為了有效提高信息技術設備的電磁兼容性(EMC),系統(tǒng)中的設備、機柜、線纜橋架、金屬管路、供電系統(tǒng)等都要求可靠接地。但實際工作中,對接地的認識和測試存在誤解,直接影響設備運行甚至人身安全。本文根據(jù)國內(nèi)外相關標準與規(guī)范中的規(guī)定,對電氣設備的接地與等電位聯(lián)結概念進行討論,澄清一些模糊概念,并對信息技術工程中的接地測試提出解決方案。
正確理解電氣設備,尤其是敏感的信息技術設備的“接地”概念,是工程施工與檢測的基礎。所謂“接地”是否意味著必須將設備地線“接入地球”?回答此問題之前,先回顧一個事實:飛行中的飛機、火箭、衛(wèi)星、空間站(如圖1所示),內(nèi)部的電氣設備地線是無法接入地球的(或稱:接地電阻無窮大),但都能有很好的電磁兼容性,尤其在電磁環(huán)境惡劣的外太空。顯然,“接地”并不意味著將系統(tǒng)接入地球,確保飛行器內(nèi)敏感電氣設備正常運行的,是可靠的屏蔽與“等電位聯(lián)結”等措施。
圖1 飛行中的空間站與地球間沒有電氣連接
1 標準與規(guī)范中是術語
談及“接地”和“等電位聯(lián)結”時,會遇到一些與之相關的名詞和術語,現(xiàn)將標準或規(guī)范中的定義摘錄如下。“建筑物接地系統(tǒng)綜覽(1)”(如圖2所示)中示意性但清楚地顯示了這些術語所指各部分在建筑物中的位置。
圖2
1.1 接地
GB 50169-2006(1)2.0.5定義:將電力系統(tǒng)或建筑物電氣裝置、設施過電壓保護裝置用接地線與接地體連接,稱為接地。
1.2 接地體(極)(如圖2中標注9)
GB 50169-2006(2)2.0.1定義:埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體,稱為接地體(極)。
GB 16895.3(3)541.3.3定義:接地極——埋入特定的導電介質(如混凝土或焦炭)中,與地有電氣接觸的導電部分。
1.3 總接地端子(如圖2中標注文字)
GB 16895.3(3)541.3.2定義:總接地端子(總接地母線)——電氣裝置接地配置的一部分,用于與若干接地用的導體實行電氣連接的端子或母線。
1.4 接地導體(線)(如圖2中標注8)
GB 50169-2006(2)2.0.3定義:電氣設備、桿塔的接地端子與接地體或零線連接用的在正常情況下不載流的金屬導體,稱為接地線。
GB 16895.3(3)541.3.6定義:接地導體——總接地端子與接地極之間提供導電通路或部分導電通路的導體。
1.5 等電位聯(lián)結(如圖2中標注2、4、7,PE線及金屬托架等)
ANSI/TIA 568-C.0-2009(4)定義:為形成導電通路而將金屬部進行的永久連接,可確保電氣連通性并有能力安全傳導任何可能的附加電流。
2.正確理解接地和等電位聯(lián)結的作用
GB 16895.17(5)附錄B:《電磁兼容(EMC)措施》中提出的“避免電磁干擾入侵的基本技術舉例”有:
◆ 采用電的或糾錯的技術在信息技術裝置或設備中提供內(nèi)在抗干擾性能;
◆ 在干擾源與信息技術裝置或設備間在電氣上實行隔離;
◆ 在相關頻率范圍的設備之間實行等電位聯(lián)結;
◆ 提供一個低阻抗的基準電位平面,使電位差減小,并提供屏蔽。
上述措施中強調(diào)的是“等電位聯(lián)結”或“近似等電位聯(lián)結”,而并未提及接大地(接地球)措施。
就整個建筑物而言,以大地(地球)電位為參考電位,建筑物電氣裝置接地(球)是為了泄放雷電電流和靜電荷,通常稱為“接大地”。
就建筑物(或離地飛行器)內(nèi)部的電氣系統(tǒng)而言,均以建筑物(或飛行器)內(nèi)部等電位聯(lián)結電位為參考電位,已與地球電位無關。所謂“接地”,應理解為將電氣零電位參考點、保護導體、屏蔽層等納入到等電位聯(lián)結中,其目的是實現(xiàn)必要的電氣功能和提高系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)。此時,如果等電位聯(lián)結不可靠,即使建筑物接大地措施良好,也無法保證建筑物內(nèi)電氣設備正常運行;反之不然,離地飛行器就是最好的例子。
由此可知,當談及接地措施與接地測試時,必須首先確認此措施是針對防雷還是電磁兼容,是“接大地”還是“等電位聯(lián)結”。
3、接地電阻與測試
無論“接大地”還是“等電位聯(lián)結”,其回路電阻是判斷此類措施有效性的依據(jù),一般統(tǒng)稱為“接地電阻”,其區(qū)別在于:一個是接地極(圖1中建筑物的“基礎接地極”)與地球間所構成的回路電阻,一個是等電位聯(lián)結導體間回路電阻。因此,當談及“接地電阻”時,同樣應區(qū)分所指——“接入大地的電阻”還是“接入等電位聯(lián)結的電阻”;而且,要得到正確的接地電阻數(shù)值,還必須選擇正確的測試位置和測試方法。
3.1 接地電阻的測試位置
3.1.1 “接大地”電阻的測試位置
根據(jù)“接大地”與“接地體(極)”定義,只有將儀表接至“建筑物基礎接地極”(圖2中標記“9”處),才能得到真實的“接大地”電阻值。其他測試位置得到的均為“等電位聯(lián)結”體系中部分回路的導體電阻。
例如,如果將儀表接入“接地導體”(圖2中標記“8”處),實際得到的是“總接地端子”上的所有等電位聯(lián)結導體(圖2中標記“7”處)并聯(lián)電阻與建筑物的鋼結構(圖2中標記“2”處)所形成的回路(圖8中的“回路1”)電阻,而并非“接大地電阻”。
3.1.2 等電位聯(lián)結的導體回路電阻
正如前文反復強調(diào)的,對電氣(子)設備電磁兼容性(EMC)起作用的是“等電位聯(lián)結”。關于等電位聯(lián)結導體(保護導體),在以下標準條款中有所規(guī)定:
GB 16895.3(3)543.2 注1:“在中國、意大利、英國和美國,按其地區(qū)或國家規(guī)程或標準,允許將電纜托盤和電纜梯架用作保護導體。”
GB 16895.17(5)548.3.1:“信息技術設備的功能接地可利用供電回路的保護導體。”
GB 16895.17(5)548.7:“電信電纜或電信設備的可導電屏蔽層、護套或鎧裝是等電位聯(lián)結的組成部分。”
如本文3.1.1所述,相對“接大地電阻”而言,“等電位聯(lián)結導體回路電阻”測試更容易,只要將儀表接入所需測試的設備地線導體(圖8中的標注的“回路1、2、3”),即可得到相應阻值。
3.2 接地電阻的測試方法
嚴格意義的接地電阻,應將儀表(歐姆表)串聯(lián)至被測回路中進行測試,但在實際工程現(xiàn)場,大多少情況不允許或不可能將接地系統(tǒng)斷開后接入測試儀表。因此,工程中一般使用“輔助接地極法”和“電磁感應法”測試。