接地,是個永恒的話題
接地,是個永恒的話題。這句話,是我的口頭禪之一。
何謂“接地”



一個理想的“地”是一個絕對的“0”歐參考平面,非常干凈,就如波瀾不驚的大海,為故障電流提供泄放回路,為高壓雷電提供泄放回路, 為干擾信號提供泄放回路,為靜電提供泄放回路。良好接地后,雷電信號、靜電信號、電氣設備內的高壓信號、干擾信號,就是希望接到了一個理想的“大地”上去。
“ 接地在噪聲和干擾控制方面是重要的,而又經常被誤解。接地的一個問題是這個名詞本身,接地這個詞對不同的人可能意味著不同的事。它可能意味著一根長桿插入地下以防雷,它可能意味著用于交流配電系統中的綠色安全導線,它可能意味著一個數字邏輯印刷電路板(PCB)上的一個接地面,它也可能指的是PCB上的一個窄跡線,為一個環繞地球的衛星上的低頻模擬信號提供返回路徑。在上述所有的情況中,接地的要求是不同的。”
接地與安全
I類電氣設備的安全設計是由剩余電流斷路器(俗稱漏電保護空開)和 保護接地(Protective Earthing、PE)構成的基本絕緣系統。
II類設備是由基本絕緣和附加絕緣組成的雙重絕緣系統,安全保護和接地無關。一些家用電器設備如電吹風、臺燈、刮胡刀、手機充電器等就是II類設備,可直接連接到兩孔插座上,沒有接地線。
以充電樁為例,說明基本絕緣系統的工作原理:假如充電樁的外殼被撞擊變形,或者是充電樁內部有積水,或者是某種其它原因,使得充電樁內部的帶電高壓部件和外殼之間的基本絕緣被破壞,充電樁內部的帶電體和大地(PE)之間的阻抗下降。這種狀態下的充電樁接入電網時,充電樁殼體流向大地的電流超過了漏電保護空開的脫扣電流(民用產品,大多是30mA),漏電保護空開脫扣(俗稱跳閘),使得充電樁“斷電”,從而實現了對人體的保護; 否則,人體觸碰充電樁的殼體,就會觸電,對人體造成生命健康危險。
關于基本絕緣系統的理解,請參考閱讀我們另外一篇文章:直流充電樁的絕緣檢測
充電樁的接地檢測
關于充電樁的接地檢測,我的同行朋友們,我知道,您會心一笑。是有很多故事的!
記得2018年,我拜訪一個很小的電商樁企,他自己做一些模式二交流樁在網上賣,他興奮地說,“我這樁好賣啊,那些車廠配的樁,沒接地就沒法充電,可是很多老百姓家里沒接地線,充不了。”
接地是I類電氣設備的安全保證要素之一,但是,接地檢測是充電樁安裝時要保證的,是充電站的相關標準上要求的。充電站的標準要求接地電阻小于4歐。
很多車企將接地檢測作為充電樁的功能要求,是對充電樁標準的嚴重誤讀。有些時候,為了說服車企朋友理解到他們是誤讀了充電樁標準,我就拉倪老師來做“權威認證”: “不信,請去問倪老師”。
沒有一種萬能的電路可以檢測出所有電網制式的接地是否良好。我們研究了各種接地電路,也解剖了多家接地檢測電路,事實上,確實是無法滿足TN-C-S、TN-S、TT、IT等不同電網制式的接地檢測。因此,即使接地良好,但由于充電樁的接地檢測電路不合適,也會造成誤判斷。
既然這樣糾結,有些車企工程師們仍然不敢放棄接地檢測電路。他們采取的做法是,接地檢測電路要有,不管檢測的結果是否正確; 檢測到接地不良,就發出告警,但不停止充電。
接上不干凈的地,不如不接地?
在EMC名著《EMC Engineering》(清華大學出版社出版了中文版本《電磁兼容工程》,二手書應該可以買到)寫到:
“ 探求‘良好接地’在許多方面非常類似于尋找圣杯,關于它存在的故事比比皆是,我們都說我們想要和需要它,但是我們似乎無法找到它。 在連接電子器件用的所有導體中,具有諷刺意味的是最復雜的是通常最少關注的——接地。接地是使未知噪聲最小化和產生一個安全系統最主要的方法之一。也就是說,一個無噪聲的系統不一定是安全系統,反之,一個安全的系統也不一定是一個無噪聲的系統。”
即使“接地網”是專業的,實驗室的”接地網”可近似為波瀾不驚的大海,但如果這塊接地網連接了很多的電氣設備,這些電氣設備同時工作起來,產生的地環路干擾可能會很大,接地將導致很多采樣電路,甚至其它各種電路都會受到傳導類干擾。這時候,我們老羅最喜歡說的話是,“地很臟”。事實上,尋找干凈的地就如尋找一個完美的女人一樣。
“地很臟”,這確實會給交流樁的應用帶來問題,因為交流樁的很多判斷是基于測量CP信號的占空比!!很臟的地,除了因為在同一塊“大地”上接入很多用電設備,還有可能是臨時制作的接近懸浮狀態的地帶來了來自“大地” 的不確定性,譬如有些安裝環境沒有辦法連接專業的接地網,用一根接地針插入地下。“地”的特點千奇百怪。



