這種現(xiàn)象，在對(duì)接地電極設(shè)計(jì)時(shí)必須充分注意。如圖1-8所示的電氣防腐蝕回路，陰極保護(hù)利用電化學(xué)防止金屬的腐蝕，為了使防腐蝕電流流入土壤或水中，應(yīng)在系統(tǒng)中進(jìn)行接地。如圖1-9所示的直流輸電系統(tǒng)中有采用大地歸路的，都屬于功能接地。

不管是交流還是直流，電氣鐵路中也采用功能接地，其典型回路的歸路是使用軌道，如圖1-10所示。但是，鐵路的軌道是不與大地絕緣的，從而鐵路的軌道自然發(fā)生被多重接地。所以，并行于軌道歸路的大地歸路也可能是同時(shí)起作用的。通常大部分的電流經(jīng)軌道返回，還有一部分電流會(huì)向大地分流，因此也稱(chēng)為準(zhǔn)大地歸路。

對(duì)以上功能接地來(lái)說(shuō)，在接地電極上有負(fù)荷電流流過(guò)，也可以說(shuō)是動(dòng)的功能接地，還應(yīng)該有靜的功能接地。如為了保證計(jì)算機(jī)及其他機(jī)電設(shè)備的正常工作，必須采用具有穩(wěn)定電位的基準(zhǔn)點(diǎn)，該基準(zhǔn)點(diǎn)通過(guò)接地來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有對(duì)傳輸電波的天線(xiàn)實(shí)施的接地天，也是功能接地，因此也叫做基準(zhǔn)電位接地，或邏輯接地。

1.2.6　基準(zhǔn)電位接地

基準(zhǔn)電位接地從本質(zhì)上也屬功能接地，由于這種方式大多反映在儀器設(shè)備上，也叫信號(hào)接地，是信號(hào)回路中放大器、混頻器、掃描電路、邏輯電路等的統(tǒng)一基準(zhǔn)電位接地，目的是不致引起信號(hào)量的誤差。功率接地是所有繼電器、電動(dòng)機(jī)、電源裝置、大電流裝置、指示燈等電路的統(tǒng)一接地，以保證在這些電路中的干擾信號(hào)泄漏到地中，不至于干擾靈敏的信號(hào)電路。

作為大地的重要功能，有電位的穩(wěn)定性。與地球上所有的人工設(shè)備相比較，地球的尺寸可看作是無(wú)限大，因而，作為導(dǎo)體的地球幾乎持有無(wú)限大的電容，多少次充電它的電位也不會(huì)上升。

對(duì)電腦和高靈敏測(cè)量裝置來(lái)講，信號(hào)是以電壓的形式來(lái)接收的場(chǎng)合較多，無(wú)論是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，在接受電壓信號(hào)的時(shí)候，穩(wěn)定的電位基準(zhǔn)點(diǎn)是不可或缺的，這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)就是靜的功能接地，如圖1-11所示。沒(méi)有比地球更穩(wěn)定的電位基準(zhǔn)點(diǎn)了。

對(duì)汽車(chē)那樣的移動(dòng)體，以及飛機(jī)、火箭、人造衛(wèi)星等飛行體，顯然是不能與真的大地進(jìn)行固定的接地。可把車(chē)體或機(jī)體中最大的導(dǎo)體做接地，把它稱(chēng)為身體地（body earth），以模擬的大地來(lái)替代真的大地。

1.2.7　屏蔽接地

近年來(lái)，機(jī)電設(shè)備中電子裝置的電源輸入部位盛行接入線(xiàn)路濾波器，如圖1-12所示。這個(gè)線(xiàn)路濾波器是為了不讓通入電源線(xiàn)的無(wú)用的噪聲進(jìn)入電子裝置，把電源的各線(xiàn)與大地間接入電容器，噪聲就逸入大地。因此，在各線(xiàn)路濾波器中用線(xiàn)路濾波器接地是必要的。還有屏蔽裝置的接地和電子鏡頭的接地等，都是為了把無(wú)用的電磁波的能量釋放入大地。

1.2.8　靜電接地

汽車(chē)的車(chē)體因輪胎與大地是絕緣的，汽車(chē)車(chē)體因行進(jìn)中的摩擦蓄積產(chǎn)生了靜電。煉油廠(chǎng)的油罐車(chē)，在進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)之前必須要將車(chē)體接地一段時(shí)間，把積蓄的靜電電荷放掉，如圖1-13所示，這就是靜電的接地。計(jì)算機(jī)中的內(nèi)置IC芯片等也容易受到靜電影響，還有儲(chǔ)油罐、天然氣儲(chǔ)罐和管道等，都是特別容易因靜電放電而引起爆炸的。通過(guò)接地，可以將由于摩擦等產(chǎn)生并積蓄的靜電盡快釋放到大地，防止靜電干擾引起事故和破壞。在集成電路（LSI）制造廠(chǎng)，靜電是大敵。

1.2.9　懸浮接地

為了有別于常見(jiàn)于地面上的接地系統(tǒng)，把運(yùn)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備中的接地系統(tǒng)稱(chēng)為“懸浮接地系統(tǒng)”。

從電氣特性來(lái)看，作為運(yùn)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備中的接地裝置的“地”，它應(yīng)該具備兩個(gè)條件，即導(dǎo)電和具有相對(duì)大的容電量。

對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備，無(wú)疑應(yīng)選擇金屬殼體作為“地”；對(duì)機(jī)器人，一般選擇固定電子線(xiàn)路板的金屬支架作為“地”。

（1）懸浮接地系統(tǒng)的特點(diǎn)

①是不可能與大地相連接的。

②在這種接地系統(tǒng)中，不存在“電位為零的遠(yuǎn)方接地極”，所有運(yùn)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備的電子、電氣部分只有相對(duì)的零電位。

對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備的接地裝置，接地電阻的大小已不是那么重要，在實(shí)施過(guò)程中強(qiáng)調(diào)的是機(jī)電設(shè)備的“等電位連接”。

（2）懸浮接地系統(tǒng)的保護(hù)地

根據(jù)《Q/SWS 46-003—2003，船舶電氣設(shè)備和電纜接地工藝規(guī)范》的規(guī)定，工作電壓超過(guò)50V的電氣設(shè)備、電纜均予以保護(hù)接地。

一般而言，機(jī)器人內(nèi)部不存在上述的危險(xiǎn)電壓，故無(wú)需考慮保護(hù)地設(shè)置。

接地系統(tǒng)的連接必須遵循的一個(gè)原則，就是接地連線(xiàn)要盡可能地短，避免形成回路，以免將空間的電磁干擾通過(guò)接地連線(xiàn)引入到系統(tǒng)中去。所以，對(duì)船舶、飛機(jī)而言，保護(hù)接地線(xiàn)可以就近掛接到船體、飛機(jī)的永久結(jié)構(gòu)與船體、飛機(jī)相焊接的金屬基座或支架上。

（3）懸浮接地系統(tǒng)工作地的連接

懸浮接地系統(tǒng)的工作地不能像保護(hù)地那樣，和就近的金屬結(jié)構(gòu)相連就算了事。因?yàn)闊o(wú)論是機(jī)器人的金屬骨架，或者是金屬船體、飛機(jī)，它們不是一塊完整的導(dǎo)電體，往往是由許多塊金屬通過(guò)鉚接、焊接以及螺釘?shù)确椒ㄟB接起來(lái)的，在這些金屬塊的連接處都存在一定的接觸電阻。再則，和“地”相連接的機(jī)電設(shè)備又有一定的接地電流流向“地”，故很難保證接地平面有一個(gè)穩(wěn)定的電位參考點(diǎn)。

對(duì)懸浮接地系統(tǒng)的工作地，應(yīng)該設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)接地面，它應(yīng)該像工業(yè)接地裝置中的總接地板那樣，按不同種類(lèi)的接地要求，采用分類(lèi)匯總的方式進(jìn)行連接，這樣可避免彼此間的耦合。如圖1-14所示中的總接地板，應(yīng)設(shè)置兩根接地干線(xiàn)和船體殼體相連，以保證接地系統(tǒng)的可靠性。工作地匯流排和總接地板應(yīng)用絕緣支架固定，以避免重復(fù)接地。

在懸浮接地系統(tǒng)中，工作地不得與保護(hù)地共用。

對(duì)機(jī)電設(shè)備中的機(jī)器人，可以直接選擇一塊整體的金屬骨架（最好是用銅制作）作為工作地的基準(zhǔn)接地面，需要接地的地方，通過(guò)接地連線(xiàn)和基準(zhǔn)接地面相連。為了保證等電位的實(shí)現(xiàn)，金屬構(gòu)架上的任何兩點(diǎn)間的連接電阻宜控制在0.1Ω以下。

（4）基準(zhǔn)接地面和其他“地”之間的安全距離

在處理運(yùn)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備上控制系統(tǒng)工作地的安全距離時(shí)，可以參考《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB 50169—2006）》的規(guī)定。在共用接地網(wǎng)上，外部防雷裝置的接地點(diǎn)和控制系統(tǒng)的接地點(diǎn)，沿地下接地體的長(zhǎng)度必須大于15m，即經(jīng)過(guò)15m的距離，一般沿接地體傳播的雷電過(guò)電壓能衰減到不足以危及設(shè)備的絕緣。大電流、高電壓用電設(shè)備的接地點(diǎn)和控制系統(tǒng)的接地點(diǎn)，沿接地體的長(zhǎng)度必須大于5m。