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接地的分类和目的

信息来源:gkong.biz  时间:2008-07-08  浏览次数:103

  接地的作用总的步说可以分为有两个:保护人员和设备不受损害叫保护接地;保障设备的正常运行的叫工作接地。这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求,并不表示每种“地”都需要独立开来。相反,除了有地电信号抗干扰、设备本身专门要求等特殊原因之外,我们提倡尽量采用联合接地的方案。
  1、保护接地
  防雷接地是受到雷电袭击(直击、感应或线路引入)时,为防止造成损害的接地系统。常有信号(弱电)防雷地和电源(强电)防雷地之分,区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同,而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上,和电源防雷地分开建设。
  机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接,以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电(380、220或11OV),通常情况下机壳等是不带电的,当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时,这些金属部件或外壳就形成了带电体,如果没有很好的接地,那么这带电体和地之间就有很高的电位差,如果人不小心触到这些带电体,那么就会通过人身形成通路,产生危险。因此,必须将金属外壳和地之间作很好的连接,使机壳和地等电位。此外,保护接地还可以防止静电的积聚。
  2、工作接地
  工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地,在石化和其它防爆系统中还有本安接地。
  机器逻辑地,也叫主机电源地,是计算机内部的逻辑电平负端公共地,也是+5V等电源的输出地。
  信号回路接地,如各变送器的负端接地,开关量信号的负端接地等。
  屏蔽接地(模人信号的屏蔽层的接地)。
  本安接地,是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外,还有使仪表和
  系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同,下面以齐纳式安 全栅为例,说明其接地内容。
  安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路,则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用,会将导线上的电流限制在安全范围内,使现场端不至于产生很高的温度,引起燃烧。第二种情况,如果计算机一端产生故障,则高压电信号加入了信号回路,则由于齐纳二级的嵌位作用,也使电压位于安全范围。
  值得提醒的是,由于齐纳安全栅的引入,使得信号回路上的电阻增大了许多,因此,在设计输出回路的负载能力时,除了要考虑真正的负载要求以外,还要充分考虑安全栅的电阻,留有余地。
  除了上述几种接地外,在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地,也叫交流电源工作地,它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地)。
  现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源,主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响,采用接地措施,常用的接地方式有两种,现分别讨论如下:
  2.2.1 分散接地方式
  分散接地就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统,由于地线系统不断增多,地线间潜在的耦合影响往往难以避免,分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加,其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中,容易形成地下反击,损坏其他设备。
  2.2.2 联合接地方式
  联合接地方式也称单点接地方式,即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点:
  (1)整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体,对于直击雷,楼内同一层各点位比较均匀;对于感应雷,笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供10-40dB的屏蔽效果;
  (2)一般联合接地方式接地电阻非常小,不存在各种接地体之间的耦合影响,有利于减少干扰;
  (3)可以节省金属材料,占地少。
  由上不难看出,采用联合接地方式可以有效抑制外部高压输电线路的干扰。
  防静电接地的接地线应串联一个1兆欧的限流电阻,即通过限流电阻与接地装置相连。接地电阻不是越小越好吗?为何还要串电阻?
  计算机接地是以接地电流易于流动为目标,要求接地电阻越小越好。计算中心的接地应尽量减少噪音引起的电位变动,同时应注意信号电路与电源电路、高电平电路与低电平电路不能使用同一共地回路。对传输带宽要求较高的网络布线,应采用隔离式屏蔽接地,以防止静电感应产生干扰。在设计上力求简单、经济和实效接地如能和屏蔽有效地结合起来,将能更好地解决干扰,抑制噪音。
  1 直流地
  计算机机房的直流地是系统中所有逻辑电路的共同参考点,设计直流地应考虑两个方面:
  ? 消除各电路电流流向一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压;
  ? 避免受磁场和地电位差的影响,不让其形成回路;如果接地方式或接法不妥当将会形成噪声耦合。
  1.1 直流地接法分类
  计算机系统的直流地是数字电路的基准电位,不一定是大地电位,如该地线经一低阻通路接至大地,则该地线的电位可认为是大地电位,被称为接大地。在计算机术语中人们常常把计算机设备直流地的接地形式称为计算机的接地。从目前的接法及形式看,与大地的接法不外乎两种:一是直流地悬浮;二是直流地接大地。
  (1)直流地悬浮
  直流地悬浮就是直流地不接大地,与地严格绝缘,要求对地电阻的大小一般在1MΩ以上。那么直流地为什么要悬空?因为如果数字电路的直流地与交流地接在一起,有可能引入交流电力网电压的干扰,为了防止这种干扰需要把交流地和直流地严格地分开。直流地悬浮的缺点是由于交流电电网的中线一般接地(接大地)这就等于把数字电路的直流地也接大地,这样容易形成漏电,使交流与直流两者之间形成电流回流,还可能因直流地悬浮使这些设备带有瞬态电压,通过相互间连线的电容耦合去干扰邻近设备,万一发生交流火线与机柜相碰现象,就
  会使机柜带有很高的交流电压,如果机柜无安全地,大量的静电荷无处可去,淤积到机柜外壳上,使静电荷越积越多,影响机器的稳定运行,遇雷雨季节而避雷设备又不完善时,会遭雷击的危害。
  (2)直流地接大地
  直流地接大地就是将计算机机房中数字电路的等位地与大地相接,为了取得一定的公共电位,以减少电路的耦合,降低干扰影响,减少电气元件的电腐蚀和因线路对地绝缘不良而产生的串音等现象,一般接地电阻应<4Ω。直流地接大地方式克服了直流地悬空所带来的问题,笔者建议在计算机局域网机房系统中采用直流地接大地的做法。由于直流地与机柜外壳是分开的,因此机柜外壳接大地为高频干扰提供了低阻通路,对防止高频干扰和防止静电也起到一定的保护作用。
  1.2 直流地的具体接法
  在直流地的接法上可以分为3种类型:串联接地、并联接地和网状接地。
  (1)串联接地
  机房中设备直流地线以串联的方式接在直流地的铜皮上,此种接法虽然个别处电位有差异,但由于电阻非常小,所以在简单的接地系统中应用较多。其缺点是在要求较高配置时,从防止噪声的角度来看,因串联接地,各串联的电阻使得各点电位产生偏差,容易产生噪声。
  (2)并联接地
  此方法中各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关,各点间的电位差较平衡,可获得较好的低频接地,因此应用得较多。由于计算机的直流电压较低,各机架之间的地电流不容易形成耦合,但这种连接方式需要很多根地线,布线较繁杂。
  (3)网状地
  在大型机房中,对地要求相对严格,目前广泛使用网状地线作为直流地,称为网状地。直流网状地是用一定截面积的铜带在活动地板下面交叉排列成600mm×600mm的方格,其交叉点与活动地板支撑点的位置交错排列,脚点处用锡焊焊接或压接在一起。为了使直流网状地和大地绝缘,在铜带下面应垫2~3mm厚的绝缘胶皮或聚氯乙烯板等绝缘材料,要求对地电阻在10MΩ以上。直流网状地系统不仅有助于更好地保证逻辑电路电位参考点的一致,而且大大提高了机器内部和外部抗干扰能力。但是网状地系统比较庞大,施工复杂,且费用较高,因而只适用在大型计算机机房中应用。
  2 交流工作地、安全保护地和避雷地
  (1)交流工作地
  在计算机系统中,除了使用直流电器设备外,还大量配备和使用交流电器设备。交流工作接地就是把计算机系统中使用交流电的设备做2次接地或经特殊设备与大地作金属连接,其作用是确保人身和设备安全。交流工作地的实施可分为计
  算机系统使用的交流设备和计算机系统配套的交流设备两种情况,应各自独立地按电器标准规定接地,以防止因绝缘损坏而发生触电危险。
  (2)安全保护地
  把与电器设备带电部分相绝缘的金属外壳或机架同地之间做良好的接地称为安全保护地。若机壳不接地则机壳带有较高电位,人体接触后就有触电的危险,当绝缘被击穿时,接地短路电流将沿着接地线和人体两条通路同时流入大地。通常计算机机房使用的交流设备的机壳(如:空调机、稳频稳压装置、变压器、UPS备份电源等设备的外壳)也应按有关电器规范进行接地处理。
  (3)避雷地
  防雷保护地主要是用来向大地引泄雷电流的,目的在于保护人员和建筑物的安全。防雷保护地与计算机中心建筑物采用的避雷措施有关,由于雷电流产生的电磁感应现象,造成巨大的电磁场,对计算机中心及相关设备具有极大的破坏作用,要求防雷地线装置与所有其他电器设备之间保持足够的距离。因此防雷保护措施是不可忽视的。在1997年夏季的一次雷雨天气,国航内蒙古分公司因未完善避雷装置,致使网络瘫痪、设备损坏,造成直接经济损失。因此建筑物避雷设施必须严格遵循防雷设施的规定,按标准进行施工,每年至少要检测一次避雷接地
  桩的良好程度。
  3 计算机中心的各类设备接地之间的关系
  计算机中心的各类设备接地之间的关系实际上就是直流地与其他地间的相互关系,计算机直流地的接地电阻的大小、接法及与诸地之间的相互关系是以不同的设计要求而定的。
  (1)直流地悬浮时与诸地的关系
  在直流地悬浮的系统中,其他诸地可以分别接地,也可接在一起。
  (2)直流地接大地时与诸地的关系
  在直流地接大地系统中,由于各计算机系统的要求不同,因此其直流地与其他诸地的关系有很大的不同,大体上有以下几种接法。
  a)直流地、安全地、交流地和避雷地分别接入不同的地桩。此种接法看来似乎各地相互之间没有关系,不产生任何影响,而且单个地桩的造价便宜,但实际上这种方法不但复杂、造价昂贵,而且诸地之间难以达到相对隔离的要求,因此易对直流系统产生冲击,影响设备的可靠性。
  b)直流地、避雷地各自接地,安全地和交流地共用一个地桩。情况基本同a)。
  c)机房的直流地、交流地、安全地均各成系统,各用一根接地母线接入配电柜的中线,这种方法施工方便,可以与避雷地保持要求的距离,这是很多计算
  机系统中采用的接地方法。
  d)如所有地均接入避雷地,为了防止雷电压的反击,要求防雷接地装置与所有电器设备之间保持足够的距离。但是要保证满足这一条件是困难的,特别是利用钢筋混凝土建筑的结构以钢筋作为防雷网时,此距离实际上是无法保证的,在这种情况下应将诸地连在一起,采用共同接地方式。为了防止雷电冲击时接地电位的升高,共同接地的电阻最好能限制在1Ω以下。
  e)机房内诸设备的交流地、直流地和安全地共用同一地桩。把诸地特别是直流地与避雷地共用同一地桩给人们带来极大的不安全,加之接地设施会因年久
  失修致使接地电阻增加,从而给计算机的安全性、可靠性带来极大的威胁。因此笔者建议不采用这种接地方法,而是采用直流地、交流地和安全地连在一起后接入同一地桩的处理方法。
  4 在处理共地的地线时需要注意的问题
  (1)接地电阻——共用接地地桩的接地电阻应满足各种接地中最小接地电阻的要求。
  (2)为防止接地系统的相互干扰,确保对建筑物的绝缘,接地母线应使用带有绝缘外皮的屏蔽线,屏蔽套的一端应进行接地。
  (3)直流地、交流地和安全地虽然最后都接在地桩上,但并不意味着各种地之间可以随意连接,也应按照上述要求在其未接入同一地桩之前彼此应保持严格的绝缘。
  (4)在直流地与机壳安全地分开接地的计算机设备中,因其直流地与机架严格绝缘,各自分别接系统地桩,但有些计算机的机壳与直流地在电器上是接在一起的,其交流设备的工作地与机壳是严格绝缘的。
  5 防护静电的有效措施——接地与屏蔽
  静电是引起计算机等电子设备故障的重要因素之一,主要体现在静电聚积在计算机的机壳上,当电荷聚积的能量达到一定程度时,会给人以触电的感觉;当静电带电体触及计算机时形成对计算机的放电,有可能使逻辑元件送入错误信号、引起计算机运算错误,严重时还会造成程序紊乱,甚至烧毁设备。如何防止静电带来的危害,分析静电对计算机设备的影响,找出静电产生的根源,减少以致消除静电是一个不可忽视的课题。
  减少静电对计算机设备的影响除采用防静电地板和隔离墙外,一般多采用接地屏蔽的方法,其中设备的外壳接地是最基本的防静电措施,要求计算机本身具备一套合理的接地和屏蔽系统,这样当静电带电体触及计算机机壳放电时,静电就能通过接地导线漏泄入地而不至于引起系统运行故障,通常静电瞬间电势过高很容易引起接地电位的波动。其次,要尽量切断静电噪声侵入音频通道,在跳接音频和数字线时应尽量采用屏蔽线,屏蔽线的外绝缘皮应进行良好地接地,从而泄漏掉聚集在周围的电荷。
  鉴于接地系统是提高计算机网络可靠性、抑制噪音、保证机房设备安全的重要手段,因此应对计算机设备的接地认真加以对待,如果重视不够或接地系统处理不当,将会影响计算机的稳定工作从而引发故障,甚至烧毁接口和器件,严重的还危及人身安全。
  “地线”在计算机应用技术中要求越来越高,还需要我们在工作中不断探索总结经验

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