電子設(shè)備接地系統(tǒng)

1、 第一章 接地的基本知識(shí) 電子設(shè)備接地系統(tǒng)1-1 1-1 接地的目的接地的目的 (低阻抗接地的目的)1） 防止雷電放電對(duì)設(shè)備和人身造成的危害，并作為雷電和瞬態(tài)噪音的入地途徑；2） 為電源電流（中性線(xiàn)）和故障電流提供返回途徑； 3） 防止因機(jī)殼內(nèi)部偶然碰地時(shí)引起的電擊；4） 防止設(shè)備靜電荷的積累；5） 為射頻電流提供均勻和穩(wěn)定的導(dǎo)體，降低和消除機(jī)架和機(jī)殼上的射頻電位；6） 使繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，排除接地故障；7） 穩(wěn)定電路的對(duì)地電位；8） 為數(shù)據(jù)電路提供邏輯參考點(diǎn)（邏輯地）。 1-2 1-2 地的概念地的概念 所謂“地”，是指“大地的導(dǎo)電團(tuán)，其電位在任何一點(diǎn)都等于零”。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息系統(tǒng)雷電防護(hù)

2、術(shù)語(yǔ)的定義為“(1) 導(dǎo)電性的土壤，具有等電位，且任意點(diǎn)的電位可以看成零電位。(2)導(dǎo)電體，如土壤或鋼船的外殼，作為電路的返回通道，或作為零電位參考點(diǎn)。(3) 電路中相對(duì)于地具有零電位的位置或部電路中相對(duì)于地具有零電位的位置或部分。分?！?大地是一個(gè)電阻非常低、大地是一個(gè)電阻非常低、電容量非常大的物體，擁電容量非常大的物體，擁有吸收無(wú)限電荷的能力，有吸收無(wú)限電荷的能力，而且在吸收大量電荷后仍而且在吸收大量電荷后仍能保持電位不變，因此適能保持電位不變，因此適合作為電氣系統(tǒng)中的參考合作為電氣系統(tǒng)中的參考電位體。電位體。 接地接地: :一種有意或非有意的導(dǎo)電連接，由于這種連接，可使電路或電氣設(shè)備接到

3、大地或接到代替大地的、某種較大的導(dǎo)電體。 注：接地的目的是：(a) 使連接到地的導(dǎo)體具有等于或近似于大地（或代替大地的導(dǎo)電體）的電位；(b) 引導(dǎo)入地電流流入和流出大地（或代替大地的導(dǎo)電體）。與大地緊密與大地緊密接觸并形成接觸并形成電氣接觸的電氣接觸的一個(gè)或一組一個(gè)或一組導(dǎo)電體稱(chēng)為導(dǎo)電體稱(chēng)為接地極或接接地極或接地體。地體。 自然接地體自然接地體: :具有兼作接地功能的但具有兼作接地功能的但不是為此目的而專(zhuān)門(mén)設(shè)置的各種金不是為此目的而專(zhuān)門(mén)設(shè)置的各種金屬構(gòu)件、鋼筋混凝土中的鋼筋、埋屬構(gòu)件、鋼筋混凝土中的鋼筋、埋地金屬管道和設(shè)備等統(tǒng)稱(chēng)地金屬管道和設(shè)備等統(tǒng)稱(chēng).(.(最典型最典型的是混凝土基礎(chǔ)中的鋼筋，

4、它兼有的是混凝土基礎(chǔ)中的鋼筋，它兼有消散電流的作用消散電流的作用) ) 人工接地體人工接地體: : 人為特意在土壤中埋設(shè)的人為特意在土壤中埋設(shè)的有接地功能，可以泄放電流入地的物體有接地功能，可以泄放電流入地的物體（金屬導(dǎo)體或石墨等固態(tài)物質(zhì)）。（金屬導(dǎo)體或石墨等固態(tài)物質(zhì)）。 人工接地體按結(jié)構(gòu)分有單個(gè)接地體、多個(gè)接地體、網(wǎng)狀接地體和板狀接地體等； 按埋設(shè)方式分有垂直接地體和水平敷設(shè)接地體（單一水平接地體、輻射狀水平接地體）。 平時(shí)，大地被看成是一個(gè)電位為0的等電位體（即可用它作為0電位參考點(diǎn)），接地體沒(méi)有電流流過(guò)時(shí)，大地和接地體間沒(méi)有電位差，也即接地體與大地等電位，并等于0。 通俗的講，接地就是使

5、地面上的金屬物體或電氣電子設(shè)備通過(guò)接地體與大地保持等電位的關(guān)系（電位最好等于0）。實(shí)際上，土壤不是良導(dǎo)體，由于土壤電阻的關(guān)系，土壤中有電流時(shí)，土壤內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電流流動(dòng)，因此土壤兩點(diǎn)間會(huì)有電位差，這時(shí)地面不再是等電位體。 當(dāng)流入地中的電流i通過(guò)接地體向大地作半球形散開(kāi)，在距接地體越近的地方電流密度越大，在距接地體越遠(yuǎn)的地方電流密度越小。這時(shí)接地體的電位u和注入電流之比 rgu/i 被定義為接地體的接地電阻。 若注入的電流為直流，便是直流接地電阻，若注入的電流為交流工頻電流，便是工頻接地電阻，若注入的電流為沖擊電流，便是沖擊接地電阻。一般用接地電阻測(cè)試儀測(cè)試的是工頻接地電阻。issss圖2 接地電阻原

6、理設(shè)有一金屬球，將其一半埋在地下，電流i從金屬半球流向大地時(shí)，在大地上矩球心不同的半徑上的各點(diǎn)就有不同的電位，如圖2。隨著與球心距離的增大，電位越來(lái)越低，理論上，當(dāng)半球的半徑為無(wú)窮大時(shí)，即無(wú)限遠(yuǎn)處的為零電位。實(shí)際上，電流流過(guò)一段距離后，電流密度已經(jīng)很小，它的電位梯度dv/dl 可以被認(rèn)為為0。距半球圓心任意一點(diǎn)的電阻電阻為： r/（2r） r是距半球圓心任意一點(diǎn)的距離，單位m；r是該點(diǎn)的接地電阻，單位； 是土壤電阻率，它的定義是，每個(gè)邊長(zhǎng)是土壤電阻率，它的定義是，每個(gè)邊長(zhǎng)為為1 1m m的正方體的土壤，兩相對(duì)兩面間測(cè)的電的正方體的土壤，兩相對(duì)兩面間測(cè)的電阻，單位阻，單位是是m m。電氣地的位置

7、 散流的半球形球面，在距接地體越近的地方越小，越遠(yuǎn)的地方越大，半球形散開(kāi)面積的半徑與土壤電阻率有關(guān) ，與接地體流過(guò)的電流的大小有關(guān) 。所以在距接地體越近的地方電阻越大，而在距接地提越遠(yuǎn)的地方電阻越小。 一般認(rèn)為，土壤電阻率為100m ，雷電流為60ka時(shí)，在距單根接地體處 20m 以外的地方，呈半球形的球面已經(jīng)很大，實(shí)際已沒(méi)有什么電阻存在，不再有什么電壓降，電位等于零。電位等于0的地方叫電氣地。 若接地體不是單根而為多根組成時(shí)，屏蔽系數(shù)增大，上述 20m 的距離可能會(huì)增大。 圖 1中的散流區(qū)是指電流通過(guò)接地體向大地散流時(shí)產(chǎn)生明顯電位梯度的土壤范圍?！?”地電位是指散流區(qū)以外的土壤區(qū)域。 在管網(wǎng)

8、密集、電纜縱橫的地區(qū)或接地極分布很密的地方，很難找到電位等于零的“電氣地”。 為了降低接地電阻，往往用多根接地體并聯(lián)連接而組成多個(gè)接地體或接地體組。圖3是多個(gè)垂直接地體在土壤中的散流情況。由于各處單一接地體埋設(shè)的距離往往等于單一接地體長(zhǎng)度而遠(yuǎn)小于20m的兩倍，此時(shí)，電流流入各單一接地極時(shí)，將受到相互的限制，而妨礙電流的流散。換句話(huà)說(shuō)，即等于增加各單一接地體的電阻。這種影響電流散流的現(xiàn)象，稱(chēng)為屏蔽作用。 由于屏蔽作用，接地極組的流散電阻，并不等于各單一接地極流散電阻的并聯(lián)值。此時(shí)，接地極組的流散電阻 rd = rd1(n)（1） 式中： rd1單一接地極的流散電阻n 單一接地極的根數(shù) 接地極的利

9、用系數(shù)，它與接地極的形狀、單一接地極的根數(shù)和位置有關(guān) 由于雷電流是個(gè)非常強(qiáng)大的沖擊波，其幅度往往大到幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)安的數(shù)值。這樣，使流過(guò)接地裝置的電流密度增大，并受到由于電流沖擊特性而產(chǎn)生電感的影響，此時(shí)接地電阻稱(chēng)為沖擊接地電阻簡(jiǎn)稱(chēng)“沖擊電阻”。由于流過(guò)接地裝置電流密度的增大，以致土壤中的氣隙、接地極與土壤間的氣層等處發(fā)生火花放電現(xiàn)象，這就使土壤的電阻率變小和土壤與接地極間的接觸面積增大。結(jié)果，相當(dāng)于加大接地極的尺寸，降低了沖擊電阻值。所以，接地體的沖擊電阻值比我們通常測(cè)試的工頻接地電阻要小。 1-31-3接地電阻的組成： 1）接地線(xiàn)與接地極的自身電阻：由于它們?yōu)榻饘賹?dǎo)體，因此這部分電阻一般只

10、占總接地電阻的12。對(duì)于高頻情況，由于要考慮總引線(xiàn)的電感所引起的感抗，此時(shí)的“電阻”會(huì)大些。 2）接地極與土壤間的接觸電阻：它的大小與接地極的形狀，與土壤接觸的松緊程度有直接關(guān)系，其值可占總接地電阻的2060不等。3）電流經(jīng)接地極流入土壤后的流散電阻，它的大小與接地極的形狀、幾何尺寸及土壤電阻率0有關(guān)。即：r0 f.。式中f為接地極的形狀因子。對(duì)于接地電阻的技術(shù)一般就是指對(duì)流散電阻的計(jì)算。1-4 1-4 工頻接地電阻工頻接地電阻r r與沖擊與沖擊接地電阻接地電阻r r1 1接地電阻定義：rgu/i接地體的電位u和注入電流之比沖擊接地電阻ri的定義如下：riui /ii 上式中ui為沖擊電壓的幅

11、值，ii為沖擊電流的幅值工頻接地電阻r2與沖擊接地電阻r1 的關(guān)系： r2ar1 式中a為換算系數(shù)，它的取值與自然土壤電阻率0及接地裝置的有效長(zhǎng)度l1有關(guān)，可參照?qǐng)D5來(lái)查得a的大小，其值一般在13之間。作為近似計(jì)算，換算系數(shù)a與土壤的電阻率p0有如下的關(guān)系： 0100m a1 0500m a1.5 01000m a2.0 01000m a31-5 降低接地電阻的措施降低接地電阻的措施 1）更換土壤：由垂直棒狀接地體的計(jì)算公式r(0/2l) ln(4l/d)可知，接地體的接地電阻r與土壤電阻率成反比。 2）適當(dāng)增加接地體長(zhǎng)度和體積： 3）深埋接地體： 深埋到土壤電阻率較低的土壤中。 4）物理降阻

12、：在土壤中添加木炭，煤粉和碳黑粉等可以降低土壤電阻率和含養(yǎng)水分。 日本生產(chǎn)了一種馬可尼降阻劑，將鹼性的水泥和特制的微孔碳黑混合，使其為中性。 5）化學(xué)降阻： 工頻接地電阻 我們測(cè)試的接地體接地電阻是交流接地電阻，或者稱(chēng)“工頻接地電阻”， 在雷電防護(hù)中我們關(guān)心的是“沖擊接地電阻”，因?yàn)椋纂娛且粋€(gè)沖擊波。 一般測(cè)試出來(lái)的“沖擊接地電阻”都比“工頻接地電阻”小，因此，“工頻接地電阻”合格，“沖擊接地電阻”絕對(duì)合格。接地電阻測(cè)試接地電阻測(cè)試 電壓電流表測(cè)試法電壓電流表測(cè)試法 a v i 注入的交流電流 1 2 0 接地體 電壓極 電流極 必備條件：交流電源和一電流表、電壓表 電壓極、電流極根據(jù)測(cè)試地

13、方的測(cè)試條件，可采以用0.618布極法，也可采用三角形布極法 交流電源應(yīng)當(dāng)是獨(dú)交流電源應(yīng)當(dāng)是獨(dú)立的，可用電焊變立的，可用電焊變壓器、壓器、1 1：1 1隔離變隔離變壓器或?qū)Ｓ米儔浩?。壓器或?qū)Ｓ米儔浩?。施加交流電源的同施加交流電源的同時(shí)，用電流表和電時(shí)，用電流表和電壓表測(cè)試電壓壓表測(cè)試電壓u u和和電流電流i i，r ru/iu/i。 用接地電阻測(cè)試器測(cè)接地電阻c2p2c1p1epc30grgcs圖 12 用zc- 系列地阻儀測(cè)接地電阻（直線(xiàn)布極）20m20mepcc2p2c1p1gcgrs地阻儀進(jìn)行接地電阻值測(cè)量時(shí)，應(yīng)將地阻儀平放，調(diào)整g的指針至零位。然后將倍率調(diào)整旋鈕s放在較高擋位，慢搖發(fā)電

14、機(jī)gr，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量度盤(pán)c，使指針至零時(shí)測(cè)量度盤(pán)c示數(shù)乘以倍率調(diào)整旋鈕倍數(shù)之積即為接地電阻值。若c轉(zhuǎn)至讀數(shù)最小而指針不為零，這時(shí)應(yīng)將倍率調(diào)整旋鈕s換到較小倍率檔后繼續(xù)調(diào)整測(cè)量度盤(pán)c直至指針正好為零，這時(shí)測(cè)量度盤(pán)c示數(shù)乘以倍率調(diào)整旋鈕倍數(shù)之積即為接地電阻值。 關(guān)于測(cè)試誤差問(wèn)題1） 接地電阻測(cè)試中電壓表內(nèi)阻引起的測(cè)試誤差 若電壓表內(nèi)阻為無(wú)窮大，不會(huì)引起測(cè)試誤差，但電壓表都有一定數(shù)值的內(nèi)阻，如圖內(nèi)阻rv的大小將直接影響測(cè)試的準(zhǔn)確性。021arvr0r2r1uviv在電壓表接入前，rv，0對(duì)2點(diǎn)的電壓為u02，該值是接地體電阻電位的真實(shí)值。電壓表接入后，0對(duì)2點(diǎn)的電壓為uv，則有：uvu02iv r2

15、圖14中，r0為接地體電阻、r2為電壓極電阻、r1為電流極電阻，iv為流過(guò)電壓表的電流：ivu02/（rvr2）小于將該式代入uvu02iv r2uvu021r2/（rvr2）可見(jiàn)，由于電壓表內(nèi)阻的存在，電壓表讀出的電壓值uv小于02間的真實(shí)電壓值u02。因此，要求rv比較大，研究證明，當(dāng)rv49 r2時(shí)，誤差可以小于0.2。2） 地中雜散電場(chǎng)引起的測(cè)試誤差 自然因素和人為因素產(chǎn)生的電場(chǎng)，干擾接地電阻測(cè)試的準(zhǔn)確性自然因素：金屬礦藏在大地中產(chǎn)生的電化學(xué)電場(chǎng)，人為因素：電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地、電氣化鐵路經(jīng)大地返回的不平衡容性電流、直流設(shè)備泄散到大地的漏泄電流等產(chǎn)生的電場(chǎng)。 在進(jìn)行接地電阻測(cè)試時(shí)，這些大

16、地中固有的電場(chǎng)一定會(huì)不同程度的給測(cè)試帶來(lái)誤差，因此要在測(cè)量中消除這些干擾。減少測(cè)試誤差的方法1）被測(cè)接地裝置的面積較大而土壤電阻率不均勻時(shí) 1、將電流極離被測(cè)接地裝置的距 離增大， 電壓極離被測(cè)接地 裝置的距離也增大，測(cè)試電極延 長(zhǎng) 2、 多點(diǎn)測(cè)試后取平均值作為該 地網(wǎng)的接地電阻值。 2）增大測(cè)試電流 增大注入接地系統(tǒng)的測(cè)試電流，減少 地中電場(chǎng)的干擾 增大注入接地系統(tǒng)的測(cè)試電流后接地體與電極間的電壓u02增大，使地中電場(chǎng)產(chǎn)生的干擾電壓ui在整個(gè)電壓回路中所占的電壓比例相對(duì)減少。當(dāng)u02ui時(shí)，ui對(duì)電壓測(cè)量值的影響已經(jīng)很小。增大注入接地系統(tǒng)的測(cè)試電流，減小大地散流由于接地網(wǎng)的面積很大，在測(cè)試接

17、地網(wǎng)時(shí)，注入接地體的測(cè)試電流若太小，往往在接地網(wǎng)中有散流，使測(cè)試的電壓偏低。若增大注入接地系統(tǒng)的測(cè)試電流，也可減少測(cè)試誤差。 電壓極 d d 2d 電流 極 地網(wǎng) 接地電阻測(cè)試儀表接地電阻測(cè)試儀表1電位計(jì)型接地電阻測(cè)試儀 g a 檢流計(jì) d rde i2 手搖發(fā)電機(jī) 電流互感器 0 2 1 電位計(jì)可變電阻 根據(jù)電位差原理制成實(shí)際是將電流源、電壓表、電流表結(jié)合在一個(gè)測(cè)試儀表中。測(cè)量時(shí)不需另接外加電源，攜帶方便，使用簡(jiǎn) 單 ， 測(cè) 試 范 圍 大（01000）測(cè)試誤差小，是我國(guó)電力、電信、氣象等部門(mén)的法定測(cè)試儀表。測(cè)試時(shí) ， 電 極 布 置 可 用0.618法或三角形法。 2流比計(jì)型接地電阻測(cè)試儀

18、 這種接地電阻測(cè)試儀有兩個(gè)動(dòng)圈，一個(gè)電流動(dòng)圈，一個(gè)電壓動(dòng)圈，測(cè)量電源由一臺(tái)手搖直流發(fā)電機(jī)供給。電流動(dòng)圈與接地體、電流電極和直流發(fā)電機(jī)串聯(lián)，并構(gòu)成電流回路。電壓動(dòng)圈串接在接地體與電壓極之間，并與它們構(gòu)成回路。測(cè)量時(shí)，先用手搖直流發(fā)電機(jī)發(fā)出直流電壓，在電流和電壓兩個(gè)回路中將同時(shí)出現(xiàn)電流。流過(guò)電流動(dòng)圈的電流直接反映注入接地體的測(cè)量電流i的大小，而流過(guò)電壓動(dòng)圈的電流則反映接地體在測(cè)量電流i作用下所產(chǎn)生的電壓u的大小，測(cè)量?jī)x器的指針將根據(jù)電流和電壓兩個(gè)動(dòng)圈之比來(lái)偏轉(zhuǎn)，并在ru/i刻度上停下。因?yàn)檫@種方式用的是直流發(fā)電機(jī)，因此，誤差很大，已經(jīng)不太被人利用。 3 數(shù)字化接地電阻測(cè)試儀變頻電源（10300hz

19、正弦波）i/o微處理器被測(cè)接地體信號(hào)調(diào)理a/dui電源：可變頻電源電壓可達(dá)幾百伏，電流可調(diào)到20a。頻率變化可以控制。輸出電壓和頻率變化用i/o電路的到的信號(hào)控制。信號(hào)處理：將接地體上取得的電流和電壓信號(hào)進(jìn)行處理。可以抑制測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的干擾，實(shí)施信號(hào)的隔離與保護(hù)，保證后續(xù)電路安全穩(wěn)定的工作。數(shù)據(jù)采集：將采集的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量、通過(guò)i/o電路實(shí)現(xiàn)對(duì)可變頻電源和信號(hào)處理電路等的控制。微處理機(jī)：測(cè)量?jī)x的中樞（以上三種測(cè)試原理一樣，使用儀表不同）2-3-4鉗形地阻表 電力線(xiàn)路架空地線(xiàn) 鉗形表 架 空 地引下線(xiàn) 接地體 發(fā)送線(xiàn)圈 接收線(xiàn)圈 鉗形地阻表在電力系統(tǒng)的使用 優(yōu)點(diǎn)：方便、快捷，外形酷似鉗形電流表，

20、測(cè)試時(shí)不需輔助測(cè)試樁，只需往被測(cè)地線(xiàn)上一夾，幾秒鐘即可獲得測(cè)量結(jié)果，極大地方便了地阻測(cè)量工作?？梢詫?duì)在用設(shè)備的地阻進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)量，而不需切斷設(shè)備電源或斷開(kāi)地線(xiàn) 缺點(diǎn)：被測(cè)接地體必須能形成電流回路，同時(shí)測(cè)量誤差較大，因此國(guó)家為將其納入法定檢測(cè)儀表中去 測(cè)量原理 鉗形地阻表有兩組線(xiàn)圈，一為發(fā)送線(xiàn)圈，這一特殊的電磁變換器送入線(xiàn)纜的交流恒定電壓。另一線(xiàn)圈為接收圈，發(fā)送線(xiàn)圈在被測(cè)接地體（接地體必須有閉合回路）上感應(yīng)出電流， 該感應(yīng)電流由回路電阻決定。接收圈線(xiàn)圈采集到這一感應(yīng)電流后，便可計(jì)算出閉合回路上的電阻。 從圖中可知，實(shí)際上鉗形地阻表測(cè)量出的是r1r0 不過(guò)r0很小。因此將鉗形地阻表示數(shù)作為被測(cè)的這一

21、個(gè)接地體的接地電阻是不準(zhǔn)確的。為了獲得精確的測(cè)試值，應(yīng)當(dāng)有多少個(gè)引下線(xiàn)測(cè)試多少次后，解方程后求解。如有n個(gè)個(gè)求知數(shù)，必須解n個(gè)方程的非線(xiàn)性方程組，它是有確定解的，但是人工解它是十分困難的，當(dāng)n較大時(shí)甚至是不可能的。因此廠家往往提供求解此類(lèi)問(wèn)題的微機(jī)程序，以便于用戶(hù)使用辦公電腦或手提電腦進(jìn)行機(jī)解。 另外，本方法對(duì)于兩個(gè)接地體的接地系統(tǒng)是無(wú)能為力的。 對(duì)單點(diǎn)接地系統(tǒng)，從測(cè)試原理來(lái)說(shuō)，單點(diǎn)接地是測(cè)不出來(lái)的數(shù)值的。但是，用戶(hù)完全可以利用您的接地系統(tǒng)的周?chē)h(huán)境，人為地制造一個(gè)回路進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)然，這種選擇比用搖表還繁，并且似乎有些牽強(qiáng)。 對(duì)接地網(wǎng)，這種方法得出的數(shù)值準(zhǔn)確性如何，大家可以得出自己的結(jié)論。第三

22、章 電子設(shè)備的接地系統(tǒng) 電子設(shè)備的接地系統(tǒng)是特指電子設(shè)備系統(tǒng)本身的接地系統(tǒng)。但是，由于目前共用接地系統(tǒng)被證明有許多優(yōu)越性而的到廣泛的應(yīng)用，因此在研究電子設(shè)備接地系統(tǒng)是要談到電子設(shè)備機(jī)房建筑物的接地。電子系統(tǒng)本身的接地必須遵循 的各項(xiàng)要求 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ieee 1100寫(xiě)到： 1）所有含有易受或能夠產(chǎn)生射頻干擾的電子設(shè)備的建筑物或綜合機(jī)房，必須設(shè)置低電阻的參考地或接地匯流排； 2）不同類(lèi)型的系統(tǒng)必須相互絕緣，防止系統(tǒng)間地電位差產(chǎn)生的飛?。?3）裝有電子設(shè)備的機(jī)架或機(jī)箱，必須有效的直接連接到專(zhuān)用的參考接地點(diǎn)，也可采用樹(shù)干形接地中的一支； 4）必須避免形成閉合回路； 5）當(dāng)靈敏的電子設(shè)備和電磁干擾源

23、設(shè)置在同一建筑物內(nèi)時(shí)，電纜和機(jī)箱必須屏蔽。3-1 3-1 電子設(shè)備機(jī)房建筑物直擊雷電子設(shè)備機(jī)房建筑物直擊雷防護(hù)防護(hù) 建筑物防雷設(shè)施包括對(duì)直擊雷、側(cè)擊雷和雷電電磁脈沖防護(hù)三大部分， 直擊雷是雷電擊中建筑物的天面部分； 側(cè)擊雷是指雷電擊中建筑物的天面以下部分，地面以上的部分； 感應(yīng)雷則是當(dāng)雷云發(fā)生自閃，云際閃，云地閃時(shí)，在進(jìn)入建筑物的各類(lèi)金屬管，線(xiàn)上產(chǎn)生的雷電電磁脈沖。 雷電電磁脈沖（習(xí)慣上稱(chēng)為感應(yīng)雷）的防護(hù)設(shè)施是對(duì)這種雷電電磁脈沖起限制作用，從而保護(hù)建筑物內(nèi)各類(lèi)電器設(shè)備的安全。3-23-2電子設(shè)備機(jī)房的建筑物的避雷針、電子設(shè)備機(jī)房的建筑物的避雷針、避雷網(wǎng)、避避雷網(wǎng)、避雷帶雷帶 1）避雷針：避雷針

24、是引雷針，它可以主動(dòng)的將雷電引向自己，增加了雷擊建筑物的概率，因此，含電氣電子設(shè)備的建筑物應(yīng)當(dāng)避免設(shè)置避雷針。 2）若雷電被動(dòng)擊到建筑物怎么辦？可以在平頂建筑物頂部繞女兒墻一周安裝避雷帶，在坡頂建筑物的屋脊和周遍敷設(shè)避雷帶，使雷擊建筑物時(shí)，可迅速將雷電泄放到大地。 3）在要求防護(hù)等級(jí)較高的建筑物，還可以在屋頂設(shè)置格柵形避雷網(wǎng)。避雷網(wǎng)不但有接閃的功能，還可以是建筑物屏蔽（法拉第籠）的一部分。 避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶必須有良好的接地裝置。 3-3 3-3 電子設(shè)備機(jī)房的建筑物的電子設(shè)備機(jī)房的建筑物的接地系統(tǒng)接地系統(tǒng) 防雷地：防雷地： 機(jī)房建筑物的避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶的地， 交流電源工作地工作地（

25、交流電源中性地地線(xiàn)） 設(shè)備安全保護(hù)地保護(hù)地（pe）、屏蔽地， 通信及計(jì)算機(jī)直流地（在數(shù)據(jù)通信中叫邏輯地） 防靜電地 從前通行的做法是各自獨(dú)立設(shè)置接地裝置，各接地裝置間保持?jǐn)?shù)m以至20m的距離。 獨(dú)立接地裝置 優(yōu)點(diǎn)：各系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，不會(huì)相互干擾，尤其通信系統(tǒng)防止干擾十分重要。 缺點(diǎn)：在抗過(guò)壓能力較低的微電子設(shè)備廣泛使用的現(xiàn)代，由于分開(kāi)接地，雷擊時(shí)，有的接地系統(tǒng)處于高電位，有的處于低電位，即使各接地系統(tǒng)間的電位差不太大，都可能造成微電子設(shè)備的損壞。 共用接地系統(tǒng) 把需要接地的各系統(tǒng)統(tǒng)一接到一個(gè)地網(wǎng)上，或把各系統(tǒng)原來(lái)的接地網(wǎng)通過(guò)金屬在地下或地上連接起來(lái)，使各接地系統(tǒng)之間成為電氣相通的一個(gè)地網(wǎng)。 采用

26、共用接地系統(tǒng)的電子設(shè)備，雷擊時(shí)，各接地子系統(tǒng)處于共同的電位（即等電位）下，因此，不會(huì)產(chǎn)生電位差而被擊壞。 其次，在一個(gè)電子設(shè)備機(jī)房建筑物狹小的空地上要做相互距離大于20m的多個(gè)接地裝置，并與各種地下金屬管道、電纜金屬護(hù)套（或屏蔽層）、各大金屬構(gòu)件有足夠的距離不易做到。因此，共用接地系統(tǒng)逐漸被人們接受。從防雷的角度講，共地系從防雷的角度講，共地系統(tǒng)的防雷效果最好。但是，現(xiàn)代電子設(shè)備的抗電氣或電磁干擾統(tǒng)的防雷效果最好。但是，現(xiàn)代電子設(shè)備的抗電氣或電磁干擾的能力很低，共地系統(tǒng)有可能造成與共地系統(tǒng)連接的各設(shè)備間的能力很低，共地系統(tǒng)有可能造成與共地系統(tǒng)連接的各設(shè)備間的相互干擾或外界電磁場(chǎng)輻射通過(guò)共地系統(tǒng)

27、干擾的相互干擾或外界電磁場(chǎng)輻射通過(guò)共地系統(tǒng)干擾。 因此，共地系統(tǒng)是有嚴(yán)格規(guī)范共地系統(tǒng)是有嚴(yán)格規(guī)范的。的。3-4 “通信大通信大樓的連接布樓的連接布置和接地置和接地”主要技術(shù)介主要技術(shù)介紹紹 3-4-13-4-1通信設(shè)備連接結(jié)構(gòu)和接地方式的不同種類(lèi)注：1） 代表設(shè)備或設(shè)備系統(tǒng)群； 2） 代表建筑鋼結(jié)構(gòu)為主體的共用接地系統(tǒng)cbn；） 3） 代表設(shè)備地線(xiàn)與附近鋼結(jié)構(gòu)（共用地線(xiàn)系統(tǒng)）的連接點(diǎn)或設(shè)備地線(xiàn)與專(zhuān)門(mén)接地 點(diǎn)的連接點(diǎn)。星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)基本的等電位連接網(wǎng)格單點(diǎn)連接法多點(diǎn)連接法與共用接地系統(tǒng)cbn連接方法a、內(nèi)部星狀隔離連接法b、內(nèi)部網(wǎng)狀隔離連接法c、內(nèi)外網(wǎng)狀多點(diǎn)連接法無(wú)法實(shí)現(xiàn) 1）對(duì)整個(gè)大樓（局

28、站建筑）來(lái)看，圖 中小方塊就是一個(gè)系統(tǒng)（或一個(gè)機(jī)房）了；而對(duì)單獨(dú)一個(gè)系統(tǒng)（或一個(gè)機(jī)房）來(lái)說(shuō)，圖中的小方塊就是一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)機(jī)框。 2）從簡(jiǎn)單連接結(jié)構(gòu)與接地原理來(lái)看，可以將接地方式分為圖中的三種基本模式： a、 內(nèi)部星狀隔離連接法（內(nèi)部星狀隔離連接法（star-ibn）：如）：如圖圖a所示，內(nèi)部星狀連接，但與共用接地系統(tǒng)所示，內(nèi)部星狀連接，但與共用接地系統(tǒng)cbn（如建筑鋼結(jié)構(gòu)）只有一個(gè)點(diǎn)連接。（如建筑鋼結(jié)構(gòu)）只有一個(gè)點(diǎn)連接。 b、 內(nèi)部網(wǎng)狀隔離連接法（內(nèi)部網(wǎng)狀隔離連接法（mesh-ibn）：如）：如圖圖b所示，內(nèi)部網(wǎng)格狀連接，但與共用接地系所示，內(nèi)部網(wǎng)格狀連接，但與共用接地系統(tǒng)統(tǒng)cbn（如建筑鋼

29、結(jié)構(gòu)）只有一個(gè)點(diǎn)連接。（如建筑鋼結(jié)構(gòu)）只有一個(gè)點(diǎn)連接。 c、 內(nèi)外網(wǎng)狀多點(diǎn)連接法（內(nèi)外網(wǎng)狀多點(diǎn)連接法（mesh-bn）：如）：如圖圖c所示，內(nèi)部網(wǎng)格狀連接，外部也是與共用所示，內(nèi)部網(wǎng)格狀連接，外部也是與共用接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)cbn網(wǎng)格狀連接（與建筑鋼結(jié)構(gòu)多點(diǎn)網(wǎng)格狀連接（與建筑鋼結(jié)構(gòu)多點(diǎn)連接）。連接）。3-5 3-5 一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地 從防雷的角度講，共用接地系統(tǒng)的防護(hù)效果最好，從防雷的角度講，共用接地系統(tǒng)的防護(hù)效果最好，而共用接地系統(tǒng)又是在微電子設(shè)備大量使用時(shí)提出而共用接地系統(tǒng)又是在微電子設(shè)備大量使用時(shí)提出的。微電子設(shè)備傳輸?shù)亩际堑碗娖叫盘?hào)，因此任何的。微電子設(shè)備傳輸?shù)亩际堑?/p>

30、電平信號(hào)，因此任何電氣或電磁干擾都會(huì)影響傳輸。大家在進(jìn)行雷電防電氣或電磁干擾都會(huì)影響傳輸。大家在進(jìn)行雷電防護(hù)時(shí)，一定要記住這樣一個(gè)原則，即電源防護(hù)是人護(hù)時(shí)，一定要記住這樣一個(gè)原則，即電源防護(hù)是人身防護(hù)第一，設(shè)備防護(hù)第二，電子設(shè)備防護(hù)是傳輸身防護(hù)第一，設(shè)備防護(hù)第二，電子設(shè)備防護(hù)是傳輸質(zhì)量第一，雷電防護(hù)第二。雷電是小概率事件，不質(zhì)量第一，雷電防護(hù)第二。雷電是小概率事件，不是時(shí)時(shí)刻刻都有雷擊，但信號(hào)傳輸是時(shí)時(shí)在進(jìn)行，是時(shí)時(shí)刻刻都有雷擊，但信號(hào)傳輸是時(shí)時(shí)在進(jìn)行，因此，在采用防雷措施時(shí)，作為用戶(hù)來(lái)講，第一要因此，在采用防雷措施時(shí)，作為用戶(hù)來(lái)講，第一要問(wèn)的是問(wèn)的是“會(huì)不會(huì)影響信號(hào)傳輸會(huì)不會(huì)影響信號(hào)傳輸”。

31、防雷措施不當(dāng)響信號(hào)傳輸?shù)脑蛑饕袃蓚€(gè) 1）防雷設(shè)備的問(wèn)題：選用的工作電壓不合適、與信號(hào)傳輸線(xiàn)阻抗不匹配、在使用頻率內(nèi)對(duì)信號(hào)衰耗過(guò)大； 2）接地、屏蔽不合理使干擾信號(hào)通過(guò)電阻耦合或輻射影響信號(hào)傳輸。 為什么要單點(diǎn)接地？ 二三十年前，無(wú)線(xiàn)電頻率（rfi）被認(rèn)為是對(duì)電子設(shè)備的主要干擾，因?yàn)楫?dāng)時(shí)傳輸?shù)闹饕悄M信號(hào)（解調(diào)后的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)常被噪音干擾）。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用，由電氣電子設(shè)備產(chǎn)生的雜散電磁波也會(huì)對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生干擾。長(zhǎng)時(shí)間的電磁干擾，可以使數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備無(wú)法識(shí)別傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。電磁干擾有兩個(gè)途徑，一是輻射干擾，我們將機(jī)箱、機(jī)柜接地，采用接地的屏蔽電纜及對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房采取屏蔽措施等等，就是為了減少雜散

32、電磁波的輻射干擾。二是傳導(dǎo)干擾，主要通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)、電阻耦合等從一個(gè)系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)系統(tǒng)。解決的方法是采用濾波器和合理接地。多點(diǎn)接地抗干擾能力低計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)的三個(gè)內(nèi)部有連接的設(shè)備機(jī)柜，用多點(diǎn)接地的方式接到同一共用接地網(wǎng)上，并且在接地網(wǎng)分別引入三條接地線(xiàn)。由各種原因產(chǎn)生的干擾電流ig在接地地平面內(nèi)流動(dòng)，并在a、b點(diǎn)間和b、c點(diǎn)間產(chǎn)生感應(yīng)電壓vg1和vg2（因?yàn)閮牲c(diǎn)間有電阻，干擾電流ig經(jīng)電阻產(chǎn)生電壓）。 rg1 rg2 地中的干擾電流 ig vg1 vg2 設(shè)備 1 設(shè)備 2 設(shè)備 3 a a b b c c 圖 26 多點(diǎn)接地時(shí)的感應(yīng)共模干擾電壓 vg1和 vg2 a、b、c三點(diǎn)間電位不一樣，即vg1

33、和vg2是干擾源。該共模干擾電壓vg1和vg經(jīng)接地線(xiàn)耦合到兩個(gè)設(shè)備間，干擾了設(shè)備的正常傳輸數(shù)據(jù)。單點(diǎn)接地可以減少干擾若采用左圖 的方式，將三臺(tái)設(shè)備的地線(xiàn)全部都接于b點(diǎn)，因此避免了由地中的干擾電流ig引起公共阻抗耦合效應(yīng)，感應(yīng)電壓為0。當(dāng)電子設(shè)備信號(hào)頻率低時(shí)，可以忽略接地線(xiàn)的阻抗（電阻、感抗、容抗），所以，a、b、c的電壓與b點(diǎn)基本一致。這種將各設(shè)備（系統(tǒng)）都接到接地網(wǎng)（或接地母線(xiàn)）同一點(diǎn)的連接方法叫“一點(diǎn)接地法”。一點(diǎn)接地法使各設(shè)備（系統(tǒng)）的地線(xiàn)處于同一電位下，重要的是各接地線(xiàn)間沒(méi)有干擾電流流動(dòng)。各設(shè)備（系統(tǒng)）間的干擾問(wèn)題基本得到解決，尤其50hz 的干擾得到消除。所以，在工作頻率10mhz以

34、下的在電子設(shè)備應(yīng)當(dāng)采用“一點(diǎn)接地法”。 地中的干擾電流ig 設(shè)備1 設(shè)備2 設(shè)備3 a a b b c c 一點(diǎn)接地法在高頻段還是有干擾 當(dāng)信號(hào)或電磁干擾的頻率相當(dāng)高或者采用快速邏輯時(shí)，不可以忽略接地線(xiàn)的阻抗（電阻、感抗、容抗），這時(shí)需要用級(jí)短的接地引線(xiàn)將設(shè)備接到“0電位基準(zhǔn)面”上。使串連電阻減到最小和將駐波減到最小。用沒(méi)有阻抗的最短的線(xiàn)將設(shè)備接到地表面是不可能的，因此通常采將地網(wǎng)的延伸到建筑物機(jī)房?jī)?nèi)，即選用一個(gè)大的導(dǎo)體作為接地平面，將設(shè)備多點(diǎn)接到金屬平面上。左圖的內(nèi)部網(wǎng)狀隔離連接法中的網(wǎng)狀連接，實(shí)際就是多點(diǎn)連接。注意圖中機(jī)架上方的金屬等電位平面。.直流電源配電柜機(jī)柜多點(diǎn)互連的地電位參考平臺(tái)圖

35、27采用內(nèi)部網(wǎng)狀隔離連接網(wǎng)mensh-ibn方法的通信系統(tǒng)至 總 地排cbn至 直流 正極單點(diǎn)連接點(diǎn)spc3-6 3-6 接地分配系統(tǒng)接地分配系統(tǒng)電子系統(tǒng)極其分支系統(tǒng)可以用節(jié)點(diǎn)型的接地分配系統(tǒng)連接。圖30所示的接地分配系統(tǒng)是從一點(diǎn)接地的概念發(fā)展起來(lái)的。一點(diǎn)接地的概念要求接地分配系統(tǒng)按樹(shù)干形或星形結(jié)構(gòu)布置，以免形成磁場(chǎng)敏感環(huán)路，引入噪音。 地網(wǎng) 第一級(jí)節(jié)點(diǎn) （總接地匯流排） 第二級(jí)節(jié)點(diǎn) （接地匯流排） 第三級(jí)節(jié)點(diǎn) （設(shè)備機(jī)殼） 第四級(jí)節(jié)點(diǎn) （ 機(jī) 箱 內(nèi) 的 分 接地匯流排） 第一級(jí)節(jié)點(diǎn)是總接地匯流排（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為總接地匯流排mgb或系統(tǒng)接地點(diǎn)segp），第二級(jí)節(jié)點(diǎn)是接地匯流排，第三級(jí)節(jié)點(diǎn)是機(jī)架

36、和機(jī)箱的分配點(diǎn)，第四級(jí)節(jié)點(diǎn)是電路板上的接地分配點(diǎn)。 接地裝置建立以后，應(yīng)設(shè)置總接地匯流排（也可用銅板，圖30 畫(huà)的是銅板）完成與接地裝置的單點(diǎn)接地，這算是第一級(jí)節(jié)點(diǎn)。第二級(jí)節(jié)點(diǎn)接地匯流排一般作成條形或不閉合的環(huán)形，以與機(jī)柜等的連接線(xiàn)最短（一般不應(yīng)超過(guò)30cm），也可用母線(xiàn)。電子設(shè)備的機(jī)殼、機(jī)架內(nèi)的接地螺栓是第三級(jí)節(jié)點(diǎn)。通常接地螺栓設(shè)在機(jī)殼的底部，以便于從底部接線(xiàn)，或在機(jī)殼的頂部，以便于從機(jī)殼上面的電纜托架內(nèi)的接地匯集線(xiàn)連接。第四級(jí)節(jié)點(diǎn)是設(shè)在機(jī)殼內(nèi)的或機(jī)架一側(cè)的接地匯流條，用來(lái)與機(jī)殼內(nèi)電路板或機(jī)架內(nèi)的設(shè)備底盤(pán)連接。3-7 3-7 歐洲鐵路對(duì)信號(hào)機(jī)房的電磁兼容防護(hù)歐洲鐵路對(duì)信號(hào)機(jī)房的電磁兼容防護(hù)1）防護(hù)雷電過(guò)電壓的總的原則是使用防雷器和接地匯流排，在過(guò)電壓時(shí)，用防雷器保證雷擊時(shí)信號(hào)線(xiàn)路與設(shè)備機(jī)殼之間等電位，并允許電荷盡可能釋放到大地和軌道上去。 2）電纜托架、建筑物鋼筋混凝土地網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)、建筑物金屬屋頂、供電設(shè)備（ups配電柜，轉(zhuǎn)轍機(jī)配電柜）、計(jì)算機(jī)機(jī)柜、繼電器架等適當(dāng)連接組成金屬網(wǎng)，建立一個(gè)法拉第籠，所有金屬設(shè)備：支架、機(jī)柜