秦晓飞 徐相杰 任桂池
天津航天长征火箭制造有限公司 天津市 300462
摘要:在运载火箭装配过程中，如何防止静电产生的危害是特别重要的一项工作。静电的产生会直接影响仪器设备安全或产品的性能特性。结合新一代运载火箭防静电技术要求，通过实践工作经验总结出新一代运载火箭装配中的接地和静电防护的一些注意事项。
关键词：接地 静电危害 静电防护 运载火箭装配
引言
运载火箭装配中接地的种类多、接地要求严格使得工程技术人员在装配过程中对接地的问题十分重视，尤其是在新一代运载火箭防静电方面显得更加重要。本文通过对运载火箭装配过程中的接地问题进行阐述，结合静电防护要求提出了新一代运载火箭装配中接地及静电防护的注意事项，为新一代运载火箭装配静电防护提供了参考。
1接地原理、分类及作用
1.1接地原理
接地一般是指电子设备的外漏、电力系统以及电气设备的某些部分通过导体与大地相连。通过接地使得“地”作为电路或系统基准的等电位点或平面，但接地也有设备内部的信号接地和设备接入大地两种[1]。
无论是什么样的接地必须要有一个接地网支撑，也就是设施接地网。设施接地网又叫接地体系统，它是为各种电源、通讯以及其他设备提供到大地的阻抗通路的导电网，是整个设施的近似于大地的参考点，即导体或者导电元器件的电气互联系统。主要由接地极分系统（地网）、雷电保护分系统、设备故障保护分系统（保护地、设施地）、信号参考地分系统（工艺地、信号地、技术地）四部分组成。
1.2接地分类
一般电气接地按照作用可以分为保护性接地和功能性接地。保护性接地主要有保护接地、防雷接地、防静电接地和防电蚀接地。功能性接地主要有工作接地、逻辑接地、屏蔽接地以及信号接地[1]。
1.2.1保护性接地
防电击接地：为防止电气设备绝缘损坏或产生漏电电流，使得平时不带电的外漏导电部分带电而导致电击，将设备的外漏导电部分接地。
防雷接地：把雷电导入大地，防止雷电电流使得人生受到电击或者财产受到破坏。
防静电接地：将静电荷引入大地，防止静电集聚对人体和设备造成危害。
防电蚀接地：地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。
1.2.2功能性接地
工作接地：为了保证电力系统正常运行，防止系统振荡，保证继电保护的可靠性，在交直流电力系统的适当地方进行接地。交流电一般为中性点接地，直流电一般为中点接地。将除电子设备系统外的交直流接地称为功率地[1]。
逻辑接地：为了确保参考电位的稳定，将电子设备中的适当金属件作为“逻辑地”，一般采用金属底板作为逻辑地。逻辑接地及其他模拟信号系统的接地统称为直流地。
屏蔽接地：将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，也可减少电子设备产生的干扰对其他电子设备的影响。
信号接地：为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，如检测漏电电流的接地，阻抗测量电桥和电晕放电损耗测量等电气测量的接地。
1.3接地目的
接地的目的主要有两个，首先可以为设备的操作人员提供安全保障，其次防止损坏和提高设备的稳定性。
1.3.1对人员的保护
良好的接地能够有效保护现场操作人员的安全，可以将有可能带电的金属外壳的电流引入大地中，以避免人员接触发生触电事故，同时可以将操作人员身上的高压静电泄放到大地中，防止操作人员带电操作击穿运载火箭元器件。
1.3.2对产品的保护
良好的接地能够有效防止漏电、击穿以及雷电对运载火箭的损害、也能够有效抵抗静电干扰以及作为零电位的参考点。避免箭上或者地面电气设备发生漏电时损害产品；避免外部引入的瞬时高压或电流进入到电气线路中，击穿敏感元器件；避免外部大功率设备对敏感设备的电磁干扰，导致运载火箭箭上系统测试时产生的数据错误。
2静电的产生及危害
2.1静电的产生
从微观上说，静电是由原子外层的电子受到各种外力的影响发生转移，分别形成正负离子造成的，是一种暂时处于静止状态的电荷。宏观来看，作为大自然中的一种现象，在我们的日常生活中无处不在，我们穿着腈纶织物衣服行走摩擦会产生静电，我们用塑料签字笔写字会产生静电，我们在总装过程中交换工具，手指刚接触到对方时会感到指尖有针刺般感觉，这也是静电；厂房干燥，在铁轨上推动箭体、使用工具安装零部件，拉门把手，开水龙头等等都会产生静电，所以静电的产生和物体间的摩擦、环境的温湿度都有着密切的关系，它在自然界中大量的存在。
2.2静电对运载火箭总装的危害
了解静电的产生后就要明白静电所带来的危害，在运载火箭总装过程中，静电的危害可以归结为两种。第一种是静电放电造成的危害，使电子设备发生故障或产生错误动作、造成电磁干扰；击穿集成电路和精密仪器仪表，导致仪器仪表损坏或者失灵；也可能促使元器件老化，降低生产成品率。在火箭燃料、火工品等易燃易爆的储存、运输、使用过程中，或粉尘、油污浓度高的场所极易引起爆炸和火灾。如果防护不当可能一个极端微弱的静电放电就可能击穿元器件，造成短路或者仪器仪表失灵，使元器件报废，或者引爆一定浓度的液氢燃料或者火工品，造成灾难性事故。例如在1969年年底，荷兰、挪威、英国三艘20万吨级的超级油轮在洗舱时因为静电导致油轮相继发生爆炸。
第二种是静电引力造成的，静电引力吸附尘土后污染集成电路和半导体元器件，使管路、精密仪器产生多余物，影响产品正常性能，从而导致运载火箭在飞行过程中发生故障。
在运载火箭装配的过程中，对于静电的防护十分重要，众所周知，静电电荷的形成不可能完全消除，但是通过一定的方法我们可以对其进行限制并控制在一定的范围内。
3运载火箭装配中接地和静电防护要求
运载火箭装配对接地有着十分严格的标准，除独立避雷针系统外，厂房内地面设施电源零线、保护地、信号地、防雷接地等均应接与同一接地网上，同时一定是同一地网的不同地点上，零线、保护地、信号地在入地网前应相互绝缘，绝缘电阻不得小于1MΩ，按照GJB1696-1993的规定，分别设置静电接地、防雷接地、保护地接和信号接地，每个接地系统有独立的标识。对不同的接地系统定期进行电阻测量，防雷接地一般不大于10Ω，防静电接地、技术地、保护地不大于4Ω。专用接地线或多股裸铜线与接地端子连接可靠，导通良好[2]。
图1接地连接点符号式样
厂房的地面必须采用防静电地板，架车轨道也需要接地，且与厂房外的轨道连接部位必须进行绝缘处理，厂房内所有电气设备、吊车吊钩应可靠接地，操作区域应设置静电释放装置，操作人员应穿防静电工作服、工作鞋，戴防静电工作帽，操作前还需要释放人体静电。对于火工品操作接地应该与防雷接地分开，操作人员除上述防护外还需戴防静电手坏，并在专用的防爆厂房进行操作。操作工作台需防静电且可靠接地。
图2防静电工作台
地网引出的接地线截面积最小不应该小于95mm2，并且随着长度的增加截面积应适当增加。接地的电阻一般需要小于10Ω（小型火箭发射场或用电设备总容量高于100KVA），4Ω（中型火箭发射场或用电设备总容量低于100KVA），1Ω（大型火箭发射场）[3]。接地主要有技术接地、保护地要求和防静电接地要求。
3.1技术接地及要求
技术接地是指运载火箭测试过程中电子设备的接地，是为了使系统以及与之相连的电子设备均能可靠运行，并保证测量和控制精度而设置的接地。电子系统中的接地，是使具有零伏电位的有关电路接到一个作为零伏电位基准的等电位面上，从而消除各电路流经一个公共地线的阻抗时耦合产生的干扰。
3.1.1技术接地要求
工艺地线各保护地线分别接到地网，运载火箭装配区域配置的保护地、技术地（信号地、工艺地）必须进行隔离，工艺地线对接地网的电阻不大于1Ω。信号地为低压电子线路提供公共地电位，是根据ENC仪器要求设计，必修配置专用接地点。为避免运载火箭各箭上系统因共用信号地线而引起干扰，可以为各系统单独直接从地网引入1根或者多根地线作为信号地线供各系统使用，要注意各信号地与保护地、零线地间应相互绝缘，该地线可以直接从接地铜板或者端子箱引出，但要注意接地线一定要尽量短、粗。技术接地和防雷接地需要分开，分别设立独立的接地极。信号地线过长引入辐射干扰时，可以用屏蔽电缆芯线作为信号地线用。信号地在有故障的情况下不得流有市电，信号地与零线应用绝缘导线分别与地网相连。
3.2保护接地及要求
保护性接地是在运载火箭装配中用于测试的设备（多为金属外壳设备）、箭体电动滚转架车、天车等发生接地故障时，防止引起操作人员触电危险和运载火箭受电击的危险。
3.2.1保护接地要求
厂房内装配区与的轨道、支架、吊车等金属构件与设备金属外壳等均应接入保护地。保护地和信号地在正常情况下均不可以流电流。保护地作用为对直接使用的市电仪器提供安全保护，由配电插座上的接地孔和接地柱提供。应从地网直接引入保护地的方法以获得干净的保护地。保护地应由三相五芯或单相三芯的PE孔提供。保护地、零线、火线应在同一根电缆内以规定的颜色严格区别后引入配电盘。中性线与专用保护线上不得装设熔断器。接地形式有TN-S系统或者TN
-C-S，插座形式有单相三孔、三相五孔、三相四孔和TN-S系统的专用保护线可以是裸露导体接金属外壳，但中性线必须与大地绝缘，采用绝缘导线，两者除中性点连在一体外，引线必须分开。中性线不得作为保护地使用。
3.3防静电接地及要求
在运载火箭装配过程中，静电造成的危害是多方面的。首先，装配过程中所使用的设备及仪器对静电比较敏感，静电会影响其正常工作甚至出现错误；其次，静电产生的高压会引起人身触电；另外，静电严重时可能会引起火花放电，甚至会造成火灾爆炸事故。因此静电接地就是释放静电电压，消除静电对运载火箭以及人员所产生的危害。
3.3.1防静电接地要求
运载火箭装配区入口应配备防静电释放装置，装配区应铺设防静电地板，个别火工品操作区的配电、照明、起重设备等应根据场所的危险等级选择电气设备、操作区地面、轨道与箭体连接的各种管线均应做防静电处理。操作区箭体静电地应独立可靠接地，不应该按在电源零线上，不应与防雷地线共用。接地电阻一般不应大于4Ω，电阻值在1X10~1X10?Ω之间[4]。一般情况静电地可直接使用保护地，在操作人员可能接触的交流220V或电子仪器内部电路的场合，应将保护地串入1MΩ电阻后作为静电地使用，在操作人员接触不到的交流220V或电子仪器内部电路的场合，可以将保护地直接作为静电地使用。
4总结
随着科技的发展，现代运载火箭装配中电子设备越来越先进，对静电防护的要求也越来越高，因此在装配过程中操作人员能够严格按照要求执行静电防护是十分重要的，通过对接地的基本知识进行介绍和对运载火箭装配中的静电防护进行分析，为新一代运载火箭装配操作人员防静电起一定的参考作用。
参考文献：
[1]袁亚飞.防静电工程.[M]北京：电子工业出版社，2018.9:12-16
[2]GB/T15463-2008《静电安全术语》[R]2008.1-5
[3]GB/T32304-2015《航天电子产品静电防护要求》[R]2015.2-3
[4]GJB3007A-2009《防静电工作区技术要求》[R]2009.2-4