高压试验室和低压大电流试验室的接地
来源：维思自动化发布时间:2016-09-14 18:09:32
在国内外一些公立的研究机构、制造厂中，已经建成了以开发，研究超高压输变电设备为目的的高压试验室，低压大电流试验室。这些试验室的规模，随着系统电压的超高压化，系统容量的增大，也越来越大型化。从确保和提高测量精度的角度来看，在这些试验室的建设中，接地也就成了非常重要的课题。为此，本文详细阐述了绝缘试验为对象的高压试验室和以检验断路器断流容量为对象的低压大电流试验室的接地。
1.试验室接地的意义
高压试验室、低压大电流试验室的接地不同于电力系统等户外没施的接地，它除了起在雷击时让电荷以低阻抗流人大地的作用外，在试验时对确保试验人员的安全和测量精度，也具有非常重要的意义。高压试验室，低压大电流试验室是用来模拟近似于实际情况的雷击、短路事故的。由于其工作电压非常高、工作电流非常大，因此通常被忽视的通过空间的静电及电磁的耦合就成问题了。由于感应电压或某些原因产生的意外防电，致使电压上升。为了确保人身安全，人身接触的部位和测试仪器都必须接地 。在这些试验室里，如果只是把连线接到接地极上并不好。外加冲击电压时的绝缘损坏现象、断路器的重燃现象等都同时伴随着产生兆赫级的高频谐振。从高频的观点来看，不能完全忽略接地连线的电感。尽管一端接地，仍然存在浮动电压，导体意外地放电时，将上升到非常高的电压。此外，接地连线越长接地连线中感应出来的电动势也就越大。那么，为使电感应和电磁感应分量小到可以忽略的程度，就必须使得接地连线极短。尽管被试品的位置、测试仪器的位置多变，仍然必须确保接地连线极短，为此在试验室的各处都有埋设接地点的必要。理论上，如果把试验室的整个地面作为接地点就更好了。为了接近这种理想的条件，在试验室中，埋设了很多接地极把这种接地极用接地线连接成网格状，在该网格状的接地线的各个部位设置接地端子，以此作为接地系统。从而在试验室的任何地方都能以极短的连线接地。在这些接地系统中，即使有感应电动势，自由流动的感应电流也能使该感应电动势消失。由于流人接地系统的电流是经支路分散流动的，所以接地系统本身的阻抗就变得极低，从而构成了较理想的接地点。
然而在试验室里，以测试线为主的各种长导体，多数是杂乱地交缠在一起的。即使其中一端接地，因电磁感应也可能在另一端产生高压。为了防止因此现象而发生事故，应将没有使用的测试线两端都接地。
2.接地工程的施工实例
在公开发表的资料中，多数试验室均用几十根接地棒深深地打入地下做接地极，用铜线在这些接地极间连成网格状，埋入地下作接地系统，为进一步消除接地系统的电磁感应，并有效降低接地电阻，也有整个地面都用铜板敷设的，并在地面铺上混凝土。
对于低压大电流试验室的情况，虽然公开发表的有关接地的资料几乎看不到，但是新的试验室仍设置若干根接地线，在接地极之间用铜线连接成网格状，埋设成接地系统。与高压试验室相比，低压大电流试验室的接地极一般要少一些，也有完全不采用格状铜线的，这是因为低压大电流试验室的工作电压比高压试验室的低。然而，随着今后系统电压的提高，一方面由于断路器额定电压的提高，大电流试验室的工作电压也要随之提高；同时，要求对“起始暂态恢复电压” 要有1 微秒级的超高速、高精度测量，因而低压大电流试验室的接地系统也要像高压试验室那样考虑。尽管在低压大电流试验室以模拟事故点将母线短路接地时，对子电流回路来说，仍然用母线作为接地连线，在此接地连线中并不流过电流。即，只有接地点的电位才是地电位。但当设备发生意外损坏事故而产生大电流时，接地连线中也会有流过这种大电流的可能性，为此应采用有足够容量的导线。
3.测量和接地
强静电和电磁耦合所产生的噪音，使高压试验室和低压大电流试验室内的测量受到严重的影响。往往这些噪音远远大于每次测量信号。这样的高压试验室和低压大电流试验室的测量环境是非常恶劣的，在这种恶劣的环境中，为了得到较高的测量精度，针对测试系统的接地，采取了各种各样的措施。高压试验室、低压大电流试验室的测量仪器，通常采用阴极射线示波器和电磁示波器，也有采用数字记忆示波器。因电磁感应而产生的噪音很容易进入这些仪器的输入端，在此所述的是输入端的一端接地后，用示波器测量时的接地。
通常采用同轴电缆来传输被测信号。这种情况，一旦测试仪器接地后，在同轴电缆的外皮中，除流过分压器中的一部分电流外，还流过由电磁感应所产生的电流，在测量电缆的外皮中，一旦有电流流过，就破坏了电缆芯线和外皮的同相分量的平衡，测量值就会出现很大的误差。为此，再进行高精度测量时，必须使测量电缆的外皮中没有噪音电流流过，甚至可以说各种措施都为了不让噪音电流流过测量电缆的外皮。为了不让噪音电流流过测量电缆，首先在测试仪器的电源中采用隔离变压器；同时测试仪器的接地是用测量电缆的外皮接地。这时，电缆外皮中的感应电流通过隔离变压器的浮游静电电容入地，从而噪音电流减小到可 以忽略的程度，所以能够精确地进行测量。但是测试仪器本身因电磁感应而产生的电动势，也能导致电压升高，这样剩下的问题就是安全上的问题了。因此，为了减弱测量电缆所受的电磁感应，就应采用双重屏蔽两点接地方式。即测量电缆采用双重屏蔽电缆，而电缆外皮则采用两端接地。在这种情况下由电磁感应产生的电流，在电缆外层的电缆皮中流动，从而消除了电磁感应，因而内层的电缆皮和测量用芯线就不受电磁感应的影响，测试仪器的电压就不会上升了。有时，甚至采用三重屏蔽的方式。
当一台测试仪器测量若干个对象时，也是一样的。采用双重屏蔽，两点接地方式。但是，在测量多对象时，由于各被测点接地侧电位的微小差异，也能使内层测量电缆皮中有电流流过，从而产生误差。为了避免这样的误差，应在测量系统中，采用由光导纤维来传输信号的光模拟环节、使被测点和测试仪器之间隔离开的测量方式。在不要求有高频率特性的情况下，也有使用隔离式前置放大器来代替光模拟变换环节的。此外，针对光模拟环节中存在数百兆周级的频率特性尚未开发利用的现状，在超高速多对象的测量中，仍然是各测量点采用各自的测试仪器。
综上所述，高压试验室和低压大电流试验室的接地和测量有着密切的关系，为了降低接地系统的电阻，一般是在整个试验室地面里，埋设许多接地极和把这些接地极连成网格状的接地导线，构成接地系统。为了进一步提高高压试验室的接地效果，整个地面都敷设接地板的情况，也是有的。由于在测量的时候，试验室使用高电压大电流的高速暂态过程，为了防止电磁感应噪音的侵入，采用测试电缆的接地外皮里没有噪音电流流过的，双重屏蔽电缆的两点接地方式。为了进行多对象测量，采用光模拟环节，把被动点的接地和测试仪器的接地分开的方式。
维思自动化在高压试验室和低压大电流试验室建设方面，从解决接地问题着手，来提高测量精度。
高压试验室、低压大电流试验室的接地不同于电力系统等户外没施的接地，它除了起在雷击时让电荷以低阻抗流人大地的作用外，在试验时对确保试验人员的安全和测量精度，也具有非常重要的意义。高压试验室，低压大电流试验室是用来模拟近似于实际情况的雷击、短路事故的。由于其工作电压非常高、工作电流非常大，因此通常被忽视的通过空间的静电及电磁的耦合就成问题了。由于感应电压或某些原因产生的意外防电，致使电压上升。为了确保人身安全，人身接触的部位和测试仪器都必须接地 。在这些试验室里，如果只是把连线接到接地极上并不好。外加冲击电压时的绝缘损坏现象、断路器的重燃现象等都同时伴随着产生兆赫级的高频谐振。从高频的观点来看，不能完全忽略接地连线的电感。尽管一端接地，仍然存在浮动电压，导体意外地放电时，将上升到非常高的电压。此外，接地连线越长接地连线中感应出来的电动势也就越大。那么，为使电感应和电磁感应分量小到可以忽略的程度，就必须使得接地连线极短。尽管被试品的位置、测试仪器的位置多变，仍然必须确保接地连线极短，为此在试验室的各处都有埋设接地点的必要。理论上，如果把试验室的整个地面作为接地点就更好了。为了接近这种理想的条件，在试验室中，埋设了很多接地极把这种接地极用接地线连接成网格状，在该网格状的接地线的各个部位设置接地端子，以此作为接地系统。从而在试验室的任何地方都能以极短的连线接地。在这些接地系统中，即使有感应电动势，自由流动的感应电流也能使该感应电动势消失。由于流人接地系统的电流是经支路分散流动的，所以接地系统本身的阻抗就变得极低，从而构成了较理想的接地点。
然而在试验室里，以测试线为主的各种长导体，多数是杂乱地交缠在一起的。即使其中一端接地，因电磁感应也可能在另一端产生高压。为了防止因此现象而发生事故，应将没有使用的测试线两端都接地。
2.接地工程的施工实例
在公开发表的资料中，多数试验室均用几十根接地棒深深地打入地下做接地极，用铜线在这些接地极间连成网格状，埋入地下作接地系统，为进一步消除接地系统的电磁感应，并有效降低接地电阻，也有整个地面都用铜板敷设的，并在地面铺上混凝土。
对于低压大电流试验室的情况，虽然公开发表的有关接地的资料几乎看不到，但是新的试验室仍设置若干根接地线，在接地极之间用铜线连接成网格状，埋设成接地系统。与高压试验室相比，低压大电流试验室的接地极一般要少一些，也有完全不采用格状铜线的，这是因为低压大电流试验室的工作电压比高压试验室的低。然而，随着今后系统电压的提高，一方面由于断路器额定电压的提高，大电流试验室的工作电压也要随之提高；同时，要求对“起始暂态恢复电压” 要有1 微秒级的超高速、高精度测量，因而低压大电流试验室的接地系统也要像高压试验室那样考虑。尽管在低压大电流试验室以模拟事故点将母线短路接地时，对子电流回路来说，仍然用母线作为接地连线，在此接地连线中并不流过电流。即，只有接地点的电位才是地电位。但当设备发生意外损坏事故而产生大电流时，接地连线中也会有流过这种大电流的可能性，为此应采用有足够容量的导线。
3.测量和接地
强静电和电磁耦合所产生的噪音，使高压试验室和低压大电流试验室内的测量受到严重的影响。往往这些噪音远远大于每次测量信号。这样的高压试验室和低压大电流试验室的测量环境是非常恶劣的，在这种恶劣的环境中，为了得到较高的测量精度，针对测试系统的接地，采取了各种各样的措施。高压试验室、低压大电流试验室的测量仪器，通常采用阴极射线示波器和电磁示波器，也有采用数字记忆示波器。因电磁感应而产生的噪音很容易进入这些仪器的输入端，在此所述的是输入端的一端接地后，用示波器测量时的接地。
通常采用同轴电缆来传输被测信号。这种情况，一旦测试仪器接地后，在同轴电缆的外皮中，除流过分压器中的一部分电流外，还流过由电磁感应所产生的电流，在测量电缆的外皮中，一旦有电流流过，就破坏了电缆芯线和外皮的同相分量的平衡，测量值就会出现很大的误差。为此，再进行高精度测量时，必须使测量电缆的外皮中没有噪音电流流过，甚至可以说各种措施都为了不让噪音电流流过测量电缆的外皮。为了不让噪音电流流过测量电缆，首先在测试仪器的电源中采用隔离变压器；同时测试仪器的接地是用测量电缆的外皮接地。这时，电缆外皮中的感应电流通过隔离变压器的浮游静电电容入地，从而噪音电流减小到可 以忽略的程度，所以能够精确地进行测量。但是测试仪器本身因电磁感应而产生的电动势，也能导致电压升高，这样剩下的问题就是安全上的问题了。因此，为了减弱测量电缆所受的电磁感应，就应采用双重屏蔽两点接地方式。即测量电缆采用双重屏蔽电缆，而电缆外皮则采用两端接地。在这种情况下由电磁感应产生的电流，在电缆外层的电缆皮中流动，从而消除了电磁感应，因而内层的电缆皮和测量用芯线就不受电磁感应的影响，测试仪器的电压就不会上升了。有时，甚至采用三重屏蔽的方式。
当一台测试仪器测量若干个对象时，也是一样的。采用双重屏蔽，两点接地方式。但是，在测量多对象时，由于各被测点接地侧电位的微小差异，也能使内层测量电缆皮中有电流流过，从而产生误差。为了避免这样的误差，应在测量系统中，采用由光导纤维来传输信号的光模拟环节、使被测点和测试仪器之间隔离开的测量方式。在不要求有高频率特性的情况下，也有使用隔离式前置放大器来代替光模拟变换环节的。此外，针对光模拟环节中存在数百兆周级的频率特性尚未开发利用的现状，在超高速多对象的测量中，仍然是各测量点采用各自的测试仪器。
综上所述，高压试验室和低压大电流试验室的接地和测量有着密切的关系，为了降低接地系统的电阻，一般是在整个试验室地面里，埋设许多接地极和把这些接地极连成网格状的接地导线，构成接地系统。为了进一步提高高压试验室的接地效果，整个地面都敷设接地板的情况，也是有的。由于在测量的时候，试验室使用高电压大电流的高速暂态过程，为了防止电磁感应噪音的侵入，采用测试电缆的接地外皮里没有噪音电流流过的，双重屏蔽电缆的两点接地方式。为了进行多对象测量，采用光模拟环节，把被动点的接地和测试仪器的接地分开的方式。
维思自动化在高压试验室和低压大电流试验室建设方面，从解决接地问题着手，来提高测量精度。
