信息综合大楼防雷接地的种类及作用

2016-04-07张毅蒯翀杨冬磊上海市计量测试技术研究院

上海计量测试 2016年5期

张毅蒯翀杨冬磊 / 上海市计量测试技术研究院

信息综合大楼防雷接地的种类及作用

张毅蒯翀杨冬磊 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

接地按种类分有防雷接地、保护接地、工作接地、防静电接地和屏蔽接地等。信息综合大楼的接地种类最为复杂。在信息综合大楼中，为防止杂散分布电容耦合、静电及冲击电流的影响，保证信息综合大楼稳定可靠工作，保证操作人员安全，建立一个良好的接地系统是十分必要的。GB 50174-93《电子计算机房设计规范》中规定：交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷保护接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定。信息综合大楼内的接地一般包括工作接地和保护接地。工作接地分为直流工作接地和交流工作接地。直流工作接地有悬浮接地、直接接地、串联接地、并联接地、网络接地、数字地和模拟地。保护接地分为防雷保护接地和安全保护接地。安全保护接地有屏蔽接地和静电接地。

1 信息综合大楼接地种类及作用

下面针对上述的各种接地方式依次进行分析。

1.1 工作接地

1.1.1 直流工作接地

直流地是指信息综合大楼中直流电源的地线，就是计算机本身的逻辑参考地，即信息综合大楼中数字电路的等电位地，放大器采样/保持器以及A/D转换器输入信号的零电位（称为模拟地）；传感器的地（称为信号地），目的是保证控制系统电路工作时有一个统一的基准电位，不致因零电位浮动而引起信号误差。在具备统一的基准电位时，还可防止外界电磁场干扰。这个基准电位点或面对整个系统来说是一个参考面，不一定就是大地零电位，本身可能带电，因此等电位点又称工作地。这个工作地只是用来描述具有零伏电位的有关系统接到基准点、线或平面上。由于零电流接地故障和短路电流的短时出现，该零伏电位基准点、线或平面对远处的大地来讲，可能具有很高的电位，但对有关系统来说仍然是零伏电位。

1.1.2 悬浮接地

当该工作地不直接接地时，称为悬浮接地。当工作地与大地之间的绝缘电阻值大于1 MΩ时，可以认为直流工作接地是悬浮的。悬浮接地的优点是，可以避免电路之间产生导电性电磁干扰而引起地环路和电气噪声。悬浮接地适用于杂散分布电容耦合通路可忽略不计和频率较低的情况。

1.1.3 直接接地

当该工作地经一低阻抗通路接至大地时，称为直接接地。当悬浮接地不满足上述条件时，就必须采用其他接地形式，通常采用直流直接接地的做法。直流地的接地电阻原则上越小越好，就目前国内外生产的计算机看，一般小于1 Ω。主要有三种处理方法：（1）串联接地：将信息综合大楼中各设备的直流工作接地以串联的方式接至直流地母线上。（2）并联接地：将信息综合大楼中各设备的直流地并联接至直流地母线上。（3）网络接地：利用一定面积的铜排在活动地板下组成铜排网络。为了保证绝缘，铜排网下需垫2～3 mm厚的绝缘橡皮或其他绝缘物体。各设备的直流工作接地接至网络，同时网络与接地体相连。当网络边长等于30 MHz电磁波的波长，0.5 m时，对从直流到30 MHz的所有频率，在接地网上任何两点之间几乎没有电位差。以上三种接地方式的采用，应根据机房面积、计算机的工作性质、干扰源的情况和计算机厂家安装要求等实际情况综合加以确定。

1.1.4 数字地和模拟地

在信息综合大楼中，数字地和模拟地都是直流工作地，但在系统内部必须分别接地。即使同一芯片上有两种地也要分别进行接地，然后仅在一点处把两种地连接起来。否则，数字电路通过模拟电路的地线再返回到数字电路将会对模拟信号产生影响。

1.1.5 交流工作接地

交流工作接地又称功率地，是控制系统中交流电源及交流大电流电路的接地，其性质和电力系统中是一样的。实际上就是低压电力系统中的交流电力变压器地，属于大电流系统的地，这样做的目的只有一个：安全。这个地有两个作用：（1）通过低阻抗导体把所有设备连接在一起，并把这个系统接到接地装置上去，于是，所有设备具有同样的电位，且此电位是地电位。这样即使在故障状态下，任何两个暴露的非带电金属之间或非带电金属与地之间都不存在不安全的电位差。（2）设备接地为故障电流提供了一条安全的低阻抗返回通路，可以让过电流装置快速切除故障，使损坏减至最小。同时，又保证电路的干扰信号泄漏到大地中，不致干扰灵敏的信号电路或测量回路。对于直流地来说它是噪声地。我国通用电气规程规定：交流工作地的接地电阻应小于4 Ω。

1.2 保护接地

保护接地的作用是，避免操作人员因电子设备的绝缘损坏或下降时遭受触电的危险，并保证设备的安全。

1.2.1 安全保护接地

安全保护接地简称安全地。电力设备的金属外壳由于进线电源绝缘被损坏有可能带上危险相电压。为了防止这种危险电压危及人身和设备安全，将正常工作时不带电的金属外壳如机柜外壳、元件外壳等接地。其优点：机壳接地可使高频干扰电压形成低阻抗通路，防止其对电子电路的干扰。根据我国供电接线方式、特点的不同，安全性接地有五种形式：tn-c系统、tn-s系统、tn-c-s系统、it系统、tt系统。目前国内外的计算机安全接地多采用tn-s系统和tt系统方式。安全保护接地电阻应小于4 Ω。

1.2.1.1 静电接地

静电接地是为了消除计算机系统运行过程中产生的静电电荷而设的一种接地。由于机房内的湿度一般不低于50%，且机房内大都采用抗静电活动地板，产生静电的可能性较小，因而，通常可不设此接地。其接地电阻一般应小于10 Ω。

1.2.1.2 屏蔽接地

屏蔽接地多用于通讯系统，即将设备屏蔽体和大地之间用低阻导线连接起来，为高频干扰信号提供电气通路，其作用有两点：

1）防止计算机处理的信息被窃取；

2）防止外界电磁场干扰计算机系统的正常运行。其接地电阻一般应小于2 Ω。屏蔽接地已包含在计算机机壳的安全保护接地内，设计时一般不再另设。

1.2.2 防雷保护接地

防雷保护接地应实施等电位联结及共用接地系统。电子信息设备各个部位的工作是通过微电位或者是微电流来进行的，在其进行工作的过程中极其容易受到静电及其他电场的干扰，从而导致设备运行的遇阻。而等电位联结及共用接地系统则可以通过避免信号接地的闭合回路形成，减少共模形态杂信号的产生，从而消除静电及电场干扰。首先，将信息设备所有的外漏导电部位建立等电位的联结网络，或者使用S 型单点接地，或者使用M 型多点接地，总之要发挥等电位联结对于接地系统的优势。再者，工作人员还要将铜质的等电位联结线与PE 线压接在一起，避免产生过多的电阻，不利于雷电的疏散。

2 计算机接地系统的接地方式及作用

此处的接地系统是指信息综合大楼的交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地、防雷保护接地与大地之间的关系。接地系统的接地方式可分为两类：独立接地和共用接地。下面分别加以论述。

2.1 独立接地

每种接地分别接到独立的接地装置，其中部分接地通过接地母线相连分别接至独立的接地装置。由于独立接地表面看上去较完美，但在实际工程中投资高，施工困难，除非在特定条件下非这样做不可时才采用这种接地系统。

1）直流工作接地悬浮时诸地间的关系：当信息综合大楼的直流地悬浮时，除防雷接地外其他诸地可分别接在同一母线上再接至接地装置。为了防止反击现象，要求接地装置与防雷接地装置的距离大于5 m。

2）直流直接接地时诸地间的关系：（1）直流地和防雷地各自独立，安全地和交流地共用一个接地装置。但是施工中这三个接地装置真正做到电气上的相互独立是难以实现的；（2）直流地、交流地和安全地共用一个接地装置，防雷地为单独接地装置。其优点：施工方便、投资少，目前的工程实践中采用较多，但必须满足两个接地装置之间距离大于5 m的要求；（3）计算机直流地和安全地共用一个接地装置，其他动力设备与计算机设备的交流地共用一个接地装置，防雷地为单独接地装置。其优点：可避免非计算机系统的动力设备对计算机的交流信号干扰。要求三个独立接地装置相互间距离应大于5 m。

2.2 共用接地

从电气安全的观点看，最经济实用的措施是采用等电位联结，而总等电位联结实际上就是共用接地，即将一幢建筑物的各种接地装置共同连接到一个接地装置上。否则，当防雷装置遭雷击时其电位升高（最高可达百万伏级），使人身遭受电击或引发火灾、损环设备等事故的概率远远高于采用共用接地的情况。另外，当220/380 V系统发生相线设备外壳的接地故障时，而保护开关未能及时跳开故障点，势必在接地的电气装置外露可导电部分与其他独立接地的金属体之间存在很高的危险电压。共用接地在施工中应该注意：各种接地在采用单点或多点接地时共用一个接地装置，但不能随意连接。正确的连接方法是：各设备或箱柜中的各种接地分别接至各自的接地母线上，然后将这些母线分别接到接地装置上。在这之前设备的接地分支线和接地母线应严格绝缘。共用接地的连接形式分三种：（1）单点接地：电路中某一点被定义为零电位基准点，信息综合大楼中所有零电位接地点都直接接到它上面。当系统有多台箱柜时，每一个箱柜及其电子电路的接地可以与其他箱柜分开，各箱柜的接地仅在整个系统的接地基准点连接。其优点：消除了公共阻抗耦合和低频接地环路，使其工作于小于1 MHz的频率；（2）多点接地：每一接地以最短连线连到零伏电位接地基准平面上，使接地线的申联电阻和驻波效应减到最小。这个基准面可以是一台设备的外壳，当采用多台设备时也可以是布遍整个系统的接地网（线）。其优点：可应用于频率大于（等于）10 MHz的高频电路，施工时接地连接比单点接地易实现，而且高频下驻波效应可减至最小；（3）混合接地：多点和单点接地同时存在的接地方式。其特点：这种接地系统结构比较简单，施工较容易，但该系统不够安全，故国内外很少采用这种接地系统。