正確理解和測(cè)試信息技術(shù)設(shè)備的接地

為了有效提高信息技術(shù)設(shè)備的電磁兼容性(EMC),系統(tǒng)中的設(shè)備、機(jī)柜、線纜橋架、金屬管路、供電系統(tǒng)等都要求可靠接地。但實(shí)際工作中,對(duì)接地的認(rèn)識(shí)和測(cè)試存在誤解,直接影響設(shè)備運(yùn)行甚至人身安全。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中的規(guī)定,對(duì)電氣設(shè)備的接地與等電位聯(lián)結(jié)概念進(jìn)行討論,澄清一些模糊概念,并對(duì)信息技術(shù)工程中的接地測(cè)試提出解決方案。

正確理解電氣設(shè)備,尤其是敏感的信息技術(shù)設(shè)備的“接地”概念,是工程施工與檢測(cè)的基礎(chǔ)。所謂“接地”是否意味著必須將設(shè)備地線“接入地球”?回答此問(wèn)題之前,先回顧一個(gè)事實(shí):飛行中的飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、空間站(如圖1所示),內(nèi)部的電氣設(shè)備地線是無(wú)法接入地球的(或稱:接地電阻無(wú)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(shè)備正常運(yùn)行的,是可靠的屏蔽與“等電位聯(lián)結(jié)”等措施。

圖1  飛行中的空間站與地球間沒(méi)有電氣連接

1  標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中是術(shù)語(yǔ)

談及“接地”和“等電位聯(lián)結(jié)”時(shí),會(huì)遇到一些與之相關(guān)的名詞和術(shù)語(yǔ),現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)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(shù)語(yǔ)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(shè)施過(guò)電壓保護(hù)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(biāo)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(dǎo)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(dǎo)電介質(zhì)(如混凝土或焦炭)中,與地有電氣接觸的導(dǎo)電部分。

1.3  總接地端子(如圖2中標(biāo)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(dǎo)體實(shí)行電氣連接的端子或母線。

1.4  接地導(dǎo)體(線)(如圖2中標(biāo)注8)

GB 50169-2006(2)2.0.3定義:電氣設(shè)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(dǎo)體,稱為接地線。

GB 16895.3(3)541.3.6定義:接地導(dǎo)體——總接地端子與接地極之間提供導(dǎo)電通路或部分導(dǎo)電通路的導(dǎo)體。

1.5  等電位聯(lián)結(jié)(如圖2中標(biāo)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(dǎo)電通路而將金屬部進(jìn)行的永久連接,可確保電氣連通性并有能力安全傳導(dǎo)任何可能的附加電流。

2.正確理解接地和等電位聯(lián)結(jié)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(shù)舉例”有:

◆ 采用電的或糾錯(cuò)的技術(shù)在信息技術(shù)裝置或設(shè)備中提供內(nèi)在抗干擾性能;

◆ 在干擾源與信息技術(shù)裝置或設(shè)備間在電氣上實(shí)行隔離;

◆ 在相關(guān)頻率范圍的設(shè)備之間實(shí)行等電位聯(lián)結(jié);

◆ 提供一個(gè)低阻抗的基準(zhǔn)電位平面,使電位差減小,并提供屏蔽。

上述措施中強(qiáng)調(diào)的是“等電位聯(lián)結(jié)”或“近似等電位聯(lián)結(jié)”,而并未提及接大地(接地球)措施。

就整個(gè)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(jié)電位為參考電位,已與地球電位無(wú)關(guān)。所謂“接地”,應(yīng)理解為將電氣零電位參考點(diǎn)、保護(hù)導(dǎo)體、屏蔽層等納入到等電位聯(lián)結(jié)中,其目的是實(shí)現(xiàn)必要的電氣功能和提高系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)。此時(shí),如果等電位聯(lián)結(jié)不可靠,即使建筑物接大地措施良好,也無(wú)法保證建筑物內(nèi)電氣設(shè)備正常運(yùn)行;反之不然,離地飛行器就是最好的例子。

由此可知,當(dāng)談及接地措施與接地測(cè)試時(shí),必須首先確認(rèn)此措施是針對(duì)防雷還是電磁兼容,是“接大地”還是“等電位聯(lián)結(jié)”。

3、接地電阻與測(cè)試

無(wú)論“接大地”還是“等電位聯(lián)結(jié)”,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(gè)是接地極(圖1中建筑物的“基礎(chǔ)接地極”)與地球間所構(gòu)成的回路電阻,一個(gè)是等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體間回路電阻。因此,當(dāng)談及“接地電阻”時(shí),同樣應(yīng)區(qū)分所指——“接入大地的電阻”還是“接入等電位聯(lián)結(jié)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(cè)試位置和測(cè)試方法。

3.1  接地電阻的測(cè)試位置

3.1.1  “接大地”電阻的測(cè)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(chǔ)接地極”(圖2中標(biāo)記“9”處),才能得到真實(shí)的“接大地”電阻值。其他測(cè)試位置得到的均為“等電位聯(lián)結(jié)”體系中部分回路的導(dǎo)體電阻。

例如,如果將儀表接入“接地導(dǎo)體”(圖2中標(biāo)記“8”處),實(shí)際得到的是“總接地端子”上的所有等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體(圖2中標(biāo)記“7”處)并聯(lián)電阻與建筑物的鋼結(jié)構(gòu)(圖2中標(biāo)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(jié)的導(dǎo)體回路電阻

正如前文反復(fù)強(qiáng)調(diào)的,對(duì)電氣(子)設(shè)備電磁兼容性(EMC)起作用的是“等電位聯(lián)結(jié)”。關(guān)于等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體(保護(hù)導(dǎo)體),在以下標(biāo)準(zhǔn)條款中有所規(guī)定:

GB 16895.3(3)543.2 注1:“在中國(guó)、意大利、英國(guó)和美國(guó),按其地區(qū)或國(guó)家規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn),允許將電纜托盤和電纜梯架用作保護(hù)導(dǎo)體。”

GB 16895.17(5)548.3.1:“信息技術(shù)設(shè)備的功能接地可利用供電回路的保護(hù)導(dǎo)體。”

GB 16895.17(5)548.7:“電信電纜或電信設(shè)備的可導(dǎo)電屏蔽層、護(hù)套或鎧裝是等電位聯(lián)結(jié)的組成部分。”

如本文3.1.1所述,相對(duì)“接大地電阻”而言,“等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體回路電阻”測(cè)試更容易,只要將儀表接入所需測(cè)試的設(shè)備地線導(dǎo)體(圖8中的標(biāo)注的“回路1、2、3”),即可得到相應(yīng)阻值。

3.2  接地電阻的測(cè)試方法

嚴(yán)格意義的接地電阻,應(yīng)將儀表(歐姆表)串聯(lián)至被測(cè)回路中進(jìn)行測(cè)試,但在實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng),大多少情況不允許或不可能將接地系統(tǒng)斷開后接入測(cè)試儀表。因此,工程中一般使用“輔助接地極法”和“電磁感應(yīng)法”測(cè)試。

 

作者:美國(guó)理想工業(yè)中國(guó)有限公司北京代表處 任長(zhǎng)寧   來(lái)源:千家綜合布線網(wǎng)
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