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移动设备接地问题亟待解决

文章来源:军民智融 发布时间:2017-06-26

在科学技术飞速发展的今天,大量的移动电子设备广泛的应用在人类社会的生产和生活中,在各行各业中覆盖率达到了90%以上;在现代化的军队里,各层次、各军兵种移动指挥系统、移动信息系统、移动作战系统中电子设备的覆盖率已超过各作战要素的95%以上。



科学正确认识接地是做好接地工作的前提


1.要科学地认识接地

接地是最古老最基本的电气设备正常运转的最基础安全保护手段。近百年来的实践经验告诉我们,良好而稳定的接地是电气、电子设备安全稳定运行的基本保障。一个良好而有效的接地系统,可以确保电气系统的正常运行、减少电磁波的干扰、提供稳定的参考地电位、快速泄放雷电流与故障电流、保障人员和设备安全。所以,良好接地是确保电子设备正常运行的重要基础条件。

接地系统,是指为了实现各种电气设备的零电位点与大地作良性电气连接,由金属接地体引至各种电气设备零电位部位的一切装置的总称。

接地电阻,是指电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。它包括:接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。

移动式接地系统,是用于移动设备的接地系统,通常是指为各种移动设备或车辆在移动过程中短时间停留时提供可靠接地。为保证移动设备的安全可靠正常运行,对移动式接地系统要求很高,且很苛刻。

  

  • 一是要求能在较小的面积内达到所需接地电阻。移动电子设备可能会在不同的工作地点展开部署,其所处地点未必有足够大的空间来进行大规模部署接地,这就要求接地设备可以在较小的面积内达到移动电子设备工作所需的接地要求,以保证设备的正常工作。


  • 二是便于携带,能够快速铺设与拆除。移动电子设备载具多为车辆,其车辆上空间一般较为紧张,这就要求接地设备体积小。同时为了保证设备部署与撤离的工作特点,还要求接地设备的铺设和撤收能在短时间内完成。


  • 三是能集综合接地于一体。移动电子设备对于接地的要求不仅仅只限于防雷某项功能接地,通常要求接地设备同时能够为电气设备提供工作必须的工作接地、防雷接地、屏蔽接地、安全接地和防静电接地等功能接地,以此来保障移动电子设备的高效运转。


  • 四是具有较长的使用寿命。较长的使用寿命不仅是出于经济性的考虑,长的使用寿命可以提高接地设备的可靠性,也可以提高移动电子设备的安全性和使用寿命。



2.接地作用十分重要

美国保险机构,根据近年来统计数据对雷电灾害的原因进行分析得出结论:雷电灾害中90%的事故是因为没有建立良好地接地和等电位连接所导致的,如图1所示。



由此可见,接地在所有的电气电子设备的运行和保护中是不可缺少的一部分,在移动电子设备之中尤其重要。

  

  • (1)良好可靠的接地可以确保设备安全高效的运转和工作。接地可以为电气设备提供零电位,作为设备接地系统,保证动力设备、变电设施、输电线路等能够正常运行。同时,接地可以为设备安全运行提供电磁屏蔽保障,保护设施和设备不被外界电磁波干扰,提高设备灵敏度和抗噪能力。良好的接地系统可保持等电位均衡,避免因为电位不均衡,造成对敏感电子设备的噪声干扰。


  • (2)保护设备安全,消散雷电电流、故障电流和感应电流。雷电灾害是“电子时代的一大公害”。雷电灾害有两类:一类为直接雷击灾害,另一类为感应雷击灾害。前者会直接击死、击伤人畜,击坏移动电子设备、建筑物等,甚至引发火灾。后者悄悄发生,不易察觉,主要以电磁感应和过电压波的形式对各类电子设备构成危害。尽管两种表现形式不同,但同样都对电子设备和人类生命财产均构成严重威胁。


据保守估计,我国每年因接地不合格导致的雷电灾害造成的直接经济损失多达数百亿元,而由此造成的间接经济损失则难以估计,产生的社会影响也越来越大。雷电灾害它所产生的强大电流、高温、冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应,对移动设备和人员的安全依然构成威胁,而良好的接地则可以有效地降低雷电对设备的损坏和影响。



我国移动电子设备接地情况令人担忧


1.发达国家较好地解决移动电子设备接地问题

发达国家对于移动电子设备的接地已经形成一套较为完整的体系。

  

  • (1)将移动电子设备的接地作为保障设备安全运行、提高设备工作效率规范化的重要工作环节。在移动电子设备的使用时,将接地作为设备正常高效运转所必需的一个工作要素来对待。例如:某国军队在对待移动电子设备的接地上就不仅仅为各移动电子设备配备专用的接地设备,同时,为系统工作的移动电子设备群提供专门的接地车辆来保障接地的良好。

  • (2)充分考虑移动电子设备接地的特殊性,提高接地的科学性。由于现代移动电子设备对于等电位、防静电、抗干扰等的要求越来越高,对于移动电子设备的接地就不能只是因为防雷接地而接地,在移动电子设备接地设计时,都综合考虑工作接地、保护接地、防雷接地、屏蔽接地和防静电接地等功能,以满足现代移动电子设备对于接地的更高要求。

  • (3)在接地产品生产上采用优质的材料和先进的生产加工工艺。随着新材料工业的发展,越来越多的复合材料应用到了接地产品之中。同时再辅以先进的生产加工工艺,保证了生产出优质的接地产品。


此外,国外还十分重视针对不同的移动电子设备的不同要求,制定不同的接地方案,在接地产品和使用上基本实现了标准化、规范化、系列化。


2.我国移动电子接地存在诸多问题

目前,我国移动电子设备的接地情况并不乐观,主要表现在以下几方面:

  

  • (1)对于移动电子设备接地的意识薄弱,认识存在误区。移动电子设备的接地在我国还没有引起足够的重视和关注。相关单位和人员对于移动电子设备接地的重要性和科学性认识存在不足,许多移动电子设备设计人员和使用人员只把接地当做是一项例行工作,而没有充分认识到良好的接地系统是确保设备正常工作,运行安全和提高设备性能与效率的重要环节,是确保人身安全的必备措施。据我方实际调查了解,对已装备使用的大量移动设备接地系统,其接地电阻等基本参数,都处于不正常或不达标状态。对于这些问题,目前尚未引起各相关部门和人员的重视。

  • (2)我国对于移动电子设备接地缺乏科学理论指导,接地方式单一。目前,我国移动电子设备接地多是沿用几十年的通常做法,即采用两至三根接地棒作为移动电子设备的接地。然而,对于为什么要这样接地,这是一种什么性质的接地,接地电阻应该是多少,是否符合移动接地的要求等问题,缺乏从理论上加以认识,科学地给予解答。在理论上缺乏对移动电子设备的工作接地、防雷接地、保护接地、防静电接地和屏蔽接地加以区别和指导。在实践中,则缺乏针对不同的情况和要求,采用不同的接地设计和产品配置方案,致使移动电子设备接地不规范,随意性大,不能满足移动电子设备对接地的基本需求。

  • (3)对于移动电子设备接地没有明确的技术标准。目前,在我国尚没有专门针对移动电子设备接地的国标和国军标规定。通常业内人员普遍认同移动电子设备的接地电阻应在10Ω左右。但是,现行的移动电子设备接地,往往采用几根垂直接地极,接地电阻通常为几十至上百欧姆,无法满足设备接地电阻的需求,致使大量电子设备处在一种亚健康的工作状态。

  • (4)现有移动电子设备接地产品的生产材料和生产工艺较为落后。现有的移动接地产品生产材料大多仍采用镀锌钢或纯铜等传统材料,在新材料新工艺方面缺少创新性和发展。产品的材料性能不能满足移动接地产品对材料的要求,移动接地产品的生产加工工艺落后,产品的品质参差不齐,致使由此生产出的产品许多参数不达标。

  • (5)移动电子设备的接地操作不规范。由于缺乏对于移动接地重要性的认识和缺少规范化的操作规程,致使操作人员在实际开设接地系统时往往缺少应有的遵循,导致移动接地系统开设不规范、不合格,存在严重的安全隐患。



改善我国移动接地的现状势在必行

针对我国移动接地现有技术存在的不足,同时学习借鉴国外先进的技术,改善此问题可以从以下几方面入手:

1.提高认识,更新观念

  • (1)提高对移动电子设备接地的科学性和重要性的认识,从思想上重视接地。参照国外和外军的先进接地理念,提高各单位对于接地的认识,不能只把接地工作当做是一项例行工作,而要把移动电子设备的接地作为设备正常高效运转的一项重要工作环节来考虑。

  • (2)提高对移动电子设备接地的综合性认识,把握好接地系统的发展趋势。随着移动电子设备的不断发展,其对于接地的需求已经发生改变,已由原来的单一接地功能向着综合接地功能方向发展。移动电子设备由于其自身的特点决定了其接地并不能像固定接地一样可以分别建立工作接地、保护接地、防雷接地、等电位接地、屏蔽接地和防静电接地,这就要求移动接地需集保障电子设备正常高效工作所需的各种接地于一体,不仅能够满足移动电子设备的某一项接地功能要求,同时还要满足移动电子设备的多项接地功能要求。例如,移动电子设备的接地系统,要求其同时具有防雷接地功能,即能够有效地泄放雷电电流和故障电流;具有等电位接地功能,即能够为等电位提供良好稳定的电位参考点,保障设备系统电位的稳定;具有屏蔽接地功能,即能够提高设备抗电磁干扰能力,保障设备在复杂电磁环境和电子干扰情况下的安全运行,提高移动电子设备的电磁兼容性;具有防静电接地功能,即能够避免敏感元器件遭受静电损伤等。


2.深入研究,科学指导

在接地的具体实施上,应深入分析研究,遵循科学的指导。

  • (1)地钉接地情况分析。目前,在我国大部分移动接地设备采用的接地,多数仍沿用着单一的地钉接地方式。地钉接地电阻与其半径和打入深度有关,通过其接地电阻的计算方法可以知道:当其直径增加一倍时,接地电阻下降不超过20%,而当其打入深度增大一倍时,接地电阻下降不超过40%。所以对于地钉来说,增大其直径和打入深度,都可以有效地降低接地电阻。但是,不管是通过加大半径,还是增加打入深度降低接地电阻的方法,一方面降阻能力有限;另一方面实现起来都十分困难。实测证明,在我国华南沿海地区要达到1~2Ω的接地电阻,需打18根直径为30毫米的垂直接地极才能实现。

  • (2)水平接地情况分析。水平接地极由其特殊的结构特性决定了它可以实现与土壤更大面积的接触。更大的接地面积意味着更小的接地电阻。事实证明,水平接地极在降低接地电阻方面的效果是垂直接地极的五倍以上,即当单个1平方米的水平接地网在埋入深度为十公分时,就已经可以达到五到六根1米垂直接地极的接地电阻效果。

  • (3)综合接地系统情况分析。在吸收了国外先进的接地设计理念和上述理论的指导下,国内有单位提出并设计了“移动电子设备综合接地系统”,创新性地提出了网钉带一体化的综合接地方案。该方案科学运用接地理论,充分发挥地钉具有大电流泄放能力,软网能够有效降低接地电阻的特点,采用地钉和接地软网的多种配置、灵活高效整合的一体化设计,从而大大降低了设备的接地电阻,同时保证对雷电和故障电流的泄放能力。


3.优化方案,提高质量

针对不同的移动电子设备的不同的工作环境,分别制定解决方案以满足其对于接地电阻、泄放电流、便携性、铺设撤收快速性的要求。中宥(北京)科技有限公司研发的防雷接地系统——“移动电子设备综合接地系统”设计有多种解决方案,针对不同电子设备的接地需求提供不同配置组合。例如:针对移动发电车等设备提供一网一钉一带解决方案;针对移动指挥通信车辆提供三网三钉三带的解决方案;针对指挥中心这种多车辆同时工作的设备,提供组合式多网多钉多带综合解决方案。

此外,“移动电子设备综合接地系统”各产品生产中采用了合金材料和先进的焊接等加工工艺。合金材料不仅使接地产品的电气性能优异,同时使得其使用寿命大大延长。例如:其中配置的接地网采用合金复合材料,具有媲美铜的高导电率,同时具有韧性好的特点,可反复弯折,使用寿命长。在生产过程中采用先进的加工工艺,保证了优异的产品结构特性。例如:配置中的钉为采用特殊加工工艺处理的镀铜圆钢,具有高导电率和刚性好的特点。

4.规范实用,注重效果

逐步实现各种接地产品形成标准化,移动接地系统逐步实现系列化,接地产品的使用基本做到规范化操作。在具体使用时,确保了产品能发挥出优异的性能。

为了保证产品在具体使用过程中能达到最佳的效果,“移动电子设备综合接地系统”遵循简便、快捷的设计方式,制定了规范化的使用方法,保障产品在具体使用中能快捷高效地发挥其优势。在具体的部署中,采取“先确保移动设备运转必备”接地,“后完成接地系统全要素配置”的分阶段的展开步骤,既保证了接地的效果,又能保障移动电子设备展开阶段的快速和高效。

5.“移动电子设备综合接地系统”的优势

中宥(北京)科技有限公司研发的“移动电子设备综合接地系统”具体有如下优势: 

  • (1)采用接地软网能够在较小的面积内大大降低接地电阻;采用镀铜接地棒能够增强系统的雷击电流泄放能力。

  • (2)防腐、耐用,寿命可达100年。

  • (3)能够快速铺设与拆除,携带、安装方便。

  • (4)能够集防雷接地、工作接地、等电位接地等各种接地于一体。

可适用于各类移动设备和系统的接地,如移动指挥系统、移动通信系统、电视转播车、临时急救中心、紧急事态处理中心、移动式勘测系统、移动式变电站和移动车房。移动接地系统如图2所示。