Research on the impedance characteristics of grounding resistance
谭胜淋
（深圳征远检测有限公司，广东 深圳 518000）
摘要：跟着信息化体系及物联网大数据年代的到来，信息化设备特别是微小型高精度设备及设备井喷式开展，全球各区域的接地环境差异巨大，电磁环境复杂多变，电磁搅扰严峻。若仅依托小接地电阻值来处理信息化体系及高精度设备接地难题是不现实的，特别处于环境复杂多变的机动信息体系及设备，底子无法完结很低的接地电阻，本文经过研讨接地电阻阻抗特性和适用规模，一起为进步施工规划容错率和下降毛病率，对信息体系及有关设备的高阻抗接地的可行性进行剖析和主张。
关键词：信息体系；电磁搅扰；接地电阻；阻抗特性；研讨
0 导言
用电设备及设备均要接地，一般设备的接地体系首要有防雷地、维护地和作业地三类。惯例的防雷接地首要是选用联合接当地法，即共用联合接地端排完结抱负等电位衔接。但修建及有关设备的实践接地体系难完结抱负等电位衔接体系（即“0电位差”），容错率很低，一旦其间一个衔接点毛病，地电位反击的要挟和损坏依然很大。为底子处理上述问题，需对接地体系做大很小的接地电阻、强化施工及维护的办理。
信息体系所在环境复杂多变，若都有必要依靠很低的接地电阻，必定引起建造难、周期长、本钱高级一系列难题，特别是机动信息体系及设备，常地处接地和电磁环境复杂多变，底子无法完结小接地电阻值。因而，需引进两端口浪涌维护器，并结合“通道阻挠”和“阻隔接地”的方法，进步受维护体系及接地体系对外的抵抗性，下降对接地电阻的依靠。一起，在引进新维护措施时有必要进步工程的容错率和下降毛病率。
本研讨是对接地体系的防雷地、维护地和作业地效果进行研讨，并结合防雷与接地的世界先进规范进行剖析，对接地体系高阻抗可行性进行剖析研讨。
1 接地体系电阻高阻抗特性研讨
1.1 接地体系电阻值效果剖析
一般状况下，可把接地分为作业地、维护地和防雷地三种。在传统的概念中不同类型的地对接地电阻的要求有所不同：
作业接地一般作为参阅点 — “0”电位，其接地电阻无规范明确要求；
维护地的接地电阻要求各规范要求不一致，大致分为：（1）依据JGJ16-2008规则“当选用共用接当地法时，其接地电阻应以诸种接地体系中要求接地电阻最小的接地电阻值为依据。当与防雷接地体系共用时，接地电阻不该大于1 Ω。（2）不宜超越10 Ω”。
防雷接地电阻值约束：不宜超越10 Ω。现行的国家规范和国家军用规范都主张性提出防雷接地电阻不宜超10 Ω，履行规范首要有GB50057-2010、GB50169-2016、GJB 7581-2012、GJB5080-2004。
通讯类体系及设备的首要基准规范是GB 50689-2011通讯局站防雷与接地工程规划规和GJB5080-2004军用通讯设备雷电防护规划及运用要求，有关通讯类体系及设备的履行规范是GB 50169-2016电气设备设备工程接地设备施工及检验规范，三大规范均主张或要求运用联合接地，接地电阻不宜大于10Ω，可是没有对独自的作业接地电阻值提出详细条款及要求。
1.2 接地功用的剖析
1.2.1 作业接地
作业接地首要含直流作业接地、沟通作业接地、通讯信号回路、射频接地四大类。详细剖析如下：
直流作业接地。向直流电源供给“0”参阅电位，-48 V直流电源是正极接地，+24 V直流电源则是负极接地。蓄电池正极接地，并可削减金属导体的电化学腐蚀。
沟通作业接地。通指变压器中性点或中性线（N线）接地，旨在操控三相的平衡。作业地线和工频沟通零线电气相通，与地有0.2 V～4.8 V的电压，带宽规模是20 Hz～2000 Hz。在信息体系及设备中，常对中性线和维护线分组布设，削减接地线受电磁搅扰。
通讯信号回路。在信息化体系工程中，一般以一起的大地回路作为信号电路的单线回路，比如通讯中将电池组的一个极接地，削减因用户线路对地绝缘不良时引起的串话。
射频接地。射频电路接地并非一定是防雷接地，可是与大地亲近衔接的电力接地有必要牢靠接地，构成信号发射接纳天地线。无线电的发射是靠振荡电路完结的，震动电路等效原理是一个电感线圈和一个电容的组合电路，可将经过的能量完结转化，并发生震动频率，并向外发射电磁波。实践运用中，电感被做成了发射塔，发射塔的尖和地是电容的南北极，因而就有了天线和地线。
如：人体等效于手机的接地地线。
2.2.2 安全维护接地
安全维护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体做牢靠电气衔接，削减触电及高压风险。安全维护接地，即 “PE”，可完结将漏电流、静电等引进大地的导线，起着安全维护效果。
2.2.3 防雷接地
为了将雷电引进地下，将防雷设备的接地端与大地相连，以消除雷电引起的过电压过电流维护信息体系及人员安全。在抱负状况，接地越好，泄放雷电流越疏通，发生的副效果就越低，比如在雷击发生在大海中，由于海水的导电性，从未发现有鱼被雷电劈死的状况，在陆地上，各区域环境的土壤土质有不同，特别是在土壤电阻率较高的当地，若将接地电阻做得很小，需求支付的价值不行思议。日本在20世纪70年代，用三年时刻对419个微波站的雷击事端进行了查询核算，证明雷电事端与微波站的接地电阻简直没有关系。
2.2.4 现行规范对接地电阻要求的解读
现行国家、行业规范如规范《GB50689-2011》、以及修建规范《GB50057-2010》对接地电阻值有主张性目标，但都是在特定条件下引荐参阅性质的，没有对电阻值进行十分严厉的规则。遍及运用的都是主张性的字眼，如：“宜”、“不宜”，并且在一些特定条件下彻底取消了接地电阻的约束，如下列比如阐明：
（1）《GB 50689-2011 通讯局（站）防雷与接地工程规划规范》：
6.2.6 基站地网的接地电阻值不宜大于10 Ω。土壤电阻率大于1000 Ω•m的区域，可不对基站的工频电阻予以约束；
8.1.5 微波站的接地电阻宜操控在10 Ω之内。微波站土壤电阻率大于1000 Ω•m时，可不对微波站的接地电阻予以约束。
（2）《GB 50057-2010修建物防雷规划规范》：
4.4.6 在土壤电阻率小于或等于3000 Ω•M时，外部防雷设备的接地体当契合下列规则之一以及环形接地体所围住面积的等效圆半径等于或大于所规则的值时可不计及冲击接地电阻。
2.3 通讯基站防雷与接地规范技能的演进
通讯体系防雷与接地技能规范的演进跟着防雷技能的开展同步。不管在任何时候都遵从着技能先进、经济合理、安全牢靠的主旨。
2.4 高阻抗接地可行性实验
2.4.1 网络通讯传输验证
实验1：经过交换机与PC机（个人电脑）之间的通讯来验证接地阻值关于通讯传输是否有影响；见图1、图2；
用交换机模仿局端设备有接地；PC机模仿终端设备，PC机供电经过阻隔变压器供电，（即终端处没有接地）而是经过网线的屏蔽线在远端接接地，经过改动衔接网线的长度来改动接PC机的接地电阻的巨细，然后验证不同接地电阻值的通讯状况；
依据图2和图3原理，进行实验环境建立实验场景1：传输网线为1 m网线，实测电阻为0.4 Ω,电脑与交换机数据传输正常，ping包正常无丢包和延时；实验场景2：长度为100 m的网线，实测电阻为86 Ω，电脑与交换机数据传输正常，ping包正常无丢包和延时；实验成果：接地电阻值的巨细对信号传输没有任何影响。
经过远征接地阻隔抑制器接地电阻的等效电路模型如图3，在高频状况下的等效核算公式如下：
Z=（2πfc） -1 +R （1）
式中：Z：等效阻抗；
f：通讯体系作业频率；
C：等效电容；
R：等效电阻。
由式（1）可看出，在作业频率越高线路中的接地电阻的有用阻值越低，不影响正常射频通讯体系作业，如手机则经过人体高阻抗接地完结射频信号传输。
在100 Ω维护地接地电阻对针对人体接触时人的安全，验证核算。
人体电阻由(体内电阻 )和(皮肤)组成，体内电阻根本安稳，约为500 Ω。接触电压为220 V时，人体电阻的平均值为1900 Ω；接触电压为380 V时，人体电阻降为1200 Ω。经过对很多实验数据的剖析研讨确认，人体电阻的平均值一般为2000 Ω左右，而在核算和剖析时，一般取下限值1700 Ω。
假定接地电阻值为100 Ω，极点接地短路电压380V，则对地漏流为3.8 mA，
依据数据核算对应于概率50%的脱节电流成年男人约为11 mA，成年女子约为10.5 mA，对应于概率99.5%的脱节电流则分别为9 mA和6 mA。接地电阻为100 Ω时对地漏流是安全的。
事例1：广东2018年6月突发大雨电死4人的事例，阐明在小的接地电阻也不能确保人员安全，最牢靠的是设备漏电断路器；
事例2：在电工操作中有一种不行短少的技能就是带电操作，其间心思维是经过穿戴配备来增大电器操作点、人体、接地所构成通路的有用电阻值。相同的思维当机壳、人体、接地的有用电阻值大于机壳、接地线时人体是必定安全的，见图4：Ra+Rb+Rc>Ra′+Rc′是人体安全的根底。
Ra：人体接触机壳的接触电阻实测120 Ω； Rb：人体正常电阻值1000 Ω；Rc：人体以（穿鞋子时）地上接触的接触电阻值实测680 Ω；Ra′：机壳接地线一般选用导线压接，4mm 2 铜质导线压接触摸电阻实测0.2 Ω；Rc′：接地电阻，简易接地和修建根底地，实测24 Ω；
综上所述，人体接触带电金属外壳时的电阻为：
(Ra+Rb+Rc)=20 Ω+1000 Ω+688 Ω=1888 Ω；维护接地体系的接地电阻为： (Ra′+Rc′)=24.2 Ω；若金属外壳带电400V的沟通电压，则发生的漏电流为400 V/24.2 Ω=16.5 A；若在安全电压36V状况下，高阻抗接地时，漏电流为36 V/100 Ω=36 mA，都大于漏电维护开关发动电流30 mA值。
因而：Rc′ 接地电阻值在100 Ω条件下不影响供电体系的维护地功用。
2.4.2 地电位反击验证
设备了阻隔式防雷设备后；雷电波经过阻隔抑制器是出现的是高阻抗（几十千欧以上），远远大于100 Ω的接地；依据电流特性将大部分的电流会经过接地电阻地线泄放。
实验如图5所示，SPD1、SPD2最大通流量(8/20 µs)为120 kA的同批次产品，且两组SPD的压敏电压分别为632 V和633 V，其间SPD1的输出端线缆穿过雷电流罗氏线圈1回到电流发生器的负极，SPD2串入接地阻隔抑制器后线缆穿过雷电流罗氏线圈2再回到电流发生器负极。
在冲击放电电流20 kA，一起丈量、记载各个探头流过的电流数据，并核算分流比：
反击分流比KE=I 2 /I 1 ×100% （2）
实验成果：测得经过CH1通道SPD1接地电阻泄放的雷电流为10.2 kA；经过CH2通道SPD1接地电阻泄放的雷电流为20 A；测验波形收集图鉴图6。
经过式（2）核算反击分流比KE为0.2%，假如雷电流入地时为20 kA，则通多接地端图5 地电位反击模仿实验图图6 反击分流比实检验集波形图进入设备电流为：20 kA×0.2%=0.04kA，远小于设备电磁兼容能接受的2 kA要求。
现行规范对高阻抗的验证。YD∕T 3007-2016小型无线体系的防雷与接地技能要求标第5.2.2节对小型无线体系的地网要求原文如下：
小型无线体系的地网应契合下列要求：
a) ～e)省掉。
不具备直接接地，选用路灯杆、 照明杆等的小型无线体系，可将各种金属杆的埋地部分直接作为其接地体系。
路灯杆、照明杆等在实践施工过程中，大部为高阻抗接地。经对10个路灯杆接地电阻测验，在30 Ω～120 Ω不等，由于未对路灯杆、照明杆等接地电阻值有要求，则由于环境的不同存在高阻抗接地的状况。
T/CAICI 006-2017我国通讯企协集体规范《通讯基站阻隔式雷电防护体系工程规划与施工检验规范》规范原文如下：
6.3.1通讯基站应在阻隔式分组接地的根底上完结联合接地,阻隔式分组接地设备的联合地排与地网引进线相接，且对联合接地的地网阻值不做约束要求。
该规范经过阻隔式分组接地设备的运用，对高阻抗接地的可行性给予了引荐和必定。
3 定论
本文经过现行规范对防雷接地电阻的要求解读、经过实验和核算对高阻抗接当地法的可行性剖析，得出以下定论：
（1）正常作业频段状况下，高阻抗接地体系不影响正常网络信号和射频信号的传输；
（2）正常作业环境条件下，100Ω以内的接地电阻值不影响维护接地的防触电接地效果；
（3）能够经过理性元器材的牢靠电气衔接，下降过电压的维护，可完结避免地电位反击引起危险。
综上所述，在小接地电阻值不是降价地电位反击的仅有途径。可依据受维护体系及设备的接地体系性质及接地条件，选用对应的理性器材维护计划，亦可处理受维护体系及设备的地电位反击问题。
参阅文献：
[1]GJB 1210接地、搭接和屏蔽规划的施行[S]，国防科学技能工业委员会，1991
[2]GB 50057-2010 修建物防雷规划规范[S]，国家住宅和城乡建造部，1992
[3]GB 50343-2012 修建物电子信息体系防雷技能规范[S]．国家住宅和城乡建造部，2012
[4] JGJ16-2008《民用修建电气规划规范》国家住宅和城乡建造部，2008
[5]马红雷. 浅析电力体系中的维护接地问题[J]. 科技经济商场，2016
[6]赖世能，慕家骁.通讯体系防雷接地技能[M].人民邮电出版社，2008
[7]陈谦，韩帅，渊辛燕. 维护等电位联合和维护接地运用中的若干问题[J]. 修建电气，2013
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[9]姜芸,高小庆，罗俊华，袁淳智. 电力电缆维护接地[J]. 高电压技能，1998
[10]谭胜淋.对SPD的宽波脉冲电流耐受才能的剖析及实验主张[J]. 电子产品世界.2017
[11]张庭炎、谭胜淋.接地电阻测验中的若干问题研讨[J]. 电子制造. 2017
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第5期第61页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
