第四章计算机及电子设备接地

第四章计算机及电子设备接地1概述接地是提高电子电气设备电磁兼容有效性的重要手段之一。正确的接地既能抑制外部电磁干扰的影响，又能防止电子电气设备向外部发射电磁波；而错误的接地常常会引入非常严重的干扰，甚至会使电子电气设备无法正常工作。尤其是成套控制设备和自动化控制系统，因为有多种控制装置分散布置在许多地方，所以它们各自的接地往往会形成十分复杂的接地网络，不仅需要在系统设计时周密考虑，而且在安装调试时也要仔细检查和做适当的调整。关于计算机接地的问题更加被受到注意，其原因是：①大大小小各式各样的局域网(LAN)被建设起来。LAN是由多个电脑相互被结成数据回线的结果，所谓电脑网络的接地就成为新的问题。②电磁环境的恶化加速。“噪音污染”问题已非常突出，天空中、线路上存在高频噪音。为了保护电脑不受这些噪音的影响．迫切期待接地。③现在的微处理器的动作电压降低为5—12V，使用的时钟控制频率在个人电脑(PC机)取几个GHz。为了提高处理速度，动作电压会更加降低，时钟控制频率有变得更高的趋向，所以电脑受噪音的影响成为敏锐的问题。电脑接地与EMC(电磁环境问题)和EMI（电磁干扰)有密切的关系，因此问题是非常复杂的。有关计算机设备接地有如下几种电源的系统接地机器接地(箱、地线、通常三种接地)信号基准用接地线路过滤器用接地SPD的接地屏蔽的接地防静电接地关于信号基准用接地信号基准用接地是为供给电脑各设备信号的作基准电位(所谓零电位)的接地。那个电位一浮动，各设备基准电位就产生差异。电脑系统的动作就一步步改变。因而，基准用接地必须最最慎重。(1)独立接地信号基准用接地原则上不和其它种类的接地共用。说到理由那是为了不受到其它接地电位变动的影响。但是，如作独立接地．接地施工数增加，而且因必须得到独立的十分低的接地电阻，价格就高。(2)与建筑结构体以最短距离连接作为信号基准用接地最最重要的是电位的安全性。理想的要做到不管什么时候怎么样时，至数十兆以上频率带域，接地系统到处电位仍是一定的。因此，在钢骨造、钢筋水泥造的建筑物，考虑到结构体接地的标准，把信号基准用接地取离最短距离的结构体。那时，要充分考虑相互连络的接地线不从空中的电磁波收到噪音，所以要取最短距离。(3)从一点接地转向金属网地板信号间连接的有多个电脑机组的场合，把供给各机组信号基服用接地线集中到一点后往下接地的一点接地是历来被推荐的(图3．11)。最近在计算机室地面敷设金属网，由金属网向各机组供给基准电位的方式(图3．12)登场了，费用有所增加，但这是合理的。另外，把金属与建筑结构体也连接起来是有效果的。关于接地的有关要求：美国标准IEEEStd1100-1992中指出：不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、绝缘的、专用的、干净的、静止的、信号的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。这些不正确的接地不符合法规对有效接地的要求。《电子计算机房防雷设计规范》（GB50174-93）第6.4.3条明确提出：交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷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《雷击磁脉冲的防护》（IEC61024-1-2）指出：从防雷的观点来看，建筑物采用单一的共用接地装置较好，它适合于所有接地之用（如，防雷、低压电力系统、电信系统）。（IEC61312-1）也指出：如果在互相邻近的建筑物之间有电力线和通讯电缆通过，应将其接地系统互相连接，并且这样有利于采用多条并行路径以减少电缆中的电流，一个网状接地系统可满足这种要求。等电位连接：电气安全的等电位连接网络和信息系统从直流至高频的功能等电位连接网络有区分，但这两个网络又要互相连接在一起。上图是信息系统功能等电位连接的基本方法。电气安全的等电位连接网络，主要是通过与配电线路敷设在一起的保护地线(PE)构成，保护地线又必须根据配电系统的大小在多处（如每层楼或有配电箱处)与共用接地系统以及信息系统的功能等电位连接网络做等电位连接。右图是信息系统功能等电位连接方法的组合。当采用Ss或Ms等电位连接网络时，信息系统的所有金属组件，除等电位连接点ERP(即接地基准点)外，应与共用接地系统各组件有大于10kV、1．2／50µs的绝缘，比如铺以橡胶垫。通常，Ss或Ms等电位连接网络可用于相对较小、限定于局部的系统，低频率和杂散分布电容起次要影响的系统可采用这两种方法。即当模拟电路的频率不大于300kHz时可采用这两种方法；当数字电路的频率达MHz级时应采用Mm型等电位连接网络．接地原则低频电路的接地原则低频电路的接地，应坚持一点接地的原则，单点接地是为许多接在一起的电路提供共同参考点的方法，并联单点接地最为简单而实用，它没有公共阻抗耦合和低频地环路的问题。每一个电路模块都接到一个单点地上，每一个子单元在同一点与参考点相连。地线上其它部分的电流不会耦合进电路。这种接地方式在1MHz以下的工作频率下能工作得很好。但是，虽着频率的升高，接地阻抗随之增大，电路上会产生较大的共模电压。所以，单点接地不适合于高频电路。高频电路的接地原则对于工作频率较高的电路和数字电路，由于各元器件的引线和电路的布局本身的电感都将增加接地线的阻抗，因而在低频电路中广泛采用的一点接地的方法，若用在高频电路容易增加接地线的阻抗，而且地线间的杂散电感和分布电容也会造成电路间的相互耦合，从而使电路工作不稳定。为了降低接地线阻抗及其减少地线间的杂散电感和分布电容造成电路间的相互耦合，高频电路采用就近接地——即“多点接地”的原则，把各电路的系统地线就近接至低阻抗地线上，一般来说，当电路的工作频率高于10MHZ时，应采用多点接地的方式。由于高频电路的接地关键是尽量减少接地线的杂散电感和分布电容，所以在接地的实施方法上与低频电路有很大的区别。3---地面内焊接钢筋网，利用其作为高频信号基准网，除固有的绑扎点外，宜在约500～600mm网格交叉点上加以焊接。地面内钢筋网应与其周围的柱、墙、圈梁内钢筋连通；4---高频等电位跨接线，其长度宜短于500mm。由于高频集肤效应，应采用薄而宽的金属带，铜或钢材都可以。但与其它钢质物连接时采用钢带的优点是不会产生直流电池的腐蚀效应。两端的连接应有良好的电气接触，最好是焊接：若采用机械连接，每端应用两根螺杆或螺丝固定；5---每台外壳应有两根不同长度的等电位跨接线，长度各为不同于干扰波(人们感兴趣的)波长1／4的倍数，并设在外壳的对角处。利用钢筋混凝土地面内焊接钢筋网做信号基准网1、装有电子负荷设备的金属外壳2、混凝土地面的上部3、地面内焊接钢筋网4、高频等电位跨接线5、等电位跨接线活动地板下用薄铜带构成的高频信号基础网络1、薄铜带1、可用0．25mm×100mm2、薄铜带与薄铜带间焊接连接3、薄铜带与立柱之间的焊接连接5、设备的低阻抗等电位连接带7、电源配电中心4、薄铜带与等电位连接带间的焊接连接6、薄铜带与设备等电位连接带之间的焊接连接，做法与图3类似；8、电源配电中心的接地线9、信号基准网络与其周围建筑物钢柱(或钢筋混凝土柱上的预埋件)的焊接连接，图中仅示出3处。若周围有多根柱子时，应与每根柱子连接；若无其他柱子时，应每隔约5m与周围的圈梁或地面内钢筋连接利用机房地板下的等电位连接带，将外露可导电部分以M型进行等电位联结，以达到消除建筑物和建筑物内所有设备之间危险的电位差并减小内部磁场强度。由于基站地板下的等电位连接带与建筑物主钢筋多重连接从而建立了一个三维的、法拉第金属笼的连接网络。在此网络中通过提供多条并联通路，因其具有不同的谐振频率，由大量的具有频率相关性阻抗的各条通路组合起来，就可以获得一个在所考虑频谱范围内具有低阻抗的系统。发电厂、变电站计算机接地计算机接地网设置在主接地网内部正常情况下，主网与专用地网相互独立发生雷击或故障接地时，两地网间电位差仅为网孔电位差。进一步改进措施：在地网间安装SPD以实现故障瞬时均压中华人民共和国国家标准电子计算机机房设计规范GB50174-93中有关接地要求的介绍第四节接地第6.4.1条电子计算机机房接地装置的设置应满足人身的安全及电子计算机正常运行和系统设备的安全要求。第6.4.2条电子计算机机房应采用下列四种接地方式：一、交流工作接地，接地电阻不应大于4Ω；二、安全工作接地，接地电阻不应大于4Ω；三、直流工作接地，接地电阻应按计算机系统具体要求确定；四、防雷接地，应按现行国家标准《建筑防雷设计规范》执行。第6.4.3条交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷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；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值，并应按现行国标准《建筑防雷设计规范》要求采取防止反击措施。第6.4.4条对直流工作接地有特殊要求需单独设置接地装置的电子计算机系统，其接地电阻值及与其它接地装置的接地体之间的距离，应按计算机系统及有关规定的要求确定。第6.4.5条电子计算机系统的接地应采取单点接地并宜采取等电位措施。第6.4.6条当多个电子计算机系统共用一组接地装置时，宜将各电子计算机系统分别采用接地线与接地体连接。第五章降低接地电阻的措施在实际的接地工程中．有些地方由于土壤电阻率非常高，要使接地装置的工频接地电阻降到规定值以下非常困难。在这种情况下。就要根据现场实际情况想办法降低接地装置的工频接地电阻5.1几种简单的降低接地电阻的方法1。充分利用自然接地体降阻在接地工程中，充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物以及上下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻、节约钢材以及达到均衡电位接地的有效措施。例如发电厂、变电所可资利用的自然接地体有：(1）水电站主厂房水下的钢筋混凝土；(2)水电站地下压力钢管或钢筋混凝土管；(3)各类钢筋混凝土基础或钢板衬砌的竖井；(4)钢筋混凝土或用钢板衬砌的地下式厂房；(5)架空输电线路的“地线一杆塔”接地系统；(6)埋于地下的金属自来水管和有金属外皮的电缆；(7)发电厂、变电所主控楼．或高压配电室的钢筋混凝土地基。2。加大接地体尺寸3。增加接地体埋设深度4。外引接地装置当距发电厂、变电所2km以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极可以在低电阻率的地方铺设专门用于降阻的接地装置，然后用2—3根水平接地体与发电厂、变电所的人工地网可靠的连接起来，可以起到有效的降低工频接地电阻的作用。5。换土法——即使用电阻率ρ较低的土壤来置换掉电阻率较高的土壤或工业废渣填充法，即利用附近工厂的废渣，做到综合利用。6。可以建立水下地网一般的变电所附近往往有池塘、水库、河流、小溪等，这时可以充分利用这些水资源来建立水下、水底和岸边地网5.2采用深井式接地当地下较深处有土壤电阻率较低的地质结构时，可用井式或深钻式接地极。把平面地网做成立体地网，利用下层低电阻率的地层来降阻根据地层结构分为如下三种情况。(1)当土壤为均匀土壤，上下层的土壤电阻率P值变化不大，但地面由于受面积的限制或地形的限制无法外延．只有向下发展时，可采用深井压力灌降阻剂的方法建成立体地网，其施工图如图6“1所示。这时流过大地的电流，向垂直和水平方向扩散，在均匀电阻率的土壤中呈半球形等位面扩散，充分利用电流垂直方向的扩散分量．可将较大的电流引入地的深层(2)当土壤为不均匀土壤，土壤在垂直于地面的方向上分层，但下层土壤的电阻率ρ2远远小于上层土壤的电阻率ρ1时．一般为地下有各类金属矿藏、石墨、煤等的土壤或地下水。把竖井打到下层土壤内，充分利用下层较低电阻率的地质层来降阻单根垂直接地极的电阻为：垂直接地极的布置位置垂直接地极应布置在地网周边的顶角，或在地网外的引外接地网上．深井的距离应为井深的2倍，这样可以达到减少屏蔽，加大降阻效果的作用。深井垂直极的顶端应该用水平接地体连接起来．形成一个立体地网参见课本图、表5.11．深埋接地极埋设地点的选择