現(xiàn)代的建筑物內(nèi)存在多種接地,如防雷接地、電氣安全接地、交流電源工作接地、通信及計算機(jī)控制系統(tǒng)接地等。其中,計算機(jī)控制系統(tǒng)的接地種類最為復(fù)雜,在計算機(jī)控制系統(tǒng)中,為防止雜散分布電容耦合、靜電及沖擊電流的影響,保證計算機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作,保證操作人員的安全,建立一個良好的接地系統(tǒng)是十分必要的。在計算機(jī)系統(tǒng)接地中,各功能的接地有六種之多,這些接地既相互聯(lián)系,又相互排斥,所以,在設(shè)計時,處理得是否正確,將直接影響系統(tǒng)的正常工作和施工進(jìn)度。為避免這種情況,需注意下面兩個方面:(1)接地點(diǎn)是否正確,正確的接地方式可防止控制系統(tǒng)各部分的串?dāng)_;(2)接地是否牢固,盡量使各接地點(diǎn)處于零阻抗,以減少接地線上的電壓降。
1計算機(jī)控制系統(tǒng)接地種類及作用
按《電子計算機(jī)房設(shè)計規(guī)范》(gb50174-93)規(guī)定:“電子計算機(jī)機(jī)房的接地一般有四種,交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地、防雷保護(hù)接地等四種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻按其中最小值確定”。計算機(jī)接地系統(tǒng)的種類按其接地功能不同可分為兩大類:工作接地和保護(hù)接地。
1.1工作接地:
(1)直流工作接地:①懸浮接地;②直接接地:串聯(lián)接地、并聯(lián)接地、網(wǎng)絡(luò)接地;③數(shù)字地和模擬地。(2)交流工作接地。1.2保護(hù)接地:(1)安全保護(hù)接地:①屏蔽接地;②靜電接地。(2)防雷保護(hù)接地。下面針對上述的各種接地方式依次進(jìn)行分析:
1.2.1直流工作接地
這里的直流地是指計算機(jī)控制系統(tǒng)中的直流電源的地線,就是計算機(jī)本身的邏輯參考地,即計算機(jī)控制系統(tǒng)中的數(shù)字電路的等電位地;放大器1采樣/保持器以及a/d轉(zhuǎn)換器輸入信號的零電位(稱為模擬地);傳感器的地(稱為信號地),目的是保證控制系統(tǒng)電路工作時有一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位,不致因零電位浮動而引起信號的誤差,在具備統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位時,還可防止外界電磁場干擾。這個基準(zhǔn)電位點(diǎn)(面)對整個系統(tǒng)來說是一個參考面,不一定就是大地零電位,本身可能帶電,此等電位點(diǎn)又稱“工作地”。這個“工作地”只是用來描述具有零伏電位的有關(guān)系統(tǒng)接到基準(zhǔn)點(diǎn)、線或平面上,由于零電流接地故障和短路電流的短時出現(xiàn),該零伏電位基準(zhǔn)點(diǎn)、線或平面對遠(yuǎn)處的大地來講,可能具有很高的電位,但對有關(guān)系統(tǒng)來說,仍然是零伏電位。
(1)懸浮接地:當(dāng)該“工作地”不直接地時,稱為懸浮接地,當(dāng)“工作地”與大地之間的絕緣電阻值大于1mω時,可以認(rèn)為直流工作接地是懸浮的。其優(yōu)點(diǎn)是可以避免電路之間產(chǎn)生導(dǎo)電性電磁干擾,這產(chǎn)生地環(huán)路和電氣噪聲。適用于:雜散分布電容耦合通路可忽略不計和頻率較低的情況;
(2)直接接地:當(dāng)該“工作地”經(jīng)一低阻抗通路接至大地時,稱為直接接地。當(dāng)懸浮接地不滿足上述條件時,就必須采用其它的接地形式。通常采用直流直接接地的作法,直流地的接地電阻原則上越小越好,就目前國內(nèi)外生產(chǎn)的計算機(jī)看,一般小于1ω,對此處理主要有三種方法:①串聯(lián)接地:將計算機(jī)控制系統(tǒng)中各設(shè)備的直流工作接地以串聯(lián)的方式接至“直流地”母線上。②并聯(lián)接地:將計算機(jī)控制系統(tǒng)中各設(shè)備的直流地并聯(lián)接至“直流地”母線上;③網(wǎng)絡(luò)接地:就是利用一定面積的銅排,在活動地板下組成銅排網(wǎng)絡(luò)。為了保證絕緣,銅排網(wǎng)下需墊2~3mm厚的絕緣橡皮或其它絕緣物體。各設(shè)備的直流工作接地接至網(wǎng)絡(luò),同時網(wǎng)絡(luò)與接地體相連。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)邊長等于30mhz波長,0.5m時,對從直流到30mhz的所有頻率,在接地網(wǎng)上任何兩點(diǎn)之間幾乎沒有電位差。以上三種接地方式的采用,應(yīng)根據(jù)機(jī)房面積、計算機(jī)的工作性質(zhì)、干擾源的情況和計算機(jī)廠家安裝要求等實(shí)際情況綜合加以確定;
(3)數(shù)字地和模擬地:在計算機(jī)控制系統(tǒng)中,數(shù)字地和模擬地都是直流工作地,但在系統(tǒng)內(nèi)部必須分別接地。即使同一芯片上有兩種地也要分別進(jìn)行接地,然后僅在一點(diǎn)處把兩種地連接起來。否則,數(shù)字回路通過模擬電路的地線再返回到數(shù)字電,將會對模擬信號產(chǎn)生影響。
1.2.2交流工作接地
交流工作接地又稱功率地,是控制系統(tǒng)中交流電源及交流大電流電路的接地,其性質(zhì)和電力系統(tǒng)中的工作是一樣的,實(shí)際上就是低壓電力系統(tǒng)中,交流電力變壓器地,它屬于大電流系統(tǒng)的地,這樣做的目的只有一個:安全。這個地有兩個作用:
(1)通過低阻抗導(dǎo)體把所有設(shè)備連接在一起,并把這個系統(tǒng)接到接地裝置上去,于是,所有設(shè)備具有同樣的電位,且此電位是地電位。這樣,即使在故障狀態(tài)下,任何兩個暴露的非帶電的金屬之間或非帶電金屬與地之間,都不存在不安全的電位差;
(2)設(shè)備接地為故障電流提供了一條安全的低阻抗返回通路,可以讓過電流裝置快速切除故障,使損壞減至最小。同時,又保證電路的干擾信號泄漏到大地中,不致干擾靈敏的信號電路或測量回路。對于直流地來說,它是噪聲地。我國通用電氣規(guī)程規(guī)定:交流工作地的接地電阻應(yīng)小于4ω。
1.2.3保護(hù)接地
保護(hù)接地的作用是避免操作人員因電子設(shè)備的絕緣損壞或下降時遭受觸電的危險并保證設(shè)備的安全。
(1)安全保護(hù)接地:簡稱安全地,它是指電力設(shè)備的金屬外殼由于進(jìn)線電源絕緣被損壞,有可能帶上危險相電壓。為了防止這種危險電壓危及人身和設(shè)備安全,將正常工作時的不帶電的金屬外殼(如機(jī)柜外殼、元件外殼等)接地。
優(yōu)點(diǎn):機(jī)殼接地可使高頻干擾電壓形成低阻抗通路,防止其對電子電路的干擾。根據(jù)我國供電結(jié)線方式特點(diǎn)的不同,安全性接地有五種形式;tn-c系統(tǒng)、tn-s系充、tn-c-s系統(tǒng)、it系統(tǒng)、tt系統(tǒng)。目前,國內(nèi)外的計算機(jī)安全接地多采用第②、第⑤種方式、安全保護(hù)接地電阻應(yīng)小于4ω;
(2)靜電接地:是為了消除計算系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的靜電電荷而設(shè)的一種接地。由于機(jī)房內(nèi)的濕度一般不低于50%,且機(jī)房內(nèi)大都采用抗靜電活動地板,產(chǎn)生靜電的可能性較小,因而,一般可不再設(shè)此接地。其接地電阻一般應(yīng)小于10ω;
(3)屏蔽接地:一般用于通訊系統(tǒng)較多。是將設(shè)備屏蔽體和大地之間用低阻導(dǎo)線連接起來,形成電氣通路,為高頻干擾信號提供通路,其作用有兩點(diǎn):
(1)防止計算機(jī)處理的信息被竊??;
(2)防止外界電磁場干擾計算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其接地電阻一般應(yīng)小于2ω。屏蔽接地已包含在計算機(jī)機(jī)殼的安全保護(hù)接地內(nèi),一般設(shè)計時不再另設(shè)。#p#分頁標(biāo)題#e#
2計算機(jī)接地系統(tǒng)的接地方式及作用
此處的接地系統(tǒng)是指計算機(jī)控制系統(tǒng)的交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地、防雷保護(hù)接地與大地之間的關(guān)系,接地系統(tǒng)的接地方式可分為二類:獨(dú)立接地和共用接地。下面分別加以論述:
2.1獨(dú)立接地:每種接地分別接到獨(dú)立的接地裝置,其中部分接地通過接地母線相連分別接至獨(dú)立的接地裝置。
特點(diǎn):計算機(jī)的直接地、功率地、建筑物的防雷地等分別獨(dú)立接大地,表面看上去較完美。
缺點(diǎn):在實(shí)際工程中,投資高,施工困難,除非在特定條件下非這樣做不可時才采用這種接地系統(tǒng)。
(1)直流工作接地懸浮時,諸地間的關(guān)系:當(dāng)計算機(jī)控制系統(tǒng)的直流地懸浮時,除防雷接地外,其他諸地可分別接在同一母線上再接至接地裝置;為了防止反擊現(xiàn)象,要求與防雷接地裝置的距離大于5m。
(2)直流直接接地時,諸地間的關(guān)系:①直流地和防雷地各自獨(dú)立,安全地和交流地共用一個接地裝置。缺點(diǎn):施工中這三個接地裝置真正做到電氣上的相互獨(dú)立的要求是難以實(shí)現(xiàn)的;②直流地、交流地和安全地共用一個接地裝置,防雷地為單獨(dú)接地裝置。優(yōu)點(diǎn):施工方便、投資少,目前的工程實(shí)踐中采用較多,但對兩個接地裝置之間距離(大于5m)的要求必須滿足;③計算機(jī)直流地和安全地共用一個接地裝置,其他動力設(shè)備與計算機(jī)設(shè)備的交流地共用一接地裝置,防雷地為單獨(dú)接地裝置。優(yōu)點(diǎn):可避免非計算機(jī)系統(tǒng)的動力設(shè)備對計算機(jī)的交流信號干擾。要求三個獨(dú)立接地裝置相互間距離應(yīng)大于5m。
2.2共用接地:
從電氣安全的觀點(diǎn)看,最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的措施是采用等電位聯(lián)結(jié),而總等電位聯(lián)結(jié)實(shí)際上就是共用接地。即將一幢建筑物的各種接地裝置共同連接到一個接地裝置上。否則,當(dāng)防雷裝置遭雷擊時,其電位升高(最高可達(dá)百萬伏級),使人身遭受電擊或引發(fā)火災(zāi),損環(huán)設(shè)備等事故的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用共用接地的情況。另外,當(dāng)220/380v系統(tǒng)發(fā)生的相線設(shè)備外殼的接地故障時,而保護(hù)開關(guān)未能及時跳開故障點(diǎn),勢必在接地的電氣裝置外露可導(dǎo)電部分與其他獨(dú)立接地的金屬體之間存在很高的危險電壓。共用接地在施工中應(yīng)該注意:各種接地在采用單點(diǎn)或多點(diǎn)接地時共用一個接地裝置,但不能隨意連接。正確的連接方法是:各設(shè)備或箱柜中的各種接地分別接至各自的接地母線上,然后將這些母線分別接到接地裝置上,在這之前,設(shè)備的接地分支線和接地母線應(yīng)嚴(yán)格地絕緣。共用接地的連接形式分三種。
(1)單點(diǎn)接地:是電路中某一點(diǎn)被定義為零電位基準(zhǔn)點(diǎn),計算機(jī)控制系統(tǒng)中所有零電位接地點(diǎn)都直接接到它上面。當(dāng)系統(tǒng)有多臺箱柜時,每一個箱柜及其電子電路的接地可以與其它箱柜分開,各箱柜的接地僅在整個系統(tǒng)的接地基準(zhǔn)點(diǎn)連接。優(yōu)點(diǎn):消除了公共阻抗耦合和低頻接地環(huán)路,很好地工作于小于1mhz的頻率;(2)多點(diǎn)接地:是每一接地以最補(bǔ)的連線連到零伏電位接地基準(zhǔn)平面上,使接地線的申聯(lián)電阻和駐波效應(yīng)減到最小。這個基準(zhǔn)面可以是一臺設(shè)備的外殼,當(dāng)采用多臺設(shè)備時,則布遍整個系統(tǒng)的接地網(wǎng)(線)。優(yōu)點(diǎn):可應(yīng)用于頻率大于(等于)10mhz的高頻電路,施工時接地連接比單點(diǎn)接地易實(shí)現(xiàn),而且高頻下駐波效應(yīng)可減至最??;(3)混合接地:多點(diǎn)和單點(diǎn)接地同時存在的接地方式。特點(diǎn):這種接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單,施工較容易,但該系統(tǒng)不夠安全,故國內(nèi)外很少采用這種接地系統(tǒng)。
3結(jié)合實(shí)例分析
在實(shí)際工作中,并非所有的計算站全部都具備上述接地,一般應(yīng)根據(jù)計算機(jī)的工作性質(zhì)和實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮,某計算機(jī)室一種接地作法,系統(tǒng)采用共用接地。直流工作地采用多點(diǎn)接地。為了使這個計算機(jī)直流系統(tǒng)有一個統(tǒng)一的電位參考面,這三臺設(shè)備直流地應(yīng)接到同一接地裝置上,本設(shè)計采用接地網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的接地裝置,這三臺設(shè)備分別以最短連線接至懸浮網(wǎng)絡(luò)上,①為多點(diǎn)接地的零伏電位接地基準(zhǔn)平面,該接地網(wǎng)格的邊長等于30mhz波長的0.5m時,對于從直流到30mhz的所有頻率,在接地網(wǎng)上的任何兩點(diǎn)之間幾乎沒有電位差。當(dāng)活動地板的單件尺寸為0.6×0.6(m)時,接地網(wǎng)邊長則宜采用0.6m。 ②~⑤點(diǎn)內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的交流工作地、安全保護(hù)地一同接至配電箱端子板上,并由端子板引至系統(tǒng)接地裝置。這種使所有設(shè)備具有同樣接地電位的作法非常安全,同時防止了由不合理接地引起的干擾問題。
4結(jié)束語
目前,國內(nèi)計算機(jī)接地有一個混淆不清的問題,即如何正確地選擇與計算機(jī)接地系統(tǒng)相連接的接地體,許多計算機(jī)制造廠常見的一個錯誤就是要求裝設(shè)一組與電力系統(tǒng)(包括防雷)接地體分開的獨(dú)立接地體。這種作法不安全,在一些發(fā)達(dá)國家的電氣法規(guī)上是不允許的,因為這種作法不僅不能消除噪聲,還可能成為產(chǎn)生計算機(jī)噪聲的一種根源。許多工程實(shí)踐表明,電源、邏輯、安全保護(hù)和防雷各獨(dú)立接地系統(tǒng)被雷擊損壞的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于共用接地系統(tǒng)。
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