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技術(shù)文章

接地方式
接地
 
　　(1)為防止觸電或保護(hù)設(shè)備的可靠,把電力電訊等設(shè)備的金屬底盤或外殼接上地線
 
　　(2) 利用大地作電流回路
 
　　接地線
 
　　以美國的電源系統(tǒng)而言，除了火線 ( Hot Line ) 與零線 ( NeutralLine ) 外，中間圓頭的插 Pin 即是所謂的接地 Pin，其接地的功用除了將一些無用的電流或是噪聲干擾導(dǎo)入大地外，濟(jì)大功用為保護(hù)使用者不被電擊，以 UPS 而言，有些 UPS會將零線與地線間的電壓標(biāo)示出來，確保產(chǎn)品不會造成對人體的電擊傷害。
 
　　在電力系統(tǒng)中，將設(shè)備和用電裝置的中性點(diǎn)、外殼或支架與接地裝置用導(dǎo)體作良好的電氣連接叫做接地。
 
　　接地的作用總的步說可以分為有兩個(gè)：保護(hù)人員和設(shè)備不受損害叫保護(hù)接地；保障設(shè)備的正常運(yùn)行的叫工作接地。這里的分類是指接地工程設(shè)計(jì)施工中考慮的各種要求，并不表示每種“地”都需要獨(dú)立開來。相反，除了有地電信號抗干擾、設(shè)備本身專門要求等特殊原因之外，我們提倡盡量采用聯(lián)合接地的方案。
 
　　1、保護(hù)接地
 
　　防雷接地是受到雷電襲擊（直擊、感應(yīng)或線路引入）時(shí)，為防止造成損害的接地系統(tǒng)。常有信號（弱電）防雷地和電源（強(qiáng)電）防雷地之分，區(qū)分的原因不僅僅是因?yàn)橐蠼拥仉娮璨煌?，而且在工程?shí)踐中信號防雷地常附在信號獨(dú)立地上，和電源防雷地分開建設(shè)。
 
　　機(jī)殼可靠接地是將系統(tǒng)中平時(shí)不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺外殼等)與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身可靠。原因是系統(tǒng)的供電是強(qiáng)電供電（380、220或11OV），通常情況下機(jī)殼等是不帶電的，當(dāng)故障發(fā)生（如主機(jī)電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時(shí)，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，如果沒有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，那么就會通過人身形成通路，產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機(jī)殼和地等電位。此外，保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。
 
　　2、工作接地
 
　　工作接地是為了使系統(tǒng)以及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。它分為機(jī)器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系統(tǒng)中還有本安接地。
 
　　機(jī)器邏輯地，也叫主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等電源的輸出地。
 
　　信號回路接地，如各變送器的負(fù)端接地，開關(guān)量信號的負(fù)端接地等。
 
　　屏蔽接地（模人信號的屏蔽層的接地）。
 
　　本安接地，是本安儀表或可靠柵的接地。這種接地除了抑制干擾外，還有使儀表和
 
　　系統(tǒng)具有本質(zhì)可靠性質(zhì)的措施之一。本安接地會因?yàn)椴捎玫脑O(shè)備的本實(shí)措施不同而不同，下面以齊納式可靠柵為例，說明其接地內(nèi)容。
 
　　可靠柵的作用是保護(hù)危險(xiǎn)現(xiàn)場端永遠(yuǎn)處于可靠電源和可靠電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場端短路，則由于負(fù)載電阻和可靠柵電阻R的限流作用，會將導(dǎo)線上的電流限制在可靠范圍內(nèi)，使現(xiàn)場端不至于產(chǎn)生很高的溫度，引起燃燒。弟二種情況，如果計(jì)算機(jī)一端產(chǎn)生故障，則高壓電信號加入了信號回路，則由于齊納二級的嵌位作用，也使電壓位于可靠范圍。
 
　　值得提醒的是，由于齊納可靠柵的引入，使得信號回路上的電阻增大了許多，因此，在設(shè)計(jì)輸出回路的負(fù)載能力時(shí)，除了要考慮真正的負(fù)載要求以外，還要充分考慮可靠柵的電阻，留有余地。
 
　　除了上述幾種接地外，在很多場合下容易引起混亂的還有一個(gè)供電系統(tǒng)地，也叫交流電源工作地，它是電力系統(tǒng)中為了運(yùn)行需要設(shè)的接地(如中性點(diǎn)接地）。
 
　　現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)其本身就是強(qiáng)烈的電磁干擾源，主要通過輻射方式干擾該頻段內(nèi)的通信設(shè)備。為抑制外部高壓輸電線路的干擾影響，采用接地措施，常用的接地方式有兩種，現(xiàn)分別討論如下：
 
　　2.2.1　分散接地方式
 
　　分散接地就是將通信大樓的防雷接地、電源系統(tǒng)接地、通訊設(shè)備的各類接地以及其他設(shè)備的接地分別接入相互分離的接地系統(tǒng)，由于地線系統(tǒng)不斷增多，地線間潛在的耦合影響往往難以避免，分散接地反而容易引起干擾。同時(shí)主體建筑物的高度不斷增加，其接地方式所帶的不可靠因素也越來越大。當(dāng)某一設(shè)施被雷擊中，容易形成地下反擊，損壞其他設(shè)備。
 
　　2.2.2　聯(lián)合接地方式
 
　　聯(lián)合接地方式也稱單點(diǎn)接地方式，即所有接地系統(tǒng)共用一個(gè)共同的“地”。聯(lián)合接地有以下一些特點(diǎn)：
 
　　(1)整個(gè)大樓的接地系統(tǒng)組成一個(gè)籠式均壓體，對于直擊雷，樓內(nèi)同一層各點(diǎn)位比較均勻；對于感應(yīng)雷，籠式均壓體和大樓的框架式結(jié)構(gòu)對外來電磁場干擾也可提供10－40dB的屏蔽效果；
 
　　(2)一般聯(lián)合接地方式接地電阻非常小，不存在各種接地體之間的耦合影響，有利于減少干擾；
 
　　(3)可以節(jié)省金屬材料，占地少。
 
　　由上不難看出，采用聯(lián)合接地方式可以有效抑制外部高壓輸電線路的干擾。
 
　　防靜電接地的接地線應(yīng)串聯(lián)一個(gè)1兆歐的限流電阻,即通過限流電阻與接地裝置相連。接地電阻不是越小越好嗎？為何還要串電阻？
 
　　計(jì)算機(jī)接地是以接地電流易于流動為目標(biāo)，要求接地電阻越小越好。計(jì)算中心的接地應(yīng)盡量減少噪音引起的電位變動，同時(shí)應(yīng)注意信號電路與電源電路、高電平電路與低電平電路不能使用同一共地回路。對傳輸帶寬要求較高的網(wǎng)絡(luò)布線，應(yīng)采用隔離式屏蔽接地，以防止靜電感應(yīng)產(chǎn)生干擾。在設(shè)計(jì)上力求簡單、經(jīng)濟(jì)和實(shí)效接地如能和屏蔽有效地結(jié)合起來，將能更好地解決干擾，抑制噪音。
 
　　1直流地
 
　　計(jì)算機(jī)機(jī)房的直流地是系統(tǒng)中所有邏輯電路的共同參考點(diǎn)，設(shè)計(jì)直流地應(yīng)考慮兩個(gè)方面：
 
　　?消除各電路電流流向一個(gè)公共地線阻抗時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓；
 
　　?避免受磁場和地電位差的影響，不讓其形成回路；如果接地方式或接法不妥當(dāng)將會形成噪聲耦合。
 
　　1.1 直流地接法分類
 
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的直流地是數(shù)字電路的基準(zhǔn)電位，不一定是大地電位，如該地線經(jīng)一低阻通路接至大地，則該地線的電位可認(rèn)為是大地電位，被稱為接大地。在計(jì)算機(jī)術(shù)語中人們常常把計(jì)算機(jī)設(shè)備直流地的接地形式稱為計(jì)算機(jī)的接地。從目前的接法及形式看，與大地的接法不外乎兩種：一是直流地懸?。欢侵绷鞯亟哟蟮?。
 
　　(1)直流地懸浮
 
　　直流地懸浮就是直流地不接大地，與地嚴(yán)格絕緣，要求對地電阻的大小一般在1ＭΩ以上。那么直流地為什么要懸空？因?yàn)槿绻麛?shù)字電路的直流地與交流地接在一起，有可能引入交流電力網(wǎng)電壓的干擾，為了防止這種干擾需要把交流地和直流地嚴(yán)格地分開。直流地懸浮的缺點(diǎn)是由于交流電電網(wǎng)的中線一般接地（接大地）這就等于把數(shù)字電路的直流地也接大地，這樣容易形成漏電，使交流與直流兩者之間形成電流回流，還可能因直流地懸浮使這些設(shè)備帶有瞬態(tài)電壓，通過相互間連線的電容耦合去干擾鄰近設(shè)備，萬一發(fā)生交流火線與機(jī)柜相碰現(xiàn)象，就
 
　　會使機(jī)柜帶有很高的交流電壓，如果機(jī)柜無可靠地，大量的靜電荷無處可去，淤積到機(jī)柜外殼上，使靜電荷越積越多，影響機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行，遇雷雨季節(jié)而避雷設(shè)備又不完善時(shí)，會遭雷擊的危害。
 
　　(2)直流地接大地
 
　　直流地接大地就是將計(jì)算機(jī)機(jī)房中數(shù)字電路的等位地與大地相接，為了取得一定的公共電位，以減少電路的耦合，降低干擾影響，減少電氣元件的電腐蝕和因線路對地絕緣**而產(chǎn)生的串音等現(xiàn)象，一般接地電阻應(yīng)＜4Ω。直流地接大地方式克服了直流地懸空所帶來的問題，筆者建議在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)機(jī)房系統(tǒng)中采用直流地接大地的做法。由于直流地與機(jī)柜外殼是分開的，因此機(jī)柜外殼接大地為高頻干擾提供了低阻通路，對防止高頻干擾和防止靜電也起到一定的保護(hù)作用。
 
　　1.2 直流地的具體接法
 
　　在直流地的接法上可以分為3種類型：串聯(lián)接地、并聯(lián)接地和網(wǎng)狀接地。
 
　　(1)串聯(lián)接地
 
　　機(jī)房中設(shè)備直流地線以串聯(lián)的方式接在直流地的銅皮上，此種接法雖然個(gè)別處電位有差異，但由于電阻非常小，所以在簡單的接地系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其缺點(diǎn)是在要求較高配置時(shí)，從防止噪聲的角度來看，因串聯(lián)接地，各串聯(lián)的電阻使得各點(diǎn)電位產(chǎn)生偏差，容易產(chǎn)生噪聲。
 
　　(2)并聯(lián)接地
 
　　此方法中各電路的地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，各點(diǎn)間的電位差較平衡，可獲得較好的低頻接地，因此應(yīng)用得較多。由于計(jì)算機(jī)的直流電壓較低，各機(jī)架之間的地電流不容易形成耦合，但這種連接方式需要很多根地線，布線較繁雜。
 
　　(3)網(wǎng)狀地
 
　　在大型機(jī)房中，對地要求相對嚴(yán)格，目前廣泛使用網(wǎng)狀地線作為直流地，稱為網(wǎng)狀地。直流網(wǎng)狀地是用一定截面積的銅帶在活動地板下面交叉排列成600ｍｍ×600ｍｍ的方格，其交叉點(diǎn)與活動地板支撐點(diǎn)的位置交錯(cuò)排列，腳點(diǎn)處用錫焊焊接或壓接在一起。為了使直流網(wǎng)狀地和大地絕緣，在銅帶下面應(yīng)墊2～3ｍｍ厚的絕緣膠皮或聚氯乙烯板等絕緣材料，要求對地電阻在10ＭΩ以上。直流網(wǎng)狀地系統(tǒng)不僅有助于更好地保證邏輯電路電位參考點(diǎn)的一致，而且大大提高了機(jī)器內(nèi)部和外部抗干擾能力。但是網(wǎng)狀地系統(tǒng)比較龐大，施工復(fù)雜，且費(fèi)用較高，因而只適用在大型計(jì)算機(jī)機(jī)房中應(yīng)用。
 
　　2交流工作地、可靠保護(hù)地和避雷地
 
　?。?）交流工作地
 
　　在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，除了使用直流電器設(shè)備外，還大量配備和使用交流電器設(shè)備。交流工作接地就是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用交流電的設(shè)備做2次接地或經(jīng)特殊設(shè)備與大地作金屬連接，其作用是確保人身和設(shè)備可靠。交流工作地的實(shí)施可分為計(jì)
 
　　算機(jī)系統(tǒng)使用的交流設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配套的交流設(shè)備兩種情況，應(yīng)各自獨(dú)立地按電器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接地，以防止因絕緣損壞而發(fā)生觸電危險(xiǎn)。
 
　?。?）可靠保護(hù)地
 
　　把與電器設(shè)備帶電部分相絕緣的金屬外殼或機(jī)架同地之間做良好的接地稱為可靠保護(hù)地。若機(jī)殼不接地則機(jī)殼帶有較高電位，人體接觸后就有觸電的危險(xiǎn)，當(dāng)絕緣被擊穿時(shí)，接地短路電流將沿著接地線和人體兩條通路同時(shí)流入大地。通常計(jì)算機(jī)機(jī)房使用的交流設(shè)備的機(jī)殼（如：空調(diào)機(jī)、穩(wěn)頻穩(wěn)壓裝置、變壓器、ＵＰＳ備份電源等設(shè)備的外殼）也應(yīng)按有關(guān)電器規(guī)范進(jìn)行接地處理。
 
　?。?）避雷地
 
　　防雷保護(hù)地主要是用來向大地引泄雷電流的，目的在于保護(hù)人員和建筑物的可靠。防雷保護(hù)地與計(jì)算機(jī)中心建筑物采用的避雷措施有關(guān)，由于雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，造成巨大的電磁場，對計(jì)算機(jī)中心及相關(guān)設(shè)備具有極大的破壞作用，要求防雷地線裝置與所有其他電器設(shè)備之間保持足夠的距離。因此防雷保護(hù)措施是不可忽視的。在1997年夏季的一次雷雨天氣，國航內(nèi)蒙古分公司因未完善避雷裝置，致使網(wǎng)絡(luò)癱瘓、設(shè)備損壞，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。因此建筑物避雷設(shè)施必須嚴(yán)格遵循防雷設(shè)施的規(guī)定，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，每年至少要檢測一次避雷接地
 
　　樁的良好程度。
 
　　3計(jì)算機(jī)中心的各類設(shè)備接地之間的關(guān)系
 
　　計(jì)算機(jī)中心的各類設(shè)備接地之間的關(guān)系實(shí)際上就是直流地與其他地間的相互關(guān)系，計(jì)算機(jī)直流地的接地電阻的大小、接法及與諸地之間的相互關(guān)系是以不同的設(shè)計(jì)要求而定的。
 
　?。?）直流地懸浮時(shí)與諸地的關(guān)系
 
　　在直流地懸浮的系統(tǒng)中，其他諸地可以分別接地，也可接在一起。
 
　　（2）直流地接大地時(shí)與諸地的關(guān)系
 
　　在直流地接大地系統(tǒng)中，由于各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求不同，因此其直流地與其他諸地的關(guān)系有很大的不同，大體上有以下幾種接法。
 
　?。幔┲绷鞯?、可靠地、交流地和避雷地分別接入不同的地樁。此種接法看來似乎各地相互之間沒有關(guān)系，不產(chǎn)生任何影響，而且單個(gè)地樁的造價(jià)便宜，但實(shí)際上這種方法不但復(fù)雜、造價(jià)昂貴，而且諸地之間難以達(dá)到相對隔離的要求，因此易對直流系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，影響設(shè)備的可靠性。
 
　　ｂ）直流地、避雷地各自接地，可靠地和交流地共用一個(gè)地樁。情況基本同ａ）。
 
　?。悖C(jī)房的直流地、交流地、可靠地均各成系統(tǒng)，各用一根接地母線接入配電柜的中線，這種方法施工方便，可以與避雷地保持要求的距離，這是很多計(jì)算
 
　　機(jī)系統(tǒng)中采用的接地方法。
 
　?。洌┤缢械鼐尤氡芾椎?，為了防止雷電壓的反擊，要求防雷接地裝置與所有電器設(shè)備之間保持足夠的距離。但是要保證滿足這一條件是困難的，特別是利用鋼筋混凝土建筑的結(jié)構(gòu)以鋼筋作為防雷網(wǎng)時(shí)，此距離實(shí)際上是無法保證的，在這種情況下應(yīng)將諸地連在一起，采用共同接地方式。為了防止雷電沖擊時(shí)接地電位的升高，共同接地的電阻濟(jì)好能限制在1Ω以下。
 
　?。澹C(jī)房內(nèi)諸設(shè)備的交流地、直流地和可靠地共用同一地樁。把諸地特別是直流地與避雷地共用同一地樁給人們帶來極大的不可靠，加之接地設(shè)施會因年久
 
　　失修致使接地電阻增加，從而給計(jì)算機(jī)的可靠性、可靠性帶來極大的威脅。因此筆者建議不采用這種接地方法，而是采用直流地、交流地和可靠地連在一起后接入同一地樁的處理方法。
 
　　4在處理共地的地線時(shí)需要注意的問題
 
　?。?）接地電阻——共用接地地樁的接地電阻應(yīng)滿足各種接地中濟(jì)小接地電阻的要求。
 
　?。?）為防止接地系統(tǒng)的相互干擾，確保對建筑物的絕緣，接地母線應(yīng)使用帶有絕緣外皮的屏蔽線，屏蔽套的一端應(yīng)進(jìn)行接地。
 
　　（3）直流地、交流地和可靠地雖然濟(jì)后都接在地樁上，但并不意味著各種地之間可以隨意連接，也應(yīng)按照上述要求在其未接入同一地樁之前彼此應(yīng)保持嚴(yán)格的絕緣。
 
　?。?）在直流地與機(jī)殼可靠地分開接地的計(jì)算機(jī)設(shè)備中，因其直流地與機(jī)架嚴(yán)格絕緣，各自分別接系統(tǒng)地樁，但有些計(jì)算機(jī)的機(jī)殼與直流地在電器上是接在一起的，其交流設(shè)備的工作地與機(jī)殼是嚴(yán)格絕緣的。
 
　　5防護(hù)靜電的有效措施——接地與屏蔽
 
　　靜電是引起計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備故障的重要因素之一，主要體現(xiàn)在靜電聚積在計(jì)算機(jī)的機(jī)殼上，當(dāng)電荷聚積的能量達(dá)到一定程度時(shí)，會給人以觸電的感覺；當(dāng)靜電帶電體觸及計(jì)算機(jī)時(shí)形成對計(jì)算機(jī)的放電，有可能使邏輯元件送入錯(cuò)誤信號、引起計(jì)算機(jī)運(yùn)算錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)還會造成程序紊亂，甚至燒毀設(shè)備。如何防止靜電帶來的危害，分析靜電對計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響，找出靜電產(chǎn)生的根源，減少以致消除靜電是一個(gè)不可忽視的課題。
 
　　減少靜電對計(jì)算機(jī)設(shè)備的影響除采用防靜電地板和隔離墻外，一般多采用接地屏蔽的方法，其中設(shè)備的外殼接地是濟(jì)基本的防靜電措施，要求計(jì)算機(jī)本身具備一套合理的接地和屏蔽系統(tǒng)，這樣當(dāng)靜電帶電體觸及計(jì)算機(jī)機(jī)殼放電時(shí)，靜電就能通過接地導(dǎo)線漏泄入地而不至于引起系統(tǒng)運(yùn)行故障，通常靜電瞬間電勢過高很容易引起接地電位的波動。其次，要盡量切斷靜電噪聲侵入音頻通道，在跳接音頻和數(shù)字線時(shí)應(yīng)盡量采用屏蔽線，屏蔽線的外絕緣皮應(yīng)進(jìn)行良好地接地，從而泄漏掉聚集在周圍的電荷。
 
　　鑒于接地系統(tǒng)是提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性、抑制噪音、保證機(jī)房設(shè)備可靠的重要手段，因此應(yīng)對計(jì)算機(jī)設(shè)備的接地認(rèn)真加以對待，如果重視不夠或接地系統(tǒng)處理不當(dāng)，將會影響計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定工作從而引發(fā)故障，甚至燒毀接口和器件，嚴(yán)重的還危及人身可靠。
 
　　“地線”在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中要求越來越高，還需要我們在工作中不斷探索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)

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