什么是接地回路？了解一下接地回路

接地回路问题在HVAC数据采集系统中可能是一个真正的麻烦，因为它们很难被发现。大多数情况下，它们不会造成伤害，但它们可能会在安装多年后造成不可预测的问题！

什么是接地回路？

当两个或多个设备上的“接地”端子之间有多个导电路径时，就会形成接地回路。导电环形成一个大的环形天线，很容易拾取干扰电流。环路越大，干扰越大;如果您使用建筑物的钢框架作为地面，那么环路可以与整个建筑物一样大。接地线中的电阻将干扰电流转化为接地系统中的电压波动。接地不再稳定;因此，您尝试测量的以该接地为参考的信号也是不稳定和不准确的。

理想的接地

技术学校和工程学院教授的一个普遍概念是，“接地”始终为零伏，可以无限吸收电流并立即无害地耗散电流。然而，完美的接地是实验室的抽象，在现实世界中并不存在。

实际接地是导体，因此所有接地点之间都有一定的电流阻力。这种电阻会随着湿度、温度、连接设备和许多其他变量而变化。电阻总是允许电压存在于其两端。大电流通过接地会导致接地导体中的电压下降，并且需要时间才能消散。

密歇根州立大学农业工程系测量了电力服务入口处的接地电阻，发现建筑场地可能变化高达2伏。事实上，对于 120VAC 电路，国家电气规范 （NEC） 允许接地变化高达 2.5% 的分支电路电压或 3 伏 RMS（有关密歇根州立大学研究和 NEC 规范的更多信息，请参阅下面的“参考资料”）。

了解现实世界中不存在完美的接地是在发生接地环路干扰时对其进行校正的第一步。如果您还记得建筑物中的每个接地都处于不同的任意“零”电位，那么您可以设计适当的接地系统。

如果理由如此有缺陷，为什么还要有理由呢？

需要理由有两个原因，安全和安全。

第一个安全问题是NEC第250条规定，降压配电变压器的隔离次级应在建筑物电源入口处地。地面是一根铜棒，至少打入地下 8 英尺。NEC要求钢结构框架，水管和其他主要金属物体连接到建筑物入口地面。如果电线的绝缘层破裂或电线无意中松动并接触金属物体，则大故障电流从配电变压器流向地面。这些过大的电流会断开保险丝和断路器，防止设备处于比附近水槽或建筑结构更高的电位。

如果配电盘中的接地连接因任何原因断开，则变压器上的建筑物电源入口接地可确保过多的故障电流流动，断开保险丝和断路器。保护建筑物免受火灾和居住者免受触电是配电接地系统的主要功能。

第二个安全问题是将设备保持在正常工作电压范围内。大多数现代直接数字控制器 （DDC） 无需接地即可正常运行。唯一的问题是，由于绝缘泄漏，非接地设备可能会积聚大量的静电荷。第一个出现并触摸设备的人会受到非常讨厌的电击。如果静电荷足够高，它将以较低的电位放电到最近的导体。瞬时放电电流可以达到数千安培，并破坏系统的电子元件。将系统接地可使电荷消散而不会损坏。

接地环路的信号干扰

接地环路允许电和磁干扰产生噪声电压源。这些电压源增加了被测信号，与正确的信号无法区分。控制器不知道它正在读取不正确的值，因此执行不正确的控制操作。这可能会导致居住者不舒服的条件。它还会使机械设备振荡，导致设备过早磨损。

磁感应的信号干扰

这些噪声问题的主要来源是磁感应和接地不平衡。

如果存在磁场，任何导电材料环路都会形成单匝变压器，并且在使用交流电压的任何地方都可能存在磁场。磁场是由沿电线流下的交流电压、电机或荧光灯产生的。在非常低电平的电路中，在地球磁场中移动的悬空电线甚至会引起问题。磁场使电流在导电材料的回路中流动，回路的电阻从该电流中产生电压。

磁场越强，或者磁场的频率越高，流动的电流就越大。欧姆定律指出，电流乘以电阻等于电压。所以电流越大，电压噪声源越大。

下图左侧显示了磁场影响下的接地回路。磁场导致电流在接地回路中流动。环路的电阻将电流转换为控制器的接地输入和传感器的接地端子之间的电压源，如下图所示。

磁场中的接地回路（左上）以及传感器电压和接地回路电压（右上）

接地不平衡引起的信号干扰

建筑物的电气负载可能会有所不同，从而将不同的电流放入地面系统。如果接地系统中流过大电流，并且将传感器放置在接地回路的电路中，则两个接地点之间的电压差将添加到信号中。
下图左图显示了向接地系统注入电流的故障电流源。如果像密歇根州立大学的研究一样，整个地面系统的电压是两伏，那么传感器的信号中就会增加一个两伏的故障电压，如下图所示。

密歇根州立大学研究和NEC代码

密歇根州立大学农业工程系测量了电力服务入口处的接地电阻，发现：“如果将服务面板接地棒打入 8 英尺长的潮湿土壤中，而不是真正的沙质，则该接地棒与地球之间的电阻可能低至 20 欧姆。假设当建筑物中用电时，十分之一安培的零线电流在接地棒上流向大地。称为欧姆定律的基本电定律指出，电流乘以电阻是电压。将接地棒电流（0.1 安培）和接地棒电阻（20 欧姆）相乘得到 2 伏。如果电压表的一个探头接触接地棒，电压表的另一个探头被推入离接地棒尽可能远的引线到达的地球，则电压表将读取大约 2 伏。