張 瑋

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司, 上海 200063)

拖曳水池信號(hào)接地系統(tǒng)分析

張 瑋

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司, 上海 200063)

分析了某拖曳水池測(cè)試設(shè)備的信號(hào)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。水池內(nèi)測(cè)試設(shè)備通常在移動(dòng)狀態(tài),因此信號(hào)電路接地采用多點(diǎn)環(huán)形接地體方式。水池測(cè)試設(shè)備調(diào)試結(jié)果表明,整體信號(hào)接地系統(tǒng)方案提高了電子測(cè)試設(shè)備信號(hào)基準(zhǔn)電位的準(zhǔn)確性,信號(hào)電路接地電阻測(cè)量值為0.39 Ω,基礎(chǔ)接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量值為0.18 Ω,滿足設(shè)計(jì)要求。

拖曳水池; 信號(hào)電路接地; 信號(hào)干擾源; 共用接地體; 聯(lián)結(jié)導(dǎo)體

0 引 言

根據(jù)測(cè)試船體類型及測(cè)試內(nèi)容的不同,船舶與海洋工程試驗(yàn)水池分為拖曳水池、耐波操控性水池、垂直空泡水洞水池、海洋深水水池等。拖曳水池是比較常見的大型船舶與海洋工程試驗(yàn)水池,其水池的面積是試驗(yàn)水池中最大的,約有幾千平方米。在模擬實(shí)際航行中的波浪條件下,縮小比例的船體模型由拖曳小車按照不同的速度在水池中拖動(dòng),小車上測(cè)試設(shè)備同步測(cè)試船體模型的航行參數(shù)。由于測(cè)試設(shè)備移動(dòng)性和測(cè)試環(huán)境復(fù)雜性的特點(diǎn),信號(hào)基準(zhǔn)電位不穩(wěn)定,嚴(yán)重影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,這主要是因?yàn)樾盘?hào)接地系統(tǒng)不合理。

本文分析了某拖曳水池測(cè)試設(shè)備的信號(hào)接地系統(tǒng),采用的整體信號(hào)接地系統(tǒng)可提高測(cè)試設(shè)備信號(hào)基準(zhǔn)電位的準(zhǔn)確性。

1 項(xiàng)目概況

某拖曳水池長(zhǎng)300 m(含12 m長(zhǎng)船塢),寬16 m,深7.5 m,半埋式結(jié)構(gòu)。水池設(shè)在建筑物內(nèi),建筑物跨度為24 m,建筑總層數(shù)為2層,總長(zhǎng)度約為337 m,總寬度約為44 m,總高度為15.5 m。

2 拖曳水池信號(hào)接地系統(tǒng)

2.1 信號(hào)接地系統(tǒng)

按接地的不同作用分為功能性接地和保護(hù)性接地,其中信號(hào)電路接地屬于功能性接地。JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第12.7.1～4條規(guī)定:電子設(shè)備接地電阻值一般不宜大于4 Ω,并采用一點(diǎn)接地方式;電子設(shè)備接地宜與防雷接地系統(tǒng)共用接地體,但接地電阻不應(yīng)大于1 Ω。

實(shí)際工程中,測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商要求將信號(hào)電路接地與防雷接地系統(tǒng)分開設(shè)置。由于常見的電子設(shè)備為固定式,一般位于在實(shí)驗(yàn)室或車間內(nèi),等電位措施操作性強(qiáng),環(huán)境特征穩(wěn)定,因此信號(hào)電路接地采用一點(diǎn)接地方式,基準(zhǔn)電位效果穩(wěn)定性較好。

大型船舶與海洋工程試驗(yàn)水池內(nèi)測(cè)試設(shè)備通常在移動(dòng)狀態(tài)下完成,因此信號(hào)電路接地不適用一點(diǎn)接地方式,而采用多點(diǎn)環(huán)形接地體方式。

2.2 拖曳水池信號(hào)干擾源

電子設(shè)備信號(hào)干擾源常見有電磁干擾、噪聲干擾、頻率干擾、射線干擾等。電子設(shè)備基準(zhǔn)電位的穩(wěn)定性取決于信號(hào)電路接地系統(tǒng)是否針對(duì)性地采用等電位聯(lián)結(jié)或絕緣技術(shù)措施屏蔽干擾源。因此,測(cè)試設(shè)備信號(hào)干擾源是設(shè)計(jì)信號(hào)電路接地系統(tǒng)方案的關(guān)鍵。

拖曳水池基本干擾源的主要類型如表1所示。

表1 拖曳水池基本干擾源的主要類型

2.3 信號(hào)接地電阻值

該拖曳水池主要向國(guó)外的船東提供測(cè)試服務(wù),測(cè)試設(shè)備也由國(guó)外供應(yīng)商提供,為了達(dá)到國(guó)外其他拖曳水池的要求,水池實(shí)驗(yàn)室要求測(cè)試設(shè)備就地信號(hào)接地電阻值不大于0.5 Ω,故建議信號(hào)網(wǎng)接地電阻不應(yīng)大于0.2 Ω,且要求將信號(hào)電路接地體與建筑內(nèi)保護(hù)性接地體分開。

目前,國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范中各系統(tǒng)接地電阻均不大于1 Ω,精度要求特別高的實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求儀表信號(hào)接地電阻值不應(yīng)大于0.5 Ω,因此該工程接地電阻值的高要求增加了信號(hào)電路接地系統(tǒng)的難度。

3 信號(hào)接地系統(tǒng)方案

3.1 接地系統(tǒng)總體思路

拖曳水池接地系統(tǒng)將信號(hào)電路接地體與建筑物保護(hù)性接地體分開設(shè)置。建筑物的保護(hù)性接地為防雷及設(shè)備配電保護(hù)接地,利用建筑物的基礎(chǔ)鋼筋以及柱內(nèi)主筋沿建筑物外圈形成共用接地網(wǎng),接地電阻不大于1 Ω;如電阻值達(dá)不到要求,沿外圈增打接地極。

信號(hào)電路接地網(wǎng)采用銅排在水池基礎(chǔ)底部的土壤內(nèi)垂直打接地體,水平連接形成內(nèi)圈網(wǎng)格,接地引上線也采用銅排單獨(dú)明敷至水池側(cè)邊,與混凝土中的鋼筋絕緣。

水池底部基礎(chǔ)比建筑物基礎(chǔ)深,建筑物的保護(hù)性共用接地網(wǎng)只能形成外圈,中間不能形成網(wǎng)格,因此水池基礎(chǔ)周邊的信號(hào)電路接地網(wǎng)與保護(hù)性共用接地網(wǎng)沒有交叉,間距約有4 m,分隔二者的是基礎(chǔ)土壤和水化合物,可近似為是屏蔽的。

3.2 信號(hào)接地電阻值計(jì)算

要求接地電阻≤0.2 Ω,水池計(jì)算條件參數(shù):主邊緣閉合水平接地網(wǎng)長(zhǎng)為306 m,寬為18 m,深為3 m,土壤電阻率ρ=20 Ω·m。人工接地電阻為

式中:S——大于100 m2的閉合接地網(wǎng)的面積。

3.3 信號(hào)接地網(wǎng)做法

沿水池四周底板下設(shè)垂直段人工接地極,采用φ16銅包鋼接地棒,長(zhǎng)度為2.5 m,間隔為12 m,共52組;水池四周底板設(shè)閉合水平接地網(wǎng),采用40 mm×4 mm銅排,水平方向每隔24 m連通,并與垂直段人工接地極連接,形成環(huán)路作為共用接地體。信號(hào)接地網(wǎng)做法如圖1所示。

圖1 信號(hào)接地網(wǎng)做法 (mm)

3.4 信號(hào)接地聯(lián)結(jié)導(dǎo)體的做法

信號(hào)電路接地聯(lián)結(jié)導(dǎo)體引上線采用40 mm×4 mm銅排穿塑料管沿水池側(cè)壁垂直明敷,間隔24 m設(shè)一引上點(diǎn),水池側(cè)壁頂部以下1.5 m處沿四周設(shè)環(huán)形40 mm×4 mm銅排,作為聯(lián)結(jié)導(dǎo)體接地帶,聯(lián)結(jié)導(dǎo)體引上線與接地帶連接;通過獨(dú)立的聯(lián)結(jié)導(dǎo)體方式將信號(hào)電路接地系統(tǒng)與建筑物金屬材料中的磁干擾絕緣屏蔽。

聯(lián)結(jié)導(dǎo)體接地帶通過40 mm×4 mm銅排與水池頂部二側(cè)鋼軌道每隔24 m垂直聯(lián)通,將軌道做等電位聯(lián)結(jié)處理,消除拖曳小車沿軌道快速滑動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械摩擦干擾。

水池的電子測(cè)試設(shè)備安裝在拖曳小車上(拖曳小車動(dòng)態(tài)移動(dòng)),因此小車上測(cè)試設(shè)備的信號(hào)電路接地點(diǎn)通過滑觸線方式與聯(lián)結(jié)導(dǎo)體連接,滑觸線設(shè)在水池側(cè)壁頂部以下1 m處,單側(cè)布置;確保測(cè)試設(shè)備的信號(hào)電路接地點(diǎn)與配電系統(tǒng)的保護(hù)接地系統(tǒng)絕緣屏蔽。

為解決造波機(jī)模擬形成水池內(nèi)波浪沖擊而對(duì)水池內(nèi)的移動(dòng)式傳感器造成的流體干擾問題,施工時(shí)在水池內(nèi)壁水面下每隔12 m設(shè)1 m×1 m的鋁合金板(嵌在內(nèi)壁表面上),通過水池外側(cè)的聯(lián)結(jié)導(dǎo)體接地帶分別連通鋁合金板、小車上測(cè)試設(shè)備和水下的傳感器而形成等電位。

信號(hào)電路接地系統(tǒng)整體做法如圖2所示。

圖2 信號(hào)電路接地系統(tǒng)整體做法

4 信號(hào)接地系統(tǒng)的輔助措施

拖曳水池信號(hào)接地系統(tǒng)的范圍比較大,周邊環(huán)境復(fù)雜,在施工過程中需要采取一些輔助措施,以提高信號(hào)接地系統(tǒng)抗干擾性。

對(duì)于接地系統(tǒng),接地電阻越小越好。電流流過接地電阻時(shí)產(chǎn)生的電壓會(huì)帶來寄生電感和寄生電容,可能導(dǎo)致發(fā)生水平振蕩。為了降低接地電阻,施工方采用了三種方法:① 接地極選用導(dǎo)電性高的材質(zhì);② 將接地網(wǎng)內(nèi)的接地線、接地螺栓、接地極牢靠地連接,在接觸點(diǎn)采用熱熔的方式來保持良好的接觸效果,以減小接觸電阻;③ 增加接地極的表面積和降低土壤的電阻率(土壤中注入降阻劑)。

為了加強(qiáng)水池水平、垂直敷設(shè)的信號(hào)電路接

地聯(lián)結(jié)導(dǎo)體的抗干擾性,施工過程中采取了以下措施:

(1) 在敷設(shè)40 mm×4 mm銅排的塑料管內(nèi)加注填充劑,以屏蔽電磁傳導(dǎo)。

(2) 聯(lián)結(jié)導(dǎo)體的連接處采用熱熔方式以降低電阻,必須螺栓連接的,則增加軟片墊圈。

(3) 拖曳小車上測(cè)試設(shè)備的基礎(chǔ)采用非金屬材料,與小車的鋼平臺(tái)絕緣等屏蔽方法。

5 信號(hào)接地系統(tǒng)實(shí)際數(shù)據(jù)

2014年2月該拖曳水池項(xiàng)目完成了水池測(cè)試設(shè)備調(diào)試工作,電子測(cè)試設(shè)備信號(hào)基準(zhǔn)電位符合設(shè)備商標(biāo)準(zhǔn),小車上電子測(cè)試設(shè)備信號(hào)電路接地電阻測(cè)量值為0.39 Ω,信號(hào)電路基礎(chǔ)接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量值為0.18 Ω,上述結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文分析拖曳水池信號(hào)接地系統(tǒng),提供了較完整的信號(hào)電路接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工方案,以供設(shè)計(jì)人員在類似項(xiàng)目時(shí)參考。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)信號(hào)干擾源的認(rèn)識(shí)會(huì)不斷提高,信號(hào)電路接地系統(tǒng)也會(huì)相應(yīng)地不斷完善,從而達(dá)到真正的信號(hào)源零電位。

[1] JGJ 16—2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[3] GB 50065—2011 交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——電氣[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2009.

Analysis for Signal Grounding System of Towing Tank

ZHANGWei

(China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

The paper analyzed the design scheme of the signal grounding system for towing tank. and put forward the entirety signal earthing system scheme,which improves the standard potential of testing equipment signal. The testing equipment usually is in the moving state,so the signal circuit grounding uses the multipoint circular grounding mode. The testing results show that the scheme of signal grounding system improves the accuracy of signal benchmark potential to meet the design requirements,which the grounding resistance measuring value of signal circuit is 0.39 Ω and the grounding resistance measuring value of fundamental grounding grid is 0.18 Ω.

towing tank; signal circuit grounding; signal disturbing source; shared grounding body; bonding conductor

張 瑋(1974—),男,工程師,從事工業(yè)與民用建筑電氣設(shè)計(jì)方面的研究。

TU 856

A

1674-8417(2015)07-0055-03

2015-06-25