通過隔離來保證接地質(zhì)量

圖4 主要由第三諧波組成的總中性電流

接地系統(tǒng)
大多數(shù)電氣安裝均采用TN-C 或 TN-C-S 接地系統(tǒng)，圖5顯示了這兩種接地系統(tǒng)?！癟N”是指中性線路在變壓器處實(shí)現(xiàn)了接地（French terre）。字母“C”表示通過一個(gè)導(dǎo)線而實(shí)現(xiàn)的PE和中性線路的組合使用，標(biāo)記為“PEN”。PEN貫穿整個(gè)系統(tǒng)，直到一個(gè)分布點(diǎn)（即一個(gè)安裝板）接近負(fù)載為止，其在此處被拆分為PE和直接連接到負(fù)載的獨(dú)立中性導(dǎo)線。

圖5 比TN-C-S系統(tǒng)(b)具有更高GPD的TN-C系統(tǒng) (a)

雖然TN-C是一種較老式的接地系統(tǒng)，但是由于其成本低于需要更多PE導(dǎo)線的系統(tǒng)而重新得到人們的關(guān)注。然而，TN-C方法有一個(gè)最大的缺點(diǎn)。由于PE 和中性線路的拆分發(fā)生在一個(gè)負(fù)載的附近，因此本地PE連接處的電壓包括了長中性導(dǎo)線線性阻抗RL-N兩端的大壓降。這些壓降都是由非線性負(fù)載高中性電流引起的。因此，TN-C系統(tǒng)有可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)十V遠(yuǎn)程接地間的大GPD。

TN-C-S 系統(tǒng)通過開啟配電板中一個(gè)額外的 PE 導(dǎo)線來降低 GPD。此外，系統(tǒng)的中性和PE導(dǎo)線的星形連接有一個(gè)二次接地，從而降低了該點(diǎn)處的等電位并抵消了源線路阻抗RLS兩端 PEN 處的額外大壓降。

按照《美國國家電氣規(guī)范(NEC)》的規(guī)定，PE導(dǎo)線在正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)該是沒有電流的。但是，大多數(shù)非線性負(fù)載都會(huì)將較低毫安的電流泄漏到PE導(dǎo)線中。雖然這一泄漏的電流量對(duì)一個(gè)電路而言非常小，但是當(dāng)數(shù)百個(gè)電路都向同一條線路上泄漏電流時(shí)，這一電流會(huì)很輕松地達(dá)到幾安培。

盡管與中性電流相比可以忽略不計(jì)，但由于PE導(dǎo)線線路阻抗兩端的壓降，泄漏電流確實(shí)會(huì)在遠(yuǎn)程接地位置間產(chǎn)生壓差。這些GPD都在幾毫安范圍甚至更低，因此大大低于TN-C系統(tǒng)中的電流。

就僅限于一個(gè)本地電源供電的電路而言，GPD不會(huì)導(dǎo)致什么問題。在設(shè)計(jì)兩個(gè)遠(yuǎn)程電路間的通信鏈路時(shí)（即現(xiàn)場(chǎng)總線-收發(fā)器站），GPD就變得引人關(guān)注了，這兩個(gè)遠(yuǎn)程電路間的通信鏈路由不同的電源供電。

設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏈路
在設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏈路時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須要假設(shè)GPD的存在。這些電壓作為共模噪聲Vn添加到發(fā)送器輸出。即使總迭加信號(hào)在接收機(jī)的輸入共模范圍內(nèi)，將本地接地作為返回電流的可靠路徑也是很危險(xiǎn)的（見圖6）。這也同樣適用于“上乘的”RS485收發(fā)器，如TI的SN65HVD2x產(chǎn)品系列，其輸入共模范圍介于－20～+25V之間。

圖6 設(shè)計(jì)缺陷

電氣安裝（即定期維護(hù)期間）的任何修改都超出了設(shè)計(jì)人員控制范圍。該修改會(huì)在一定程度上增加GPD，從而會(huì)超出接收機(jī)的輸入共模范圍。因此，目前工作很出色的數(shù)據(jù)鏈路可能會(huì)在將來某個(gè)時(shí)間停止工作。

但也不建議通過一條接地線將遠(yuǎn)程接地直接連接在一起來去除GPD。切記，電氣安裝是一個(gè)高度復(fù)雜的電阻網(wǎng)絡(luò)，該電阻網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)交叉連接線和多相位系統(tǒng)、不同的線纜長度以及各種接地電極路徑導(dǎo)致的電阻組成（見圖7）。

圖7 接地路徑阻抗復(fù)雜性實(shí)例