實驗室用電問題之接地

時間：2015-07-24 點擊次數(shù)：1894次 作者：四川實驗臺廠家| 四川通風(fēng)柜生產(chǎn)廠家

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實驗室用電問題之接地

實驗室配備了大量的高精密度儀器設(shè)備，不論是從儀器設(shè)備使用的安全角度，還是分析結(jié)果的可靠性，用電設(shè)計都非常重要。但由于用電設(shè)計及其專業(yè)，一般用電設(shè)計者不了解實驗室的特殊用電需求，而作為化學(xué)、生物實驗室工作人員又往往不太懂用電設(shè)計，因此容易疏忽，造成電源配置無法滿足實驗室儀器設(shè)備要求的情形。本文主要是建議實驗室工作人員在不懂此專業(yè)的情況下，應(yīng)該重點把握哪幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以確保用電設(shè)計滿足實驗室需求。

要想設(shè)計合理，首先要把實驗室儀器設(shè)備用電情況繼續(xù)擰詳細(xì)的調(diào)查和分類，調(diào)查的信息應(yīng)包括：實驗室名稱、房間名稱、安裝儀器設(shè)備名稱、儀器主機及附屬設(shè)備的輸入定額功率、正常工作所需電壓、電線、插座類型及數(shù)量。實驗室用電主要涉及供配電問題、照明問題以及接地問題。其中接地問題不可忽視，應(yīng)該按照特殊場所的接地要求進行設(shè)計。

接地

將電力系統(tǒng)或電氣裝置的某一部分經(jīng)接地線連接到接地極稱為“接地”。“電氣裝置”是一定空間中若干相互連接的電氣設(shè)備的組合?！半姎庠O(shè)備”是發(fā)電、變電、輸電、配電或用電的任何設(shè)備，例如電機、變壓器、電器、測量儀表、保護裝置、布線材料等。電力系統(tǒng)中接地的一點一般是中性點，也可能是相線上某一點。電氣裝置的接地部分則為外露導(dǎo)電部分。“外露導(dǎo)電部分也可稱為外部導(dǎo)電部分，不屬于電氣裝置，一般是水、暖、煤氣、空調(diào)的金屬管道以及建筑物的金屬結(jié)構(gòu)。外部導(dǎo)電部分可能引入電位，一般是地電位。接地線是連接到接地極的導(dǎo)線。接地裝置時接地極與接地線的總稱。

接地設(shè)計非常專業(yè)，一般分析、生物專業(yè)的實驗室工作人員所學(xué)專業(yè)對其了解甚少，當(dāng)然具體設(shè)計方案應(yīng)由專業(yè)設(shè)計人員考慮進行。設(shè)計方案的科學(xué)性、合理性、可操作性對實驗室將來儀器設(shè)備能否正常運轉(zhuǎn)、出具的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠至關(guān)重要。監(jiān)獄目前設(shè)計人員專業(yè)素質(zhì)良莠不齊，作為實驗室人員必須關(guān)注此事，因此了解相關(guān)的知識非常必要。在此僅從接地的通用要求、儀器設(shè)備的專門接地的必要性以及實驗室人員通常需關(guān)注的要點進行介紹。

（一）接地的一般要求

通常實驗室建筑按具體要求，可設(shè)置實驗室工作接地、供電電源工作接地、保護接地、實驗室特殊防護接地以及防雷接地。接地電阻值應(yīng)按試驗儀器、設(shè)備的具體要求確定。無特殊要求時不宜大于4Ω。供電電源工作接地及保護接地的接地電阻值不應(yīng)大于4Ω。實驗室特殊防護接地電阻值按具體要求確定。防雷接地電阻值應(yīng)符合有關(guān)建筑防雷設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。

各種接地宜共用一組接地裝置，無特殊要求時，接地電阻值不宜大于1Ω。如防雷接地需單獨設(shè)置，應(yīng)按有關(guān)建筑防雷設(shè)計規(guī)范采取防止反擊措施。

實驗室的工作接地與接地裝置單點連接。使用性質(zhì)不同的實驗室共用一組接地裝置時，宜分別引接地線與接地裝置連接。由接地裝置引入室內(nèi)的接地干線宜采用絕緣導(dǎo)線（電纜）穿鋼管敷設(shè)。

實驗室保護接地宜采用等電位連接措施。

（二）儀器專用地線的作用

近年來我國引進了大批精密分析測試儀器，保證這些貴重儀器正常工作，為科研、教學(xué)及經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)是眾所關(guān)切的問題。在此僅對大型分析測試儀器專用接地裝置的作用進行分析，以使廣大實驗室工作人員加強對這方面的認(rèn)識。

一般大型儀器設(shè)備，特別是高頻發(fā)生設(shè)備（如電感耦合等離子體發(fā)射光譜和質(zhì)譜儀），安裝說明書中都特別強調(diào)實驗室要提供單獨接地，這條地線要與大地有良好的點連結(jié)，其接地電阻在4Ω以下，或者符合儀器安裝說明書的要求。

但是為什么要單獨接地，單獨接地的含義是什么，同屬一個大地，單獨接地有何特殊意義，這些問題往往困惑許多不了解大型儀器設(shè)備工作原理的人，甚至是一些專業(yè)設(shè)計人士。正確的接地方式不僅起到保護操作者人身及設(shè)備安全的作用，而且可以屏蔽外界電磁場對儀器的干擾，穩(wěn)定儀器電氣零點。單獨接地線的作用包括：

1、對人和儀器的保護作用

設(shè)備接地是用來在認(rèn)為環(huán)境中防止危險狀態(tài)的一種安全措施。有了可靠的接地，對瞬時電壓提供保護，來自雷電、線路沖擊或偶然與高壓線路接觸時產(chǎn)生的過電壓，可以通過地線進入大地，從而保護人身和儀器的安全。良好的接地還可以防止設(shè)備上靜電荷的積累，消除儀器外殼上的射頻電位。編者曾遇到掃描電鏡機殼帶電的情況，致使儀器經(jīng)常出現(xiàn)故障，如電鏡圖像抖動，無法進行照相；高壓部分頻繁放電，燈絲電流不穩(wěn)，圖像經(jīng)常消失。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)儀器接地有問題，重新接地后儀器工作正常。

2、屏蔽作用

大型分析儀器的檢測信號與普通儀器相比較都非常微弱，所以要求儀器前置放大單元電路具有較高的輸入阻抗及多倍級的放大倍數(shù)。這樣來自外界的電磁干擾很容易竄入放大單元電路中，引起儀器的誤檢，從而影響測量的準(zhǔn)確度及精密度。有些儀器本身設(shè)計有多諧高頻振蕩電路，這些振蕩電路頻譜寬，盡管在電路設(shè)計時加有一定的防護措施，有些高頻部分的電磁能量仍能輻射出來，對鄰近儀器產(chǎn)生影響。儀器外殼接地，相當(dāng)于把整個儀器放入一個特制的屏蔽室，隔斷來自外部或內(nèi)部的電磁輻射，從而保證自身和鄰近儀器不受干擾。

3、對儀器工作零點的穩(wěn)定作用

大型分析測試儀器的電路參考電位點通常都是通過一路或多路與儀器外殼相連，這是人為設(shè)定的相對零電位點，其主要目的是使儀器中所有的電子單元電路都有一個基準(zhǔn)零電位，這對保證電路正常穩(wěn)定工作來講是很重要的。這個零電位與大地電位不一定相同，只有當(dāng)它與大地連通后才能視為和大地等電位。當(dāng)儀器外殼不接地時，參考零位相對大地而言是懸浮的，感應(yīng)電壓的存在或某些電子元件絕緣性能不好均會造成儀器外殼帶電，電壓幾十伏至上百伏不等。由于參考零電位是懸浮的，很容易隨外界電源干擾而波動，從而使儀器基準(zhǔn)零點發(fā)生改變，造成儀器零點不穩(wěn)，出現(xiàn)噪音，嚴(yán)重影響對弱信號的測量，使儀器靈敏度、準(zhǔn)確度不用程度下降。

（三）接地設(shè)計注意事項

接地設(shè)計者應(yīng)認(rèn)真調(diào)查和搜集建筑的地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件以及大型儀器設(shè)備的具體要求等信息，這樣才能設(shè)計全面的整體接地方案。

1、常見的接地方法

接地從字面來看上去十分簡單，但是對于經(jīng)歷過電磁干擾挫折的人來說可能是一個最難掌握的技術(shù)。實際上在電磁兼容設(shè)計中，接地是最難的技術(shù)。面對一個系統(tǒng)，沒有一個人能夠提出一個絕對正確的接地方案，多少會遺留一些問題。造成這種情況的原因是對接地沒有一個很系統(tǒng)的理論或模型，人們在考慮接地時智能依靠自己過去的經(jīng)驗或從書上看到的經(jīng)驗。但接地是一個十分復(fù)雜的問題，在其他場合很好的方案在某些特殊情況不一定最好。關(guān)于接地設(shè)計在很大程度上依賴設(shè)計師的直覺，也就是他對“接地”這個概念的理解程度和經(jīng)驗。

接地的方法很多，具體使用哪一種方法取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能?，F(xiàn)在的許多接地方法都是來源于過去成功的經(jīng)驗，這些方法包括單點接地、多點接地和混合接地。

（1）單點接地

單點接地是為許多在一起的電路提供公共電位參考點的方法，這樣信號就可以在不同的電路之間傳輸。若沒有公共參考點，就會出現(xiàn)錯誤信號傳輸。單點接地要求每個電路只接地一次，并且接在同一點。該點常常以地球為參考。由于只存在一個參考點。因此可以相信沒有地回路存在，因而也就沒有干擾問題。

（2）多點接地

設(shè)備內(nèi)電路都以機殼為參考點，而各個設(shè)備的機殼又都以地為參考點。這種接地結(jié)構(gòu)能夠提供較低的接地阻抗，這是因為多點接地時，每條地線可以很短，并且多根導(dǎo)線并聯(lián)能夠降低接地導(dǎo)體的總電感。在高頻電路中必須使用多點接地，并且要求每根接地線的長度小于信號波長的1/20。

（3）混合接地

混合接地既包含了單點接地的特性，又包含了多點接地的特性。例如，系統(tǒng)內(nèi)的電源需要單點接地，而射頻信號有要求多點接地，這時就可以采用混合接地。對于直流，電容是開路的，電路時單點接地；對于射頻，電容是導(dǎo)通的，電路是多點接地。

2、接地體

接地體分自然接地體和人工接地體兩種。當(dāng)綜合布線采用單獨接地系統(tǒng)時，接地體一般采用人工接地體，并滿足一下條件：

（1）距離工頻低壓交流供電系統(tǒng)的接地體不宜小于10m。

（2）距離建筑物防雷系統(tǒng)的接地體不應(yīng)小于2m。

（3）接地電阻不應(yīng)大于4Ω。

當(dāng)綜合布線采用聯(lián)合接地系統(tǒng)時，接地體一般利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)作為自然接地體，其接地電阻應(yīng)小于1Ω。在實際應(yīng)用中通常采用聯(lián)合接地系統(tǒng)，這是因為與單獨接地系統(tǒng)相比，聯(lián)合接地方式具有以下幾個顯著的優(yōu)點：

（1）當(dāng)建筑物遭受雷擊時，樓層內(nèi)個點電位分布比較均勻，工作人員及設(shè)備的安全能得到較好的保障。同時，大樓的框架結(jié)構(gòu)對中博電磁場能提供10dB~40dB的屏蔽效果。

（2）容易獲得較小的接地電阻。

（3）可以節(jié)約金屬材料，占地少。

3、接地極

任何一種接地極，其功效都取決于當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件。對給定的土壤條件和所要求的接地電阻值，應(yīng)選擇一個或多個接地極以滿足接地要求。對接地極的材料和尺寸的選擇，應(yīng)使其既耐腐蝕又具有適當(dāng)?shù)臋C械強度?？刹捎玫慕拥貥O通常有：

（1）埋在基礎(chǔ)里的地下結(jié)構(gòu)金屬網(wǎng)（基礎(chǔ)接地）；

（2）金屬板；

（3）埋在地下的鋼筋混凝土（預(yù)應(yīng)力的混凝土除外）的金屬加強筋；

（4）金屬棒或管；

（5）金屬帶或線；

（6）根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件或要求所設(shè)電纜的金屬護套和其他金屬護層；

（7）根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件或要求所設(shè)置的其他適用的地下金屬網(wǎng)；

在選擇接地極類型和確定其埋地深度時，需注意以下事項：

（1）應(yīng)考慮到當(dāng)?shù)氐臈l件和相關(guān)規(guī)程，以便在土壤干燥和凍結(jié)的情況下，接地極的接地電阻不致增加到會有損電擊防護措施的阻值。

（2）應(yīng)注意在接地配置中采用不同材料時的電解腐蝕問題。

（3）用于輸送可燃性液體或氣體的金屬管道，不應(yīng)用作接地極。

總之，隨著科研智能建筑的不斷發(fā)展，人們必將對其接地系統(tǒng)提出更為嚴(yán)格的要求。對于廣大工程技術(shù)人員而言，提高綜合布線接地系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性將是一項長期而艱巨的任務(wù)。

 

 

 

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