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机房防雷接地系统中的零地电位差问题探讨

编辑:浙江鸿盾科技有限公司   时间:2014/04/10   字号:
摘要:机房防雷接地系统中的零地电位差问题探讨

摘  要:在机房防雷接地系统中,为了保证系统的安全可靠运行,必须尽量设法降低或消除零地电位差。本文分析了机房防雷接地系统中零地电位差形成的原因,并提出了减小或消除电位差的办法。

关键词:防雷接地;零地电位差;谐波电流

引 言

在雷电综合防护工程中,接地是一种不可少的重要措施之一。GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》明确规定防雷工程中应采取共用接地系统和等电位联结。防雷接地不仅要求能迅速泄放雷电流,还要求泄放雷电流后,保持地电位的稳定和均衡,尽可能消除电位差。如果机房防雷接地系统中零地电压过高,不但影响通信造成数据传输误码率增大,甚至会损坏网络设备。有些设备(如服务器、小型机等)还设置有零地电压检测电路,一旦零地电压高于某一规定值就不能开机。还有很多设备都对零地电压有明确的要求,如调制解调器要求不大于5V,卫星通信技术要求小于3V,个别重要服务器甚至要求小于1V。可见设法降低或消除零地电位差是机房防雷接地系统中必须要解决的问题。笔者根据不同的形成原因,谈谈降低零地电位差的一些初浅认识,提出一些减少或降低零地电位差的方法。

1  零地电位差较大的原因分析

1.1  三相电源配电时负载分配严重不平衡,造成零线电流过大

按照GB50174——93《电子计算机机房设计规范》,机房应采用TN-C-S方式配电。进入建筑物以前为TN-C,进入后采用TN-S制,如图1所示。若单相负荷严重不平衡,即相电流幅值不等,夹角不为120度,则流入中线中的电流较大,最大时可接近相电流。而由于中线阻抗的存在,中线电流在阻抗上就会产生电位差。零线上远离进线端的点,相对于地电位就可能较高。

 

1.2   三相不平衡且中性线断线、未接好或阻抗较大导致中性点位移

如图2所示,三相不平衡的TN-S系统中,中线完好时,N1点为负荷中性点,因为此时N1至U1、V1、W1电压绝对值相等,但由于某种原因使中线断线或接地不良,这时N1点不再为中性点,这种现象称为中性点位移。这时,各相负荷承受的电压变大或变小,N1点电位发生变化。

 

1.3  中线(零线)中有较多高次谐波电流流过

供电系统中的谐波电流源通过电网将在阻抗上产生谐波压降,从而导致谐波电压的产生。由于谐波电流必然在零线上产生压降,而使零地电位差抬高。

1.4  电磁场干扰

当零线与其它线路构成较大回路,且受电磁场干扰,零线中会产生感应电压。这在设备未开机,零线线缆较长时表现更为明显。

1.5  接地电阻不符合要求

共用接地时零线接地电阻、地线重复接地电阻要求小于4欧姆,若接地电阻太大或与大地接触不良,受电流在接地电阻上产生电压降的影响,零地电位差可能抬高。

1.6  PE线中存在较大的电流

正常工作时,PE线中不应有电流,但若出现以下情况都可能导致PE线中有电流,从而有电压降存在。那么,沿PE线,各点零、地电位差会出现不一致现象。

1.6.1  用电设备漏电,如相线与外壳绝缘不良、碰壳短路、相地接反,这时PE线中有较大的漏电流通过。

1.6.2  PE线与N线接错或在某一点PE与N线短接。PE线与N线混接时,PE线中杂散电流最大,在N线中的一部分工作电流也会流过PE线。

1.6.3  PE线各重复接地点的电位不等。由于电位差的存在,PE线中有电流产生。

1.6.4  PE线附近有直流大电流流动(如地铁附近)。杂散电流会通过大地流入PE线。如上海地铁牵引电源为1500V直流电源,直流电可能通过大地泄漏到PE线中形成杂散电流。
1.7  接地时使用了不同材料的接地极

施工时为了降低工作接地的接地电阻,采用铜作接地极,而PE线重复接地时,为降低工程造价,采用角钢作接地极,这时不同材料会在土壤中呈现不同电位,从而造成电位差。如表1,工作接地用铜,重复接地用铁,则两极之间就会产生0.777V的电位差。0.777V的电位差对于某些零地电位差要求较高的设备来说不可忽 视。

1.8 接地线长度不合乎要求

高频电子设备的接地线要求必须小于λ/4(其中λ为高频波的波长),否则会产生驻波 ;由于驻波存在波腹与波节(即电压的最高点和最低点),所以接地线两端可能存在电位差。

1.9 UPS选用不当

UPS的功率因数较低,因而有较多的谐波成分,而上面已提到谐波电流可导致零地电位抬高。此外,有些UPS不带有隔离变压器也不能有效的抑制零地电位漂移。

 

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