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分析仪器实验室的接地系统

2020-5-25

分析仪器接地防茁保护地屏蔽接地2实验塍地分类按照大型分析仪器实验室接地的目的与用途,其接地可以分为4类(见)。

  E流地(模拟和数字地')功宇地防电击保护接地柄蔽接地仪器实-验室辅助电气设备接地接地种炎低乐配电系统接地实验室建筑物接地仪器实验室接地种类3接地目的与用途3.1分析仪器接地3.1.1直流地也称电子地、信号地和直流工作地,包括模拟地、数字地等,一般是直流电源的负极或零伏点,主要构成低电平信号和直流工作电流流回源的低阻抗通路和建立整个电子系统基准点。直流地可以与大地联结,也可以不与大地联结,它可以单独与大地联结,也可以与其它诸地共地,主要取决仪器厂家的设计要求=但为避免电磁干扰的影响,一般仪器直流地都与大地联结,要求接地电阻小于4fl. 3.1.2功率地将交直流电源造成的干扰泄人大地的接地称为功率地,它相对直流地属于大电流噪音接地,故称功率地。功率地包括交直流电源滤波器的接地、防瞬态过电压保护接地(浪涌吸收器的接地),交流电机和交流继电器等交流电气部件等的接地。

  3.1.3安全地通常是分析仪器的金属外壳接地,是一种简单而有效地预防人体触电伤亡的安全措施。由于漏电或电源绝缘损坏等原因,有可能使仪器金属外壳带上危险电压,而安全地使故障电流有一返回电源的通路,降低人体接触故障仪器金属外壳的对接触电压,同时使线路上的保护器(断路器、保险丝、漏电保护器)及时断开,防止故障电源造成人体触电伤亡和电气火灾。

  3.1.4屏蔽接地指对外界电磁干扰进行屏蔽,主要有静电屏蔽和电磁屏蔽,用良好的金属材料做成屏蔽层,并将屏蔽层可靠接地,这样可起到电磁和静电2种屏蔽作用,既可以抗外界电力线干扰,又可以抗高频电磁波干扰。

  3.2辅助电气设备接地辅助电气设备接地主要包括照明、空调、电梯、新风机、排风机、除湿机、气泵、实验通风橱等高电压、大电流和干扰强的通用电气设备和系统的接地。其接地方式可以参照通用电气设备接地标准处理。为避免对分析仪器的电气干扰,应采用单独的供电回路和地线= 3.3低压配电系统的接地低压配电通常指200/380V工频交流电源,简称交流电,低压配电系统接地包括工频交流电源接地和电气设备安全地2个接地,按照这两个地的组合划分,低压配电系统有5种接地形式:(l)TN-S系统;(2)TN-C-S系统;(3)TT系统;(4)TN-C系统;(5)IT系统,目前我国工业企业和民用建筑通常采用前3种接地形式。IEC国际电工委员会用字母表示这5种接地形式,第1个字母表示交流电源接地点(通常是变压器和发电机的中性点)与大地的关系:T表示接地;I表示不接地或通过阻抗与大地相连。第2个字母表示电气设备安全地与大地个关系:N表示直接与交流电源接地点或与该点引出的导线相连;T表示与独立于电源接地点的大地直接相连。后续字母表示中线(N:protectiveearthingconductor)之间的关系;C表示中线与保护线合并为PEN(protectiveearthing-neutralconductor)线;S表示中线与保护线分开;C-S表示在电源侧为PEN线,从某点(建筑物内低压配电柜)分开为中线及保护线。

  工频交流电源接地又称系统地或简称交流地,它主要是给低压配电系统一个电位并使低压配电系统稳定和安全工作。它将交流电对地电压钳位在220V,从而降低系统对地的绝缘要求。当发生雷击,配电线路感应产生大量电荷,系统地可以及时将感应电荷泄人大地,减少线路上的雷电瞬态过电压,避免线路和仪器设备的绝缘被击穿损坏。也有特殊需要不接地的低压配电系统,本文暂不讨论。

  分析仪器安全接地通常采用第(13)种接地形式,第(12)种接地,安全地经低压配电提供的保护地线(PE线)连接到交流电源的接地极,第(3)接地,安全地连接到1个与电源地独立的接地极。

  3.4实验室建筑接地3.4.1防雷保护接地为避免建筑物和其内部的人员与设备遭受雷击,而将雷击电流引人大地的一种接地,它通过避雷准针或接闪器、引下线和接地极,将雷击电流引入大地的,防雷接地电阻应小于1.如果仪器实验室位于科学实验楼内,科学实验楼已经设计防雷接地,不需要再单独设计仪器实验室的接地。

  3.4.2实验室屏蔽接地仪器要求的机房磁屏蔽或电磁屏蔽。现代建筑普遍采用钢筋水泥框架结构,将实验室周边结构中的钢筋做电气联结,建筑物钢筋自然接地或与接地干线联结,形成一个接地的等电位法拉第笼,既具有电磁屏蔽的效果,又有防静电作用。实验室还应选择防静电的建筑和装饰材料,同时控制实验室湿度在50%左右,防止静电发生。

  4接地方式虽然大家对分析仪器接地的重要性具有普遍和高度共识,但分析仪器采用何种接地方式较更好,往往看法不一,国内也缺乏有关规程和明确指导,国内外仪器厂商对接地方式的要求也不尽相同,导致接地方式有所不同,有的接地方式存在严重故障隐患,甚至导致仪器的损坏和人员的伤害。仪器实验室接地系统是一门比较抽象和复杂的技术,涉及电子技术的电磁兼容和建筑电气技术2个学科,主要是要处理好2个问题:分析仪器内诸地线相互之间与接大地的关系;分析仪器地线与实验室其余诸地线相互之间与大地的关系。这种关系的确定,要求建筑电气丁。程师根据仪器的接地要求,结合低压配电和实验室接地的实际情况作出正确的设计。本文结合我单位仪器大楼分析仪器接地技术与经验和分析仪器的接地要求,介绍分析仪器共用接地和独立接地2种接地形式的优缺点,指出分析仪器应**安全可靠的共用接地方式。

  4.1分析仪器接地要求归纳分析仪器接地要求,主要有以下几点:(1)要求一个可靠和安全的地线,地线结实可靠及干扰小;(2)―般要求接地电阻1~411,由于电子技术的进步,漏电流减少和抗干扰能力提高,许多仪器放宽接地电阻要求,如日立7650透射电镜要求接地电阻放宽到100ft以内;(3)尽量减少零地电压所产生的共模干扰,数字电路的逻辑信号只有几伏,共模干扰将影响数字电路正常工作,美国热电公司LTQOrbitrap大型质谱仪安装条件中要求中线与地线电压小于1V;(4)分析仪器内部诸地普遍采用混合接地,各种地线压在机架或金属外壳的接线端子上,对外只用一根软线接大地,这种接地方式简单经济可靠,但存在共地干扰。除非特殊抗千扰要求,分析仪器内部诸地也有采用独立地线直接连到接地总线或总接地端子上;也有安全地、交流地、屏蔽地混合与直流地分开接地;也有直流地悬浮的。本文也主要讨论分析仪器混合接地情况下的实验室接地方式;(5)绝大多数分析仪器接地与实验室其与诸地共用接地,只有极少数仪器要求独立接地,如日立7650透射电镜等。尽管独立接地具有抗干扰和电位稳定性好等优点,但在实际中不容易做到独立地。

  4.2仪器共用接地仪器独立接地还是与建筑物的防雷地和其余接地共用一个接地体呢,这是一个很纠结的问题。一方面有些仪器厂家要求仪器采用独立接地,另一方面我国以及发达国家民用建筑电气设计和建筑物防雷设计规范都强调一个建筑物内只能共用一个接地体。为什么呢,现代建筑普遍采用钢筋混凝土或钢架结构,防雷装置与建筑物一体化,利用建筑结构体基础钢筋做接地体,立柱钢筋做引下线,很难把建筑物内的人和仪器隔离开来,雷击电流在引下线和接地体所产生的瞬态高压,很可能与人与仪器放电,导致人和仪器受到伤害,这种现象叫反击为减少反击,一是要求建筑物内各种接地共用一个接地体;二是建筑物采用整体等电位和局域等电位联结,这样一来整个建筑与仪器形成一个等电位体,消除反击发生的条件电位差。从安全角度,分析仪器应**共用接地,我国民用建筑、医院、计算机房、通信站、科学实验楼等电气设计标准和规范都规定电气设备、医疗仪器、计算机系统、通讯系统宜采用共用接地,共用接地体的电阻不大于用建筑基础钢筋做接地体比独立接地容易获得更小的接地电阻,很容易获得m以下的接地电阻,足以满足绝大多数分析仪器接地电阻要求。

  我单位仪器大楼主体结构采用钢筋混凝土框架结构,属二类防雷建筑,楼顶安装避雷带,利用基础钢筋作为接地体,防雷引下线利用立柱内不少于两根的钢筋由避雷带分八处引至接地体,充分利/4建筑结构内的钢筋的电气联结,使整个大楼形成一个等电位法拉第电笼。接地电阻小于0.511,分析仪器接地、防雷接地、低压配电接地、配套设施接地以及场地和其与接地均采用共用接地体。楼内低压配电采用民用建筑普遍应用的TN-S系统,为防止由实验室外进来的交流地源和网络线带进来浪涌电压对仪器的损坏,交流电源采用多级浪涌保护措施,进楼和垂直的网线采用不受雷电干扰的光纤电缆,重点仪器采用防雷网线接口,使电源线和信号线的带电体上浪涌过电压瞬间对地等电位,避免仪器遭受浪涌过电压损坏。为避免共用地线的干扰,大型分析仪器和精密仪器采用单独地线和电源路。严禁实验室内仪器和插座中线与地线短接,导致过大地线漏电流对仪器十扰,并采用带漏电的断路器保护器防止仪器短路、漏电和中线与地线短接事故。到目前,仪器楼共用接地系统已经安全运行8年,4.3仪器独立接地由于设计和工作的需要,有些精密分析仪器要求独立接地,一般独立地的杂散电流干扰也比共用接地小。我国民用建筑电气设计规范要求电气设备接地若与防雷接地系统分开,两接地系统的距离不宜小于20m,接地电阻不应大于411.独立地的难处在于:(1)在建筑林立的有限空间内,很难找到一个真正的独立地,就是现在找到,也很难保证未来几年还是独立地,如果一个实验室内再有几台产品没有产品类标准或产品标准,也可以使用通用标准。1EC60601-1-2引用的抗扰度标准IEC61000-4-X系列就属于通用标准。

  通用标准将环境分为2类:A类设备是非家ffl和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。它的电磁环境属于工业环境。例如,有工业、科学和医疗(简称工科医)射频设备的环境,频繁切断大感性负载或大容性负载的环境,大电流并伴有强磁场环境等。在医院中使用的医用电气设备属于A类设备。B类设备是家用和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。它的电磁环境是较严酷的居民区、商业区及轻工业环境,例如:居民楼群、商业大楼、公共娱乐场所、户外场所(如加油站、停车场、游乐场、公园、体育场)等。家用或者可以在社区诊所使用的医用电气设备是B类设备。

  产品标准针对某类产品规定特殊的电磁兼容要求(发射或抗扰度)以及详细的测量程序。产品类标准不需要像基础标准那样规定一般的测试方法,产品类标准比通用标准包含更多的特殊性与详细的性能规范,其测试与限值必需与通用标准协调。如存在偏离,应说明其必要性与合理性,并可增加测试项目与测试电平=IEC60601-1-2是典型的产品类标准3它不是一个独立的标准,大量直接引用相关的EMC基础标准,通用标准和产品标准的内容(包括定义、要求、试验方法等)。使用IEC60601-1-2都必需结合这些相关标准。

  此外,IEC60601-2-X系列标准是对某种或者某类医用电气设备的专用要求。针对具体产品的使用环境或特殊要求,在这些标准中,也对通用电磁兼容标准进行补充或更改,在实际使用中也需要参照这些标准。

  2体外诊麟备的电磁兼容标准体系)的电磁兼容要求依据IEC61326-1标准和IEC61326-2-6标准,其中IEC61326-1是对测量、控制和实验室用电气设备的电磁兼容通用要求,IVD设备主要使用场所是医学实验室,因此适用于此标准。IEC61326-2-6是IVD设备的专用电磁兼容要求,IVD设备需要同时满足这2个标61326-2-6的现行版本都是2005年发布的,我国已将其转化为推荐性国家标准GB/T18268.1-2010和GB/T18268.26-2010. IVD设备的电磁兼容试验要求与医用电气设备类似,引用的试验标准是一致的,只是在各项试验的试验等级、测试频率和持续时间上有一定差别。总体上体外诊断设备的电磁兼容要求比医用电气设备要宽松一些。因为体外诊断设备主要在实验室使用,不直接针对人体,因此风险较小。