无尘车间接地系统的分哪几类？

无尘车间接地系统根据用途, 具体可分为电源系统接地、防静电接地、电气保护接地 、信息系统的接地 、电子设备接地、防雷接地几种。

电源系统接地

JGJ16— 2008《民用建筑电气设计规范 》中将低压配电系统分为 3种形式, 即 T     N T、 TI。其中第一个字母 T   表示电源变压器中性点直接接地。I                                                                                              表示电源变压器中性点不接地(或通过高阻抗接地 )。第二个字母 T 表示电气设备的外壳直接接地, 但和电网的接地系统没有联系;N表示电气设备的外壳与系统的接地中性线相连。 TN系统的电源变压器的中性点接地, 根据电气设备外露导电部分与系统连接的不同方式, 又可分为 3 类 :TN-C系统 、TN-S系统 、TN-C-S系统。无尘车间建筑群体一般相对集中, 因此, 在设计中宜采用 TN-S或 TN-C-S系统 。变压器中性点接地、系统的保护线与中性线完全分开, 这种方式对供电、保护、经济合理性等均十分有利 , 其选择原则与常规建筑一致。

防静电接地

在无尘车间生产过程中, 静电所造成的危害是多方面的。首先, 由于静电吸附作用, 尘粒会吸附在器件和整机表面, 影响产品质量, 造成故障 ;其次, 电晕放电的能量对微电子设备会造成干扰 ;另外, 当静电严重时可能会引起火花放电, 并可能成为易燃易爆气体、液体或粉尘及其混合物的引火源或导致爆炸。

为了消除静电所产生的危害, 必须采取一些措施。消除静电的方法很多, 接地是消除静电最普遍、经济、简便 、可靠的办法。在无尘车间中, 对所有会产生静电的设备都应保证可靠接地。静电接地方式主要有硬接地和软接地。硬接地是指直接与大地电极作为导电性连接, 软接地则是通过一个限流电阻连接到大地电极, 以限制流过人体的电流不超过 5 mA安全值 。静电接地一般有以下 3种类型:

A.直接接地。将金属导体直接与大地进行电气连接, 使金属导体的静电电位接近或等于大地的电位。

B.间接接地。静电压导体通过与表面全部或部分紧密接触的金属导体与大地进行电气连接。

C.跨接接地。两个或两个以上相互绝缘的金属导体进行导电性电气连接, 以建立一个供电流流动的低阻抗通路, 然后再进行接地。防静电接地系统根据不同要求设置接地连接端子。在一个房间内应设置等电位的接地网格或闭合的接地铜排环。铜排截面积不应小于 100 mm2 , 防静电接地引线应从等电位的接地网格或闭合铜排环 上就近接地连接。接地引线应使用多股铜线, 导线截面不应小于 1.5 mm2 。防静电接地系统在接入大地前应设置等电位的防静电接地基准板, 从基准板上引出接地主干线, 其铜导体截面积不应小于 95 mm , 并采用绝缘屏蔽电缆。接地主干线应与设置在防静电区域内的接地网格或闭合铜排环连接。在主要生产场合采用防静电地坪, 在地坪敷设完毕后, 将防静电地坪内的金属线与防静电地坪所在空间的建筑柱上预留的接地端子相连。另外, 接地端子须通过柱内主筋与接地极连通, 以使静电通过接地端子沿柱内主筋流向接地极。

无尘车间内不同功能的接地系统的设计均应遵循等电位联结的原则, 其中直流接地系统不能与交流接地系统混接。静电控制中的接地设计应以建筑物防雷接地为基础, 各类功能接地系统包括静电屏蔽接地应处于防雷接地的保护空间, 也就是必须作等电位联结。各类功能接地系统应自成系统且相互间不应混接。静电屏蔽接地系统的低阻抗电气通路应小于 0.1 Ψ。直流工作接地低阻抗电气通路应小于 0.02 Ψ。接地装置的设计按 GBJ50057— 1994《建筑物防雷设计规范》和 GJB/Z25— 1991《电子设备和设施的接地掺接和屏蔽设计指南》的有关规定执行。当选择联合接地方式时, 接地电阻值应小于 0.5 Ψ。接地电阻值越小越好, 因为当有电流流过接地电阻时, 其上将产生电压,   该电压除产生共地阻抗的电磁干扰外, 还会使设备受到反击过电压的影响, 并使人员受到电击伤害的威胁。

电气保护接地

电气保护接地指为防止接触电压及跨步电压危害人身和设备安全而设置的微电子装置金属外壳的接地。电气保护接地采用 TN-S或 TN-C-S系统时, 电气设备不带电的金属外露部分与电力网的接地点采用直接电气连接。一旦出现一相绕组因绝缘损坏而发生单相接地故障时, 通过设备外壳构成该故障相对地线的单相短路,  其接地电流(即单相短路电流 )将是很大的 , 利用很大的短路电流, 使线路上的保护装置(如熔断器 、低压断路器等)迅速动作, 切断电路, 从而消除人身触电危险。此外, 若在故障电路切除前的短暂时间内, 一旦有人触及带电的外壳或构架时,   也因接地的“相—地”回路电阻远小于人体电阻, 因此, 电流基本上都通过“相 —地”回路, 而避免人体触电的危险。 GB50054— 1995《低压配电设计规范》中规定, 当过电流保护能满足规范中规定的切断故障回路的时间要求时, 宜采用过电流保护兼作接地故障保护 ;在三相四线制配电线路中, 当过电流保护不能满足规范中规定的切断故障回路的时间要求且能满足零序电流保护时, 宜采用零序电流保护, 此时保护整定值应大于配电线路最大不平衡电流 ;当上述保护不能满足要求时 , 应采用剩余电流动作保护。

在无尘车间中, 生产流水线上设备密集, 且多为金属外壳的用电设备。若保护接地不到位或不符合要求, 在发生接地故障时, 很容易引起工作人员触电危险。因此, 保护接地问题不容忽视, 无论在设计过程还是施工过程中, 都应切实地做好保护接地。应进行保护接地的物体主要包括变压 器 、高压开关柜 、配电柜、控制屏等的金属框架或外壳;固定式 、携带式及移动式用电器具的金属外壳 ;电力线路的金属保护管或桥架 、接线盒外壳, 铠装电缆外皮等。保护接地的连接线可采用扁钢或铜导线, 要求形成可靠的电气通路。

信息系统接地

无尘车间一般设置有综合布线系统、火灾自动报警系统、IT信息中心 , 信息点遍布车间及办公室, 用于生产监控和管理, 这就涉及到信息系统的接地问题。

根据 GB50343— 2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的有关规定, 电子信息系统的机房应设等电位联结网络。电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架 、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器(SPD)接地端等均应以最小的距离与等电位联结网络的接地端子连接。等电位联结网络的结构形式有 S型和 M型或两种结构形式的组合。在直击雷非防护区或直击雷防护区与第一防护区交界 处应设置总等电位接地端子板, 每层楼应设置楼层等电位接地端子板, 电子信息系统设备机房应设置局部等电位接地端子板。共用接地装置应与总等电位接地端子板连接, 通过接地干线引至楼层等电位接地端子板, 由此引至设备机房的局部等电位接地端子板, 局部等电位接地端子板与预留的楼层主钢筋接地端子连接。

电子设备接地

电子设备一般有下列几种接地:信号电路接地 、电源接地 、保护接地。电子设备信号电路接地系统一般根据接地引线长度和电子设备的工作频 率来决定。在低频电子线路中, 布线和元件间的电感显得并不严重, 为了避免地线造成地环路, 建议采用一点接地。对于高频电子线路, 电感的影响将更为突出, 因为增加了地线的阻抗将导致各地线间的电感耦合。一般频率 <1 MHz时可采用一点接地, 而频率 >10 MHz时, 则应采用多点接地。当频率为 1 ～ 10 MHz时 , 如采用一点接地, 其地线长度不应超过波长的 1/20, 否则应采用多点接地。

电子设备的箱体外壳应接地, 电子设备和设施的箱体故障造成外壳带电, 或由于静电感应造成外壳的静电积聚都会使箱体电位升高而造成设备内部放电。无尘车间中电子设备的接地主要不是为了人身安全, 而是为了保证设备工作的准确性。高频电压对人体并无伤害, 而且电子设备的外壳即使不接地, 并与地保持绝缘时, 其设备外壳与地形成电容, 随着频率增大, 电容的电抗值将减小, 当频率达到一定数值时, 就等于接地。但为了减少杂散电流对仪表读数的影响, 最好还是采用短而粗的导线与地相连, 一般采用 6 mm2  的铜线, 与设置在设备附近的专门的接地母排连接, 然后再与总接地干线连接。接地电阻要求不超过10 m。对于个别设备 , 如产品说明书对接地电阻有特别要求的, 则根据要求接地。

防雷接地

防雷接地指在雷雨季节为防止雷电过电压的保护接地。对于一般建筑而言, 在采取了防雷措施后, 可以将直击雷与雷电波侵入的雷害的概率降低很多。对于一般电气设备, 允许的雷电脉冲较高, 因此采取避雷针 、避雷网防直击雷等措施是极其有效的。微电子设备非常灵敏, 耐压水平很低, 一般只有 10 V左右, 对雷击电磁脉冲极为敏感, 易受到电磁干扰和损坏。雷击电磁脉冲因电磁感应产生, 并且可以通过电源线 、天线 、信号线的耦合被引入微电子设备, 是微电子设备损坏的主要原因。如果仅按照一般建筑进行防雷设计, 建筑电子设备受雷击的损坏

率就很高, 因此对于无尘车间的防雷接地设计应采取相应的措施。无尘车间应按照防闪电电磁

脉冲的屏蔽和等电位联结要求, 宜扩大侧击及等电位联结措施, 将地面以上建筑物的外墙上的所有结构钢筋体、金属门窗、栏杆、幕墙等金属体与防雷装置相连接以构成庞大的屏蔽体。这种做法亦可起到有效防止球雷的作用。

在布置引下线时, 应沿建筑物四周设置, 而避免采用中间柱的柱内主筋作为引下线。这是因为在电子信息系统接地时, 通常采用单点接地系统, 将接地基准点在建筑物的中心部位引到建筑物底部的接地板上, 如防雷引下线设置在四周, 可以减少引下线产生的强磁场的干扰。

结语

近年来, 很多国内外标准推荐采用共用接地系统。例如, GB50057— 1994(2000版 )《建筑物防雷设计规范》中明确指出:“每幢建筑物本身应采用共用接地系统”, 即将建筑物内的各种接地都统一接到建筑物的基础上或室外的接地装置上。当该建筑物遭受雷击时, 电力系统的电压和电子设备工作接地的电压同时上升, 保持了设备的工作电压不变, 使微电子设备在雷击时可以正常工作。共用接地系统通常利用建筑物的基础作接地极, 其接地电阻一般在 1 m以下 , 如有设备对接地电阻值的要求更低, 应取其最小值。

无尘车间接地的设计, 要根据各无尘车间的技术要求和所处地区的地理、地质条件, 采取不同的措施, 以最高的性价比, 并尽量采用新技术和新材料来设计。

因接地工程学是一门多学科的边缘学科, 它涉及到地质 、电磁场理论、电气测量、应用化学 、钻探技术 、施工技术等多门学科, 故需要在今后的工作中去研究, 在实践中不断去探索, 以确保无尘车间的安全 、可靠 。