一、概述
衡器(電子衡器只是其中的一種，但衡器有其特殊性，大型衡器的承載器大多在露天工作，直擊雷對其影響較大)的接地是一個老生常談的問題了，僅《衡器》雜志就有過5～6篇類似的“防雷與接地”方面文章，但就接地的型式、維護、接地電阻的計算、電位參考點等幾乎沒談及。就供電的電網(wǎng)而言，也存在著一些不足，如國家標準已要求電網(wǎng)應采用“三相五線制”的供電方式，鑒于目前的電網(wǎng)全部是“三相四線制”供電方式，一下子是無法改變目前的現(xiàn)狀，改造也不現(xiàn)實，大多采用補救的增加“接地裝置”方式來實現(xiàn)。
每年的雷雨季節(jié)都能聽很多關(guān)于雷電給我們?nèi)祟愒斐傻膫蛽p失(最典型的是青島黃島油庫的雷擊起火，幾萬噸原油化為灰燼，造成了極大的經(jīng)濟損失，防止雷電造成損害的最主要措施就是通過接地來實現(xiàn)。接地是確保衡器正常工作和安全防護的重要措施之一。
接地是通過衡器上的任何部分與大地(土壤)間作良好的電氣連接來實現(xiàn)，在電網(wǎng)為三相四線制時一般是給衡器再做一個接地裝置。接地裝置通常由接地體和接地線組成，與土壤直接接觸的部分(一般為金屬體)稱為接地體，連接衡器與接地體之間的導線稱為接地線。
二、系統(tǒng)的接地型式及電子衡器常用的型式
根據(jù)GB14050-2008的規(guī)定系統(tǒng)的接地型式有三類五種，分別是：TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)三大類，在TN系統(tǒng)中又分為“TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)”。下面分別介紹它們的接地型式。
國家推薦接地采用“TN-S系統(tǒng)”，但由于原來的電網(wǎng)均是按三相四線制配制的，鑒于目前的情況TT系統(tǒng)就是對原來的三相四線制供電線路的一種補救的方法，但在實際接地布置中多以IT系統(tǒng)的型式出現(xiàn)。一般要求接地線(保護導體)的電阻僅為0.5Ω，而中性導體的要求多為10Ω，所以TN-C系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)使用后其接地效果就差一些。IT系統(tǒng)保護接地導體的電阻應控制到最小(0.5Ω的要求)。
1、TN系統(tǒng)的接地型式
從圖1中可以看出，三相五線制可以消除三相負荷不均勻或損壞時的中性線帶電的危害，同時由于保護導體的電阻非常小(0.5Ω)，不管是電源的問題還是雷擊的問題都能起到良好的保護作用。
2、TT系統(tǒng)的接地型式
圖2是對現(xiàn)有三相四線的一種改進布置圖，也是目前常用的一種方式。這種布置方式的PE接地導體其電阻應符合0.5Ω的要求，接地裝置的接地電阻符合使用要求即可。
3、IT系統(tǒng)的接地型式
我們目前常用的接地型式之一，因為國標中規(guī)定中性導體的電阻為不大于10Ω，接地裝置符合設(shè)計要求就可以。如果是單相電源，只是把L2和L3去掉就可以了。
4、電子衡器常用的接地型式
目前電子衡器常用的接地型式大多是TT和IT系統(tǒng)的接地型式。動力部分選用三相供電時，與TT和IT系統(tǒng)的接線方式基本相同;當動力部分和控制部分為單相供電時，去掉L2和L3后就與現(xiàn)有的接地型式一樣了。這種方式的接地不僅適用于電子衡器，而是適用于所有的衡器的接地。
三、零電位參考點與接地電阻的計算
過去發(fā)表的有關(guān)接地與防雷的很多文章僅講如何接地，從未提及零電位參考點(即接地的電位參考點)和接地電阻的計算與接地體的布置，在這里介紹一下這方面的知識。
1、零電位參考點的確定
根據(jù)電能在大地中的傳遞擴散、大地容納電能的方式和相關(guān)規(guī)定，一般是以距離地表面20m深處為零電位參考點的，在此深處及以下，幾乎測不到電能的壓差，所以習慣上就以距離地表深20m處作為零電位的參考點。
2、接地電阻的計算
關(guān)于接地電阻的計算也很少文章談及，一般是先計算單根的接地(導)體的接地電阻的，單根長約3m的接地體接地電阻計算公式為：R≈0.3ρ(ρ—土壤電阻率值)，然后根據(jù)分配給接地體的電阻值確定接地體的根數(shù)，再考慮接地體的布置。在接地體的布置上盡量考慮等電位布置方式，以減少接地體間的電位差。
我在這里舉一個例子如何計算接地裝置的電阻。
例如：當需要做一個接地電阻為4Ω的接地裝置時，假如分配給接地體(長度按3m)的總電阻值為2Ω，若普通粘土的電阻率ρ=60，則單根(長3m)接地體的接地電阻R接地體(≈0.3ρ)約為18Ω。
設(shè)：需n根接地體
則：根據(jù)并聯(lián)電路電阻的計算公式：R1=11R+21R+……+nR1(接地體的數(shù)量為n時)確定接地體的根數(shù)。
因為各個接地體的電阻相同，則有：R1=R2=……=Rn=R接地體
令R接地體等于R0，則有：R1=n01R式中R0=18 R=2
則有：21=n181
所以：n=18/2=9根(接地體)
接地線選用長約50m銅線，其電阻為(按直徑4mm計算)：
1.75×10-8×50/0.0022×3.14=0.07Ω(約)
橫連接鋼的電阻為(50×4扁鋼，長40m)：20×10-8×40/0.004×0.05=0.04Ω(約)
根據(jù)計算，除了接地體外，其它電阻可忽略不計，當接地裝置的電阻為4Ω時，共需9接地體。
3、接地體的布置
接地體的布置應盡可能的采用等電位來布局，以免在不同的接地體間產(chǎn)生電位差。必要時可采用不等間距布置接地體，盡可能使地網(wǎng)各網(wǎng)孔電位趨于一致。接地體的橫向連接扁鋼的布置要盡可能的不出現(xiàn)尖角，外緣各角要做成弧形，以免影響接體的電位平衡，從而提高設(shè)備的安全運行水平。
四、接地的分類
接地根據(jù)需要不同大體可分為八類，具體表述如下。
1、工作接地
為滿足電力系統(tǒng)或衡器的運行要求，而將電力系統(tǒng)或衡器的某一點進行接地，稱為工作接地，如采用TN-S系統(tǒng)的三相五線制供電，就具有了良好的接地。
2、防雷接地
為防止雷電過電壓對人身或設(shè)備產(chǎn)生危害，而設(shè)置的過電壓保護設(shè)備的接地，稱為防雷接地，如大型設(shè)備和高大建筑然避雷網(wǎng)、塔式設(shè)備的避雷針、一般設(shè)備的避雷器的接地等。
3、保護接地
為防止電氣設(shè)備的絕緣損壞對人身造成的傷害，將其金屬外殼對地電壓限制在安全電壓內(nèi)，將電氣設(shè)備的外露可接近導體部分接地，稱為保護接地。如：
①電機、變壓器、照明器具、手持式或移動式用電器具和其他電器的金屬底座和外殼。
②衡器的傳動裝置。
③配電、控制和保護用的盤(臺)的框架。
④交直流電力電纜的構(gòu)架、接線盒和終端盒的金屬外殼、電纜的金屬護層和穿線的鋼管。
⑤室內(nèi)、外配電裝置的金屬構(gòu)架或鋼筋混凝土構(gòu)架的鋼筋及靠近帶電部分的金屬護攔和金屬門。
⑥架空線路的金屬桿塔或鋼筋混凝土桿塔的鋼筋以及桿塔上的架空地線、裝在桿塔上的設(shè)備的外殼及支架。
⑦變(配)電所各種電氣設(shè)備的底座或支架。
⑧民用電器的金屬外殼，如洗衣機、電冰箱等。
4、重復接地
在低壓配電系統(tǒng)的TN-C系統(tǒng)中，為防止因中性線故障而失去接地保護作用，造成電擊危險和損壞設(shè)備，對中性線進行重復接地(使其變?yōu)門N-C-S系統(tǒng))。TN-C系統(tǒng)中的重復接地點為：
①架空線路的終端及線路中適當點。
②四芯電纜的中性線。
③電纜或架空線路在建筑物或車間的進線處。
④大型車間內(nèi)的中性線宜實行環(huán)形布置，并實行多點重復接地。
5、防靜電接地
為了消除靜電對人身和設(shè)備產(chǎn)生危害而進行的接地，如將某些液體或氣體的金屬輸送管道或車輛和弱電設(shè)備外殼的接地。
6、屏蔽接地
為了防止電路之間由于寄生電容存在產(chǎn)生相互干擾、電路輻射電場或?qū)ν饨珉妶雒舾校仨氝M行必要的隔離和屏蔽，這些隔離和屏蔽的金屬必須接地。像濾波器接地：濾波器中一般都包含信號線或電源線到地的旁路電容，當濾波器不接地時，這些電容就處于懸浮狀態(tài)，起不到旁路的作用。再如噪聲和干擾抑制：對內(nèi)部噪聲和外部干擾的控制需要設(shè)備或系統(tǒng)上的許多點與地相連，從而為干擾信號提供“最低阻抗”通道。
7、特殊要求的接地
如弱電系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及中壓系統(tǒng)的接地，當為中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地時，應按弱電系統(tǒng)、計算機和中壓系統(tǒng)要求執(zhí)行。
8、易燃易爆場所的電氣設(shè)備的保護接地
易燃易爆場所的電氣設(shè)備、機械設(shè)備、金屬管道和建筑物的金屬結(jié)構(gòu)均應接地，并在管道接頭處敷設(shè)跨接線。
五、接地裝置運行中的維護
系統(tǒng)或衡器的接地裝置不是一勞永逸的，在以后接地裝置的運行中，接地線和接地體會因外力破壞或腐蝕而損傷或斷裂，接地電阻也會隨土壤變化而發(fā)生變化，因此必須對接地裝置定期進行檢查和試驗。
1、接地裝置運行中的檢查周期
�、匐娮�衡器的承載器每年檢查一次，一般在雷雨季節(jié)到來之前進行。
�、诔臃康慕ㄖ锏慕拥鼐�根據(jù)運行情況一般每年檢查1～2次。
�、蹆x表和傳感器防雷裝置的接地裝置至少每年在雷雨季到來前檢查一次。
④接地裝置周圍有腐蝕性土壤的，應根據(jù)運行情況一般每3～5年對地面下接地體檢查一次。
�、萁拥匮b置的接地電阻一般根據(jù)當?shù)氐耐寥栏g情況1～3年測量一次。
2、檢查項目
�、贆z查接地裝置接觸性能：檢查各連接點的接觸是否良好，有無損傷、折斷和腐蝕現(xiàn)象。
�、诟g環(huán)境下的接地體腐蝕程度檢查：對含有重酸、堿、鹽等化學成分的土壤地帶(一般可能為化工生產(chǎn)企業(yè)、藥品生產(chǎn)企業(yè)及部分食品工業(yè)企業(yè))應檢查地面下500mm以上部位的接地體的腐蝕程度。
③接地電阻檢查：應在土壤電阻率最大時(一般為雨季前)測量，并對測量結(jié)果與原設(shè)計要求進行分析比較。
④大型衡器的承載器檢修后，應檢查接地線連接情況，是否牢固可靠。
3、接地裝置的接地電阻值不符合要求時的改進措施
增加接地體的總長度或增加垂直接地體的數(shù)量，在接地體周圍更換土壤電阻率低的土，如黃粘土、黑土(土壤電阻率在50Ωm以下)，采用化學降阻劑，處理接地體等。
六、結(jié)束語
接地與防雷是多年來人們關(guān)注度比較高的一個問題。盡管關(guān)注度極高，但每年還都造成相當大的經(jīng)濟損失和人身傷害。從字面上來看好像接地與防雷是一件很簡單的事情，但真正做好的難度還是很大的，特別是弱電器件的雷擊、電磁干擾處理起來有時相當束手，處理不當就會造成器件的損壞，從而導致系統(tǒng)的癱瘓，造成不必要的經(jīng)濟損失。本文是根據(jù)多年接觸接地與防雷方面的經(jīng)驗，參考相關(guān)技術(shù)文獻而寫的，為廣大衡器設(shè)計人員提供這方面的參考，不當之處歡迎指正。
