接地回路問題在HVAC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中可能是一個真正的麻煩，因為它們很難被發(fā)現(xiàn)。大多數(shù)情況下，它們不會造成傷害，但它們可能會在安裝多年后造成不可預(yù)測的問題！

什么是接地回路？

當兩個或多個設(shè)備上的“接地”端子之間有多個導電路徑時，就會形成接地回路。導電環(huán)形成一個大的環(huán)形天線，很容易拾取干擾電流。環(huán)路越大，干擾越大;如果您使用建筑物的鋼框架作為地面，那么環(huán)路可以與整個建筑物一樣大。接地線中的電阻將干擾電流轉(zhuǎn)化為接地系統(tǒng)中的電壓波動。接地不再穩(wěn)定;因此，您嘗試測量的以該接地為參考的信號也是不穩(wěn)定和不準確的。

理想的接地

技術(shù)學校和工程學院教授的一個普遍概念是，“接地”始終為零伏，可以無限吸收電流并立即無害地耗散電流。然而，完美的接地是實驗室的抽象，在現(xiàn)實世界中并不存在。

實際接地是導體，因此所有接地點之間都有一定的電流阻力。這種電阻會隨著濕度、溫度、連接設(shè)備和許多其他變量而變化。電阻總是允許電壓存在于其兩端。大電流通過接地會導致接地導體中的電壓下降，并且需要時間才能消散。

密歇根州立大學農(nóng)業(yè)工程系測量了電力服務(wù)入口處的接地電阻，發(fā)現(xiàn)建筑場地可能變化高達2伏。事實上，對于 120VAC 電路，國家電氣規(guī)范 （NEC） 允許接地變化高達 2.5% 的分支電路電壓或 3 伏 RMS（有關(guān)密歇根州立大學研究和 NEC 規(guī)范的更多信息，請參閱下面的“參考資料”）。

了解現(xiàn)實世界中不存在完美的接地是在發(fā)生接地環(huán)路干擾時對其進行校正的第一步。如果您還記得建筑物中的每個接地都處于不同的任意“零”電位，那么您可以設(shè)計適當?shù)慕拥叵到y(tǒng)。

如果理由如此有缺陷，為什么還要有理由呢？

需要理由有兩個原因，安全和安全。

第一個安全問題是NEC第250條規(guī)定，降壓配電變壓器的隔離次級應(yīng)在建筑物電源入口處地。地面是一根銅棒，至少打入地下 8 英尺。NEC要求鋼結(jié)構(gòu)框架，水管和其他主要金屬物體連接到建筑物入口地面。如果電線的絕緣層破裂或電線無意中松動并接觸金屬物體，則大故障電流從配電變壓器流向地面。這些過大的電流會斷開保險絲和斷路器，防止設(shè)備處于比附近水槽或建筑結(jié)構(gòu)更高的電位。

如果配電盤中的接地連接因任何原因斷開，則變壓器上的建筑物電源入口接地可確保過多的故障電流流動，斷開保險絲和斷路器。保護建筑物免受火災(zāi)和居住者免受觸電是配電接地系統(tǒng)的主要功能。

第二個安全問題是將設(shè)備保持在正常工作電壓范圍內(nèi)。大多數(shù)現(xiàn)代直接數(shù)字控制器 （DDC） 無需接地即可正常運行。唯一的問題是，由于絕緣泄漏，非接地設(shè)備可能會積聚大量的靜電荷。第一個出現(xiàn)并觸摸設(shè)備的人會受到非常討厭的電擊。如果靜電荷足夠高，它將以較低的電位放電到最近的導體。瞬時放電電流可以達到數(shù)千安培，并破壞系統(tǒng)的電子元件。將系統(tǒng)接地可使電荷消散而不會損壞。

接地環(huán)路的信號干擾

接地環(huán)路允許電和磁干擾產(chǎn)生噪聲電壓源。這些電壓源增加了被測信號，與正確的信號無法區(qū)分。控制器不知道它正在讀取不正確的值，因此執(zhí)行不正確的控制操作。這可能會導致居住者不舒服的條件。它還會使機械設(shè)備振蕩，導致設(shè)備過早磨損。

磁感應(yīng)的信號干擾

這些噪聲問題的主要來源是磁感應(yīng)和接地不平衡。

如果存在磁場，任何導電材料環(huán)路都會形成單匝變壓器，并且在使用交流電壓的任何地方都可能存在磁場。磁場是由沿電線流下的交流電壓、電機或熒光燈產(chǎn)生的。在非常低電平的電路中，在地球磁場中移動的懸空電線甚至會引起問題。磁場使電流在導電材料的回路中流動，回路的電阻從該電流中產(chǎn)生電壓。

磁場越強，或者磁場的頻率越高，流動的電流就越大。歐姆定律指出，電流乘以電阻等于電壓。所以電流越大，電壓噪聲源越大。

下圖左側(cè)顯示了磁場影響下的接地回路。磁場導致電流在接地回路中流動。環(huán)路的電阻將電流轉(zhuǎn)換為控制器的接地輸入和傳感器的接地端子之間的電壓源，如下圖所示。

磁場中的接地回路（左上）以及傳感器電壓和接地回路電壓（右上）

接地不平衡引起的信號干擾

建筑物的電氣負載可能會有所不同，從而將不同的電流放入地面系統(tǒng)。如果接地系統(tǒng)中流過大電流，并且將傳感器放置在接地回路的電路中，則兩個接地點之間的電壓差將添加到信號中。
下圖左圖顯示了向接地系統(tǒng)注入電流的故障電流源。如果像密歇根州立大學的研究一樣，整個地面系統(tǒng)的電壓是兩伏，那么傳感器的信號中就會增加一個兩伏的故障電壓，如下圖所示。

密歇根州立大學研究和NEC代碼

密歇根州立大學農(nóng)業(yè)工程系測量了電力服務(wù)入口處的接地電阻，發(fā)現(xiàn)：“如果將服務(wù)面板接地棒打入 8 英尺長的潮濕土壤中，而不是真正的沙質(zhì)，則該接地棒與地球之間的電阻可能低至 20 歐姆。假設(shè)當建筑物中用電時，十分之一安培的零線電流在接地棒上流向大地。稱為歐姆定律的基本電定律指出，電流乘以電阻是電壓。將接地棒電流（0.1 安培）和接地棒電阻（20 歐姆）相乘得到 2 伏。如果電壓表的一個探頭接觸接地棒，電壓表的另一個探頭被推入離接地棒盡可能遠的引線到達的地球，則電壓表將讀取大約 2 伏。