什么是接地回路？了解一下接地回路

接地回路問題在HVAC數據采集系統(tǒng)中可能是一個真正的麻煩，因為它們很難被發(fā)現。大多數情況下，它們不會造成傷害，但它們可能會在安裝多年后造成不可預測的問題！

什么是接地回路？

當兩個或多個設備上的“接地”端子之間有多個導電路徑時，就會形成接地回路。導電環(huán)形成一個大的環(huán)形天線，很容易拾取干擾電流。環(huán)路越大，干擾越大;如果您使用建筑物的鋼框架作為地面，那么環(huán)路可以與整個建筑物一樣大。接地線中的電阻將干擾電流轉化為接地系統(tǒng)中的電壓波動。接地不再穩(wěn)定;因此，您嘗試測量的以該接地為參考的信號也是不穩(wěn)定和不準確的。

理想的接地

技術學校和工程學院教授的一個普遍概念是，“接地”始終為零伏，可以無限吸收電流并立即無害地耗散電流。然而，完美的接地是實驗室的抽象，在現實世界中并不存在。

實際接地是導體，因此所有接地點之間都有一定的電流阻力。這種電阻會隨著濕度、溫度、連接設備和許多其他變量而變化。電阻總是允許電壓存在于其兩端。大電流通過接地會導致接地導體中的電壓下降，并且需要時間才能消散。

密歇根州立大學農業(yè)工程系測量了電力服務入口處的接地電阻，發(fā)現建筑場地可能變化高達2伏。事實上，對于 120VAC 電路，國家電氣規(guī)范 （NEC） 允許接地變化高達 2.5% 的分支電路電壓或 3 伏 RMS（有關密歇根州立大學研究和 NEC 規(guī)范的更多信息，請參閱下面的“參考資料”）。

了解現實世界中不存在完美的接地是在發(fā)生接地環(huán)路干擾時對其進行校正的第一步。如果您還記得建筑物中的每個接地都處于不同的任意“零”電位，那么您可以設計適當的接地系統(tǒng)。

如果理由如此有缺陷，為什么還要有理由呢？

需要理由有兩個原因，安全和安全。

第一個安全問題是NEC第250條規(guī)定，降壓配電變壓器的隔離次級應在建筑物電源入口處地。地面是一根銅棒，至少打入地下 8 英尺。NEC要求鋼結構框架，水管和其他主要金屬物體連接到建筑物入口地面。如果電線的絕緣層破裂或電線無意中松動并接觸金屬物體，則大故障電流從配電變壓器流向地面。這些過大的電流會斷開保險絲和斷路器，防止設備處于比附近水槽或建筑結構更高的電位。

如果配電盤中的接地連接因任何原因斷開，則變壓器上的建筑物電源入口接地可確保過多的故障電流流動，斷開保險絲和斷路器。保護建筑物免受火災和居住者免受觸電是配電接地系統(tǒng)的主要功能。

第二個安全問題是將設備保持在正常工作電壓范圍內。大多數現代直接數字控制器 （DDC） 無需接地即可正常運行。唯一的問題是，由于絕緣泄漏，非接地設備可能會積聚大量的靜電荷。第一個出現并觸摸設備的人會受到非常討厭的電擊。如果靜電荷足夠高，它將以較低的電位放電到最近的導體。瞬時放電電流可以達到數千安培，并破壞系統(tǒng)的電子元件。將系統(tǒng)接地可使電荷消散而不會損壞。

接地環(huán)路的信號干擾

接地環(huán)路允許電和磁干擾產生噪聲電壓源。這些電壓源增加了被測信號，與正確的信號無法區(qū)分?？刂破鞑恢浪谧x取不正確的值，因此執(zhí)行不正確的控制操作。這可能會導致居住者不舒服的條件。它還會使機械設備振蕩，導致設備過早磨損。

磁感應的信號干擾

這些噪聲問題的主要來源是磁感應和接地不平衡。

如果存在磁場，任何導電材料環(huán)路都會形成單匝變壓器，并且在使用交流電壓的任何地方都可能存在磁場。磁場是由沿電線流下的交流電壓、電機或熒光燈產生的。在非常低電平的電路中，在地球磁場中移動的懸空電線甚至會引起問題。磁場使電流在導電材料的回路中流動，回路的電阻從該電流中產生電壓。

磁場越強，或者磁場的頻率越高，流動的電流就越大。歐姆定律指出，電流乘以電阻等于電壓。所以電流越大，電壓噪聲源越大。

下圖左側顯示了磁場影響下的接地回路。磁場導致電流在接地回路中流動。環(huán)路的電阻將電流轉換為控制器的接地輸入和傳感器的接地端子之間的電壓源，如下圖所示。

磁場中的接地回路（左上）以及傳感器電壓和接地回路電壓（右上）

接地不平衡引起的信號干擾

建筑物的電氣負載可能會有所不同，從而將不同的電流放入地面系統(tǒng)。如果接地系統(tǒng)中流過大電流，并且將傳感器放置在接地回路的電路中，則兩個接地點之間的電壓差將添加到信號中。
下圖左圖顯示了向接地系統(tǒng)注入電流的故障電流源。如果像密歇根州立大學的研究一樣，整個地面系統(tǒng)的電壓是兩伏，那么傳感器的信號中就會增加一個兩伏的故障電壓，如下圖所示。

密歇根州立大學研究和NEC代碼

密歇根州立大學農業(yè)工程系測量了電力服務入口處的接地電阻，發(fā)現：“如果將服務面板接地棒打入 8 英尺長的潮濕土壤中，而不是真正的沙質，則該接地棒與地球之間的電阻可能低至 20 歐姆。假設當建筑物中用電時，十分之一安培的零線電流在接地棒上流向大地。稱為歐姆定律的基本電定律指出，電流乘以電阻是電壓。將接地棒電流（0.1 安培）和接地棒電阻（20 歐姆）相乘得到 2 伏。如果電壓表的一個探頭接觸接地棒，電壓表的另一個探頭被推入離接地棒盡可能遠的引線到達的地球，則電壓表將讀取大約 2 伏。