（已结束）变频擂台第79期——变频器专用接地线问题 点击：2547 | 回复：18
变频器正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线，这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
变频器要专用接地的话，那么这个接地如何进行，因为一般车间只有一根接地线，单独打桩吗？
欢迎大家讨论！讨论范围可以包含但不局限于以下方面：变频器采用专用接地的必要性、可行性分析、实施操作等方面的问题。
希望大家畅所欲言。非常支持原创，评奖倾向于原创者。可以包括工作原理、技术介绍、产品结构，包括一些很具体的数据，包括一些技术细节/优缺点，还可以列举具体案例等，包括其它。。。。。。希望大家热烈的探讨！！！！！！
变频擂台每周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2012年5月13日。
奖项设置：一等奖1名：20MP，二等奖3名：10MP，三等奖10名：30积分。
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变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E（G）接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2 mm2，长度应控制在20 m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共同接地。信号输入线的屏蔽层应接至E（G）上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。东元变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。但在实际工作中，特别是电源线架空引入的情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区，这一问题尤为重要。如果电源是架空进线，应在进线处装设变频专用避雷器（选件），或按规范要求在离变频器20 m远处预埋钢管作专用接地保护。如果电源是电缆引入的，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。实践表明，这一方法基本上能够有效解决雷击问题。变频器运行中的注意事项试运转时，最好选不带负载运行一次，然后带轻载运行，最后再带满载运行。东元变频器的运行与停止操作不要采用通断变频器电源的方式，而应使用变频器控制端子排上的运行与停止端子，或使用操作键盘上的运行与停止按钮。变频器的使用寿命、功率因数及谐波干扰虽然用户购买和使用变频器首先是要满足使用目的的要求，但是除此之外，用户也关心其他一些问题，如寿命、谐波、效率及功率因数等。对一台变频器来说，影响其寿命的元件大致有三种：自身的冷却风扇、将无电时的限流电阻短路的接触器、中间环节的大容量电解电容器。前两个元件是有机械磨损的元件，一般寿命为5年。但是5年后并不一定就要更换，只是需要清洗检查一下，如果能用还可继续使用。最后一个元件的寿命也是规定为5 年，5 年后，测量一下电容值，如果小于额定值的80%就应更换。实际经验证明，如果变频器一直是连续使用，则电容器一般可使用10耀20年。如果长期不使用，则电解电容器很易干枯。所以，如果变频器存放半年以上时间再使用时，就应当对变频器的大电容进行复能处理。变频器（包括电动机）的效率是指综合效率，即变频器本身的效率与电动机的效率的乘积。也就是从整体来看，电动机的输出机械功率与电网输入的有功功率之比。这里仅讨论变频器的效率。变频器是电源变换设备，其本身要消耗一部分能量。变频器的综合效率与负载及运行频率有关，在电动机负载超过75%以上且运行频率在40 Hz 以上时，变频器本身的效率可达95%以上，综合效率也可达85%以上。对于高压大功率变频器，其系统效率可达96%以上。功率因数是指整个系统的功率因数，它不仅与电压和电流之间的相位差有关，还与电流的谐波含量有关。电动机本身的功率因数一般在0.71耀0.90 之间，小容量电动机要小一些，大容量电动机要大一些，双极电动机大一些，8 极、10极电动机小一些。整个系统的功率因数又与系统的负载情况有关，轻载时小，满载时大；低速时小，高速时大。可以说，变频调速系统（非相控整流）在基频和满载下运行时的功率因数一般不会小于电动机满载工频运行时的功率因数，所以一般可不予考虑。我们常提到加装改善功率因数电抗器，实际上是为了降低网侧输入电流的畸变率，同时也在电动机轻载运行时提高了整个系统的功率因数。对于高压大功率变频器，其功率因数可达0.95以上。谐波干扰谐波产生的途径整流部分变频器的整流部分接有大电容。因而在轻载时网侧电流为双尖峰脉冲，电流畸变较大，对电网造成谐波污染，网侧功率因数较低。逆变部分变频器的逆变部分输出的电压为脉宽调制波，除基波外含有大量高次谐波，其输出到电动机的电流畸变较大，含有大量高次谐波。谐波的危害对电网的危害使供电电压品质下降，影响接在同一供电变压器的其他设备、仪器及计算机的正常工作；使补偿电容漏电流增大、温度升高。对电动机的危害使电动机发热（低次电流谐波使铜损增大，高次谐波使铁损增大），噪声增大，产生脉动转矩，电动机消耗的无功分量增大，中性点对地的高频漏电流增大；谐振电压影响电动机绝缘的寿命。增加调制频率虽然可以降低电动机噪声，减少输出转矩的脉动，但却使变频器的开关损耗及射频干扰增大。前者降低了变频器的效率，后者会干扰通信设备和仪器仪表的正常工作。谐波的消除方法主动方面使变频器本身不产生或少产生谐波。如在调制上采用较高调制频率、目标函数、多重化整流技术，在整流上采用多相（12 相或24相）整流技术、PWM 整流技术及有源功率因数校正电路（Active Power Factor Correction，APFC）。被动方面采取措施，减少变频器产生的各次谐波对电网及其他设备的干扰。如加装进相和出相交流电抗器，加装射频噪声滤波器及加装浪涌吸收电路。在变频器实际使用中，网侧电压谐波一般不会超标，但网侧电流谐波却超标很多。对于高压大功率变频器，网侧输入电流及电动机输入电流的THD（畸变率）均定小于3%。
本期擂台可以看作变频擂台第72期——关于变频器接地的问题的继续，核心仍然是变频器接地问题。作为本期的回复现将通过西门子变频器得到的结论复述如下：
首先我们考虑不考虑EMC的接地问题，实际有时可以完全不考虑，比如一个变频器拖动一个水泵。这是西门子的例子显示：变频器输出电机电缆可以用普通动力电缆（PROTODUR动力电缆NYY-J-0.6/1KV，非屏蔽电缆）。西门子变频器应该怎样接地呢？
西门子接地分为电源侧PE1和负载侧PE2两个端子。接地方法是电源的PE接地线与PE1连接，并且与电柜接地母线排连接；PE2与电机PE线相连，电机PE与电机外壳相连。
要满足EMC规则，接地应该怎么接呢：
1、变频器到电机电缆必须使用屏蔽电缆。对于工业现场A级限值可以使用NYCWY屏蔽电缆、PROTOFEX EMV 3 PLUS或PROTOFEX EMV 屏蔽电缆；要达到公共电网B级限值可以使用PROTOFEX EMV 3 PLUS或PROTOFEX EMV 屏蔽电缆。
2、电源的PE接地线与PE1连接，并且与电柜接地母线排连接，PE2与电机PE线相连，电机PE与电机外壳相连，电缆屏蔽层一端用接触面积较大的夹子和与电柜接地母线排连接，另一端与电机外壳连接（要有一定的接触面积）。这样当噪声电流必须流到变频器时，屏蔽层形成一条最便利的通道，注意PE2并没有与屏蔽层直接相连。如果连接那么会形成环形接地这是不容许的。
3、数字信号的电缆的屏蔽一定要两端接地，即发射端和接受端都要接地。
4、模拟信号电缆，屏蔽层接地仅能在变频器侧接地，另一端通过一个电容器（如10nF/100V，型号MKT）接地，就高频噪声而言，这个电容使屏蔽层两端相连。
本期我们将沿着上面的方法，对典型的变频器接地的要求进行对比，通过工业实例来比较，得到一个可信结论。
对：李纯绪关于变频器为什么要有专用接地线？接在变频器的什么位置？？我们经常使用的通用变频器，没有发现有哪个接线端子说明要接专用接地线啊？电源的三个端子RST（或L123）以外没别的端子了？外壳倒是有接地标志，不过，我们的供电都是TN保护系统，变频器在安装时外壳已经与零线（或PE）可靠连接了，没有把变频器安装到绝缘板的吧？难道你做的接地体比零线的阻抗还小吗？能做到mΩ级吗？提出变频器接地问题的就很有问题了，能有进一步发挥的回复就更有问题了。接地一词不准确，是一个习惯用词，应该是接零。在电气工作中几乎没有接地的事。内容的回复：
李工，你的困惑可以理解，但是你的结论是不正确的。论坛长期以来，有一种哲学的味道。似乎通过几个看似正确的经验事实，通过推理就可以得到结论。这种讨论方法，我认为是错误的。我们应该通过研究成功的工业案例，并结合电磁学原理来准确理解这些工业规范。因为我们的工业化进程时间很短，但是欧洲的制造为我们提供了案例。不知是否有人认同？
对：jona关于回复内容：对：李纯绪关于变频器为什么要有专用接地线？接在变频器的什么位置？？我们经常使用的通用变频器，没有发现有哪个接线端子说明要接专用接地线啊？电源的三个端子RST（或L123）以外没别的端子了？外壳倒是有接地标志，不过，我们的供电都是TN保护系统，变频器在安装时外壳已经与零线（或PE）可靠连接了，没有把变频器安装到绝缘板的吧？难道你做的接地体比零线的阻抗还小吗？能做到mΩ级吗？提出变频器接地问题的就很有问题了，能有进一步发挥的回复就更有问题了。接地一词不准确，是一个习惯用词，应该是接零。在电气工作中几乎没有接地的事。内容的回复：李工，你的困惑可以理解，但是你的结论是不正确的。论坛长期以来，有一种哲学的味道。似乎通过几个看似正确的经验事实，通过推理就可以得到结论。这种讨论方法，我认为是错误的。我们应该通过研究成功的工业案例，并结合电磁学原理来准确理解这些工业规范。因为我们的工业化进程时间很短，但是欧洲的制造为我们提供了案例。不知是否有人认同？内容的回复：
那么深奥的词句理解不了，只想问一点：变频器“专用接地”接在哪里？
现在我们以ABB ACS510变频器为例来看，ABB公司是如何设计变频器接地系统的。
按照ABB ACS510变频器使用手册（中文版）这里面关于接地有一下几点：
1、电机电缆按IEC要求应该符合：
（1）EN60204-1和IEC60364-5-2/2001标准
（2）PVC绝缘
（3）30C环境温度
（4）70C表面温度
（5）带铜网屏蔽电缆
（6）同一电缆桥架内并排放置电缆不超过9根
2、以R3尺寸为例在左下端PE用于连接电源的接地PE，在右下端的GND用于连接电机电缆屏蔽线（拧成辫状连接）电机的保护地PE只在电机侧连接。不在变频器侧连接。
3、-X1:1（SCR）为控制信号电缆屏蔽端子，内部与机壳相连。
4、-X1:3/-X1:6/-X1:9（AGND）为模拟输入端公共端子，内部通过1M欧电阻与机壳相连。
5、-X1:11为数字输入辅助电压输出公共端子，内部为浮地连接。
6：-X1:28/-X1:32为RS485通讯电缆屏蔽端子。
7、数字和模拟电缆的屏蔽只在变频器侧连接。
从上面我们可以看得出欧洲的规范基本是一致的只有符合这些要求才能满足EMC规则，变频器的接地不单单是保护接地，还有抗干扰接地和电磁屏蔽接地，所以要真正理解接地的重要性，还是要向各大公司的产品手册学习。
变频器要专用接地的话，那么这个接地如何进行，因为一般车间只有一根接地线，单独打桩吗？
关于这个问题，我的看法是根本就不存在变频器专用的接地系统。变频器的接地除了应该满足保护接地的要求，它还需要解决EMC兼容的问题，接地只是解决抗干扰接地和屏蔽问题至于通过传递的谐波抑制还需要增加电抗器，谐波抑制器，进行区域分离，减少电流回路面积等方式。
西门子6SE70系列变频器的接地系统很有意思：
PE1与电柜PE相连，变频器的壳体与电柜PE相连，但是PE1不直接和变频器壳体相连。PE2干什么？它只与电机PE连接，电机PE另一头与电机机壳相连。电机电缆的屏蔽层一头与变频器外壳相连，另一头与电机外壳相连。为什么这么麻烦呢？
变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线，这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
前面讲过变频器接地除了保护接地外还要有抗干扰接地和屏蔽接地的要求，为了满足EMC规则，还有其他方式可以选择：区域隔离、减少电流回路面积，接地系统采取星型连接，而不应构成任何接地闭合回路。接地线尽可能短并且要符合接地规范，不能让一个供电100KW的电路，200米距离接一个6mm2的接地线，那样连保护接地的要求都不行.。而只要保持一定距离变频器通过空间电磁场对其余电子设备的干扰就会少很多。所以，上面观点本身没有问题，只是具体做起来只要按变频器安装的要求做就行。人家三菱讲欧洲那一套它不认可，变频器本身就安装在电柜里面，要什么EMC！
关于电气传动系统的接地是一个复杂的问题（在理论上，因为不能对干扰提出一个准确的模型），在处理上首先根据厂家规范做，实际上可能仍会有某种形式的干扰，根据具体情况，具体处理。这里面有一个问题关于数字信号和模拟信号屏蔽接地的问题，西门子和ABB的处理是不同的。
西门子：要求两端接地（信号发射端和接收端都要接地），在有低频干扰时，模拟信号屏蔽线在变频器端直接接地，而在另一端通过一个电容接地。
ABB:数字和模拟电缆的屏蔽只在变频器侧连接。
但是考究后面的原因，对屏蔽接地的考虑原则仍然是一样的。在时空兄推荐的《电气传动自动化技术手册》（第三版）第13章电磁兼容性和可靠性13.4.3.3屏蔽接地的做法（p975-p976）里有说明：
（1）信号电缆长度小于信号波长（注：波长=300000000/型号频率m，1MHZ信号波长为300m，这个对于数字信号信号频率为最高频率，对于模拟信号则取带宽频率）的1/4或信号频率不超过30MHZ（对应波长10m），而电缆长度超过1m时，屏蔽层原则上可在接地的信号源和接收器一侧接地。实用上一般均在控制装置侧接地。
（2）高频敏感输入信号电缆，屏蔽层两端接地。
根据这个，西门子认为应该按第二条实施接地，而ABB认为因该按第一条实施接地。具体如何根据现场实际处理！
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