机房维护与环境概述

机房维护与环境 -信息化机房强、弱电与接地要求以及对设备安全概述目录1、 接地的作用和接地原理方法2、 零地电压的形成3、 零地电压的危害与控制4、 弱电接地规范5、 弱电接地一般规定6、 供电系统时限要求l 接地的作用和接地原理方法机房安全是维护管理的基本任务。对设备进行违规范维护，保证各类设备电气和机械性能符合技术指标。节约能源、器材和维护费用，提高设备使用效率。一、接地的作用 接地的作用总的步说只有两种：保护人和设备不受损害；抑制干扰；抑制干扰接地在有的书中又叫工作接地，而前者又叫保护接地。1、保护接地 保护接地是将DCS中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是DCS的供电是强电供电（220V或11OV），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。2、工作接地工作接地是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。3、机器逻辑地，也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。4、信号回路接地，如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。5、屏蔽接地（模拟信号的屏蔽层的接地）。6、本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同，下面以齐纳式安全栅为例，说明其接地内容，如图3.4.13所示：该图是一个齐纳式安全栅的接地原理图。 安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路，则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的温度，引起燃烧。第二种情况，如果计算机一端产生故障，则高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级的嵌位作用，也使电压位于安全范围。值得提醒的是，由于齐纳安全栅的引入，使得信号回路上的电阻增大了许多，因此，在设计输出回路的负载能力时，除了要考虑真正的负载要求以外，还要充分考虑安全栅的电阻，留有余地。除了上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地）。二、接地要求和方法：上面介绍了六种接地：供电系统地、保护地、逻辑地、屏蔽地安全栅地、信号回路地。对这六种接地，各家有各家的要求，虽然大都强调一点接地，接地电阻必须小于1欧姆等，但具体内容上差别很大，下面给出几个例子介绍常遇到的接地要求和方法。供电系统地：在很多企业，特别是电厂、冶炼厂，信息机房等，其内有一个很大的地线网，而通常供电系统的地是与地线网连在一起的。有的厂家强调计算机系统的所有接地必须和供电系统地以及其它（如避雷地）严格分开，而且之间至少应保持15m以上的距离。为了彻底防止供电系统地的影响，建议供电线线路用隔离变压器隔开。这对那些电力负荷很重，而且负荷经常启停的单位是应注意的。从抑制干扰的角度来看，将电力系统地和计算机系统的所有地分开是很有好处的，因为一般电力系统的地线是不太干净的。但从工程角度来看，在有些场合下单设计算机系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的，这时可以考虑能否将计算机系统的地和供电地共用一个，这要考虑几个因素：供电系统地上是否干扰很大，如大电流设备启停是否频繁，对地产生的干扰是否大； 供电系统地的接地电阻是否足够小，而且整个地网各个部分的电位差是否很小，即地网的各部分之间是否阻值很小（1R）DCS的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力，例如有无小信号(电阻，热电阻）的直接传输等。所有计算机接线涉及到的接地采用一点接地方式，在这一点上，也有很多争议。有的厂家系统提出几个地：逻辑地、屏蔽地（又叫模拟地）、信号地、保护地分别自己接地在地上打接地装置，而大部分系统则指出各种地在机柜内部自己分别接地，汇于一点，然后用较粗的导体（铜）将各汇地点朕起来，接到一个公共的接地体上。这里有几点需要注意： DCS本身是由多台设备组成的，除了控制站以外，还包括很多外设，而且数据也不止一台，这就涉及到了多台设备，多种接地的问题。此外，一般的DCS的供电是各站（控制站，操作站等)用专门一条线单独供电，即彼此之间不相互供电。如图3.4.14是一种常用的多站接地图。保护接地：DCS的所有设备均有一个保护地，该保护一般在机柜和其它设备设计加工时就已在内部接好，有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护地（三芯插头的中间头)连在一起，有的不允许将保护地同该线相连，用户一定要仔细阅读厂家提供的接地安装说明书，不管哪种方式，CG必须将一台设备（控制站、操作员站等）上所有的外设或系统的CG连在一起，然后用较粗的绝缘铜导线将各站的CG连在一起，最后从一点上与大地接地系统相连。还有一点值得提醒的是，DCS的所有外设必须从一条供电线上供电，而且一台设备（如操作员站位所连接的所有外设和主机系统（CRT、打印机、拷贝机主机系统）的电源必须从设备的供电分配器上取电，而不允许从其它地方取电，否则可能会烧坏接口甚至设备，对于不得不用长线连接的场合，或用较粗导线提供供电，或采取通信隔离措施。各站的CG在连接时可以采用幅射连接法，也可以采用串行接法。电源逻辑地（P）如图3.4.15所示。首先，各站内的逻辑地必须位于一点PG，然后，粗绝缘导线以辐射状接到一点上，然后接到大地接地线上。在有些系统中，所有的输入，输出均是隔离的，这样其内部逻辑地就是一个独立的单元，与其它部分没有电器连接，这种系统中往往不需要PG接地，而是保持内部浮空。所以，用户在设计和施工接地系统时，一定要仔细阅读产品的技术要求和接地要求。模拟地（AG），模拟地（又叫屏蔽地）是所有的接地中要求最高的一种。几乎所有的系统都提出AG一点接地，而且接地电阻小于1R。 DCS设计和制造中，在机柜内部都安置了AG汇流排或其它设施。用户在接线时将屏蔽线分别接到AG汇流排上，在机柜底部，用绝缘的铜辫连到一点，然后将各机柜的汇流点再用绝缘的铜辫或铜条以辐射状连到接地点。大多数的DCS要求，不仅各机柜AG对地电阻1欧姆，而且各机柜之间的电阻也要1欧姆。信号地的处理：原则上不允许各变送器和其它的传感器在现场端接地，而都应将其负端在计算机端子处一点接地。但在有些场合，现场端必须接地，这时，必须注意原信号的输入端子（上双端）绝对不许和计算机的接地线有任何电气连接，而计算机在处理这类信号时，必须在前端采用有效的隔离措施。 安全栅的接地：我们回过头来再看图34.13所示的安全栅线路图。从图中可以看出有三个接地点：B，E，D，通常B和E两点都在计算机这一侧。可以连在一起，形成一点接地。而D点是变送器外壳在现场的接地，若现场和控制室两接地点间有电位差存在，那么， D点和E点的电位就不同了。假设我们以E作为参考点，假定是D点出现10V的电势，此时，A点和E点的电位仍为24V，那么A和D间就可能有34V的电位差了，己超过安全极限电位差，但齐纳管不会被击穿，因为A和E间的电位差没变，因而起不到保护作用。这时如果不小心现场的信号线碰到外壳上，就可能引起火花，可能会点燃周围的可燃性气体，这样的系统也就不具备本安性能了。所以，在涉及到安全栅的接地系统设计与实施时，一定要保证D点和B（E）点的电位近似相等。在具体实践中可以用以下方法解决此问题：用一根较粗的导线将D点与B点连接起来，来保证D点与B点的电位比较接近。另一种就是利用统一的接地网，将它们分别接到接地网上，这样，如果接地网的本身电阻很少，再用较好的连接，也能保证D点和B点的电位近似相等。但注意，此接地一定不要与上面几种接地发生冲突。一般工控机系统（包括自动化仪表）的接地系统，由接地线接地汇流排、公用连接板、接地体等几部分组成。以上几种接地的方法和注意事项。在不同的系统中，对这几种接地的组态要求不同，但大多数系统对AG的接地电阻一般要求1欧姆以下，而安全栅的接地电阻应4欧姆，最好1欧姆，PG和CG的接地电阻应小于4欧姆。l 零地电压的形成零地电压的形成知识普及 零地电压的形成知识普及 UL( 50 V) 故障电流可能会产生危险接触电 压； If = 11A 随着线路对地泄漏电流的增大， 可能产生电弧，进而引起火灾危 Uf = 110 V 负载 险 必须选择RCD（Residual Current Device，剩余电流动作 保护器，俗称漏电保护器）开关； Rn 10 ? Ru 10 ? 1-3、TN-C接地系统低压变压器中性点直接与接地极相连接； 保护接地线PE 和中性线N合并成一根PEN线； 常采用重复接地的措施； L1 L2 L3 PEN Rn 1-4、TN-S接地系统低压变压器中性点直接与接地极相连接； 装置的外露可导电部分都用PE线连接到同一个接地电极上； PE和中性线分离； 1-4、TN-C-S接地系统在 TN-C-S系统中，上游部分是TN-C，下游部分是TN-S；注意： 禁止在TN-C系统的上游使用TN-S系统； 当铜芯电缆的截面积小于10mm2，铝芯电缆(和软电缆)的截面积 小于16mm2时,应使用TN-S系统； 常采用重复接地的措施； PEN L1 L2 L3 N PE Rn 1-5、IT接地系统低压变压器中性点不与接地极相连接； 负载的外露可导电部分都用PE导线连接到一个公共接地极上，形 成一个等电位联结； L1 L2 L3 N PE L1 L2 L3 N PE PE PE 1-6、接地系统的组合应用串联模式： MV/LV 1 2 3 PEN LV/LV L1 L2 L3 N PE N PE C P I Rn TNC TNS Ru TT Ru IT 1-7、接地系统的组合应用并联模式： 1 2 3 N PE 1 N PE HV/LV 1 2 3 N PE TNS (照明灯具) TT (动力设备) 1 2 3 N PE 2 N PE IT (特殊负载) Rn 1-8、三极断路器与四极断路器的选择 3P N 4P L1 L2 L3 L1 L2 L3 1-9、三极断路器与四极断路器的选择根据IEC4651.1.5的规定，正常供电电源与备用发电机之间的转换开 关应采用四极开关； 带漏电保护的双电源转换开关应采用四极开关； 不同接地系统间的电源切换开关应采用四极开关； TN-C系统严禁采用四极开关（IEC60364-4-473 第 461.2条规定： PEN线严禁被隔离电器隔离或被开关切断）； TN-S系统一般不需要设四极开关； TT系统的电源进线开关应采用四极开关； IT系统中当有中性线时应采用四极开关； 2、 零地电压的危害2-1、 零地电压产生的环境环境：我国发电厂的发电机组输出额定电压为3.1520kV。为了减少 线路能耗、经发电厂中的升压变电所升压至35500kV，再由高压输 电线传送到受电区域变电所，降压至610kV，经高压配电线送到用 户配电变电所降压至380V低压，供用电设备使用； 以机房最常用的TN-S接地系统为例，在变电站（或类似变电站的供电 点）变压器次级绕组的中性点一般和大地相连，然后由此引出两条线， 即一条零线N和一条地线PE，在此将接地作为交流参考点，由零线N和 相线L一起作为设备的供电电源。TN-S系统是把工作零线N 和地线PE 严格分开的供电系统，用户侧零地线不允许再次短接。 由于供电线路很长，N线和PE线上的电流不相等，在用户端，零地之 间就会产生并存在零地电压。 2-2、零地电压产生的原因 L R C 零线电压Vn=InZn ；In为零线电流；零线线路电抗Zn=LS，为导线电 导率，L为线长，S为导线截面；如果In=60A、Zn=0.1欧姆，Vn将为6V； 电源阻抗：在高频谐波下，导线之间不在是一个纯电组性元件，而是一个集电 感、电容、电阻为一体的高频阻抗电路，其中感抗为XL= 2fC，容抗为 Xc=1/2fC，因为线间存在耦合电感和电容，高次谐波将在零线、地线产生一 定的高频电流，也可能抬升零地电压；零地电压产生的原因（续）零线电流In： 理想状态下，零线上不应该有电； 在三相五线制供电系统中，零线带电大多数是因为三相负载不平衡造成的； 有故障状态下，零线没有良好接地，未能形成回路，零线会带电； 在三相五线制供电系统中，存在谐波也会造成零线带电；由与三相电流或电压矢量方 向相同的谐波【3n（n=1、2、3）次】产生的电流，从零线流回（零线中流回的是 相线中的3次倍数谐波的三倍，而不是相线电流的3倍）。 电源阻抗和线路阻抗Zn： 电流流过导体会产生电压降，这是由于电源和导体都具有电阻和电抗，中性线N和保 护地线PE也存在着阻抗，并且随着电缆线的延伸，电缆的阻抗在不断地累积增大； 在线性电路中线缆的阻抗形式： 着谐波频率的增大而变化的 （R为电缆的电阻；wL为电缆的感 【Zn (nw) 为第n次谐波电流 抗）；当电缆中存在着谐波电流时，由于感抗部分变为nw的非线性函数，其数值是随 产生的阻抗，它是谐波角频率nw的函数，是各次谐波对感抗的平方和的根】。 2-3、导致零地电压偏大的异常情况三相电源负载不平衡； 接地电阻不符合规范要求； N线、PE线线径不够或断路； 高频谐波引起电位升高； 电磁场干扰； 使用UPS、电子稳压器等电子供电设备； 使用的插线板不符合电器标准。 2-4、供配电线路中的零地电压 在380V交流供电系统里，由于线路保护的需要，通常将三相四线制或三相五线 制的中心点通过接地装置直接接地。系统中通常配置一台或数台10KV/380V /Yo变压器，Yo侧的中心点通过接地网直接接地，如图中的G点； 从变压器到各IT负载之间，通常将这一距离中的线路分成三级配电母线，即 UPS输入配电母线或称市电输入母线L1(含柴油发电机切换后输入)，UPS输出 配电母线L2，楼层配电母线L3，楼层配电再分路到列头柜(也有将楼层配电与 列头柜合而为一的)，然后单相接入机架PDU对IT负载进行供电；供配电线路中的零地电压（续）从变压器的二次侧接地点G到 IT负载的零线输入点N之间，有很长的输电距离， 当负载投入运行后，一定有大量的零线电流从N点流回到各级母线，在母线的零 排处叠加，叠加后未被抵消的部分将流回到G点。由于零线阻抗的存在，在各级 母线的零排之间就形成了电压降。这样以G为参考点，零线上的各个点就形成了 对地的电压降，这就是所谓的“零地电压”。 以UPS输入母排为参考点，分别讨论以下四个参数值： UPS输入端零地电压：U（N1-G）= I1 Z（N1-G）； UPS输出端零地电压：U（N2-G）=U（N1-G）+U（N-UPS）； UPS楼层输出配电柜上的零地电压：U（N3-G）=U(N1-G) + U(N-UPS) + U(N3-N2)； ） IT负载机柜输入端的零地电压：U（N-G）=【U(N1-G)+U(N-UPS)+U(N3-N2)】 ） +U(N-N3); 其中，U（N-UPS）是指UPS产生的零线电压增益；3、 UPS电源与零地电压问题3-1、UPS输入端零地电压 UPS输入端零地电压：U（N1-G）=I1Z（N1-G），I1为零线上流过的电流，Z（N1-G） 为N1零排到接地点的零线阻抗。 零线阻抗Z（N1-G）的大小取决于零线的线路长度与线径，对于数据机房而言是 个不变量；而零线电流的大小则取决于下列运行条件： 电网三相电压、相位的平衡度（不可控）; 三相负载电流大小的平衡度； 三相负载相位的平衡度； 三相负载中是否有3n次谐波的存在。 三相负载电流大小不平衡时产生的零线电流：当L1母线三相配电系统中各相负 载大小不相同时，就会出现三相不平衡电流，这一不平衡电流汇流到N1零排时， 就合成为零线电流I1-1，最极端的情况，当A、C两相的负载全部 跳开时，此时的零线电流I1-1就等于B相的电流IB，达到该条件下零线电流的最 大值，UPS输入端零地电压（续） 三相负载电流相位不对称时产生的零线电流I1-2：当I段母线三相配电系统中各 相负载的输入功率因素不相同时，三相电流IA、IB、IC的相位不再符合相差120 的相位关系，此时也会导致不平衡电流的出现，同样在N1零排处，汇合成零线 电流I1-2，三相负载中的3n次谐波电流的存在产生的零线电流I1-3：由于非线性负载的存 在，导致了零线中不仅有基本电流流过，还可能有三次及三的倍数次谐波流过。 其三次谐波电流刚好同相位，在N1零排处直接相加成为同相的零线电流。 如果线路较长、负载的不平衡度很高或含有三次谐波的非线性负载较多，就可 能使UPS的输入零地电压很高。 越是在供电链路的末端，其零地电压越高。 3-2、有效消除UPS输入端零地电压的措施减少从变压器到UPS输入配电柜的距离（长度）； 电缆的选择与降低电缆施工中的电磁干扰； 采用多根同等截面的电缆（2S）合并使用时，比选择一根大截面（2S） 的电缆要好；采用多芯的交联电缆； 电缆排布整齐，绑扎紧密，横平竖直，直角转弯，结果反而造成相线电缆 之间、相线对零线的差模式分布电容以及对地线的共模式分布电容；宜深 型的电缆槽； 匹配UPS与负载的容量，减少谐波电流THDI：在低负载率情况下，由于中性线 上存在较大的3次谐波5次谐波电流，因此THDI也较大，由此造成的THDU也较 大；最先进的IGBT-PFC整流电路中，100%负载率时THDI=45%；50%负载 率时THDI=78%； 3-3、UPS产生零线电压增益的机理工频机UPS（具有有升压变压器UPS）的中性线连接方式 UPS产生零线电压增益的机理（续）工频机UPS：采用可控硅相控整流将交流变成432V直流电，再通过IGBT高频 逆变器将这一直流电还原成成交流，但这一双转换后的线电压只有190V，为了 满足负载输出380V/220V的需要，不得不在逆变器的输出端(注意：不是在 UPS输出，不含旁路输出端)加一1:2的升压变压器将190V的线电压升高到 380V；同时，通过这一变压器的/Y0接法生成零线，以实现UPS三相四线制 的输出要求。对于工频机而言，输出升压变压器是必加的标准件，否则就根本 无法正常工作； 从图中可见，中性线N是由UPS电源的旁路输入端引入，并且与逆变变压器 （而不是起“隔离”作用的变压器）的中性点直接连接，作为UPS输出的中性 线。即使有了这一隔离变压器，但是零线与地线在UPS内部从输入到输出是直 通的。这一隔离变压器在UPS内部没有起到任何的隔离作用。在UPS正常开机 工作时，由于旁路关断，其零线上也不会有电流流过，所以由零线电流产生的 零地增益在UPS内部基本是不存在的。UPS产生零线电压增益的机理（续）但是如果UPS输出的滤波器设计不好或电容故障，就会导致逆变器输出的 PWM高频电压成份会部分溢出感应在零线上，产生一定的零线电压增益，其 大小完全取决于滤波器参数的优劣，通常可达35V，频率上明显含有高频成 份。如果设计得到好，这一电压增益通常应为0.51V。 采用中性点钳位(NPC)三电平电路拓扑结构的双变换UPS（一个NPC三电平变 换器的一个桥臂由四个IGBT组成，它们各自有反并联二极管及两个钳位二极管)， 可有效降低电气和热应力，提高UPS可靠性，降低电磁噪声，减少半导体损耗， 提高了效率。UPS产生零线电压增益的机理（续）高频UPS采用先进成熟的IGBT升压整流技术将交流变成600V左右的直流电， 再通过IGBT高频逆变器将这一直流电直接还原成380V/220V三相四线制的交流 电，所以无需所谓工频机的升压变压器。它使UPS的转换效率大幅度提高，内 部损耗发热大幅度减少，器件的可靠性得以明显提高。就零、地线而言，高频机UPS与工频机UPS完全一样，都是 在UPS内部从输入到输出是直通的，不会产生零线电流产生的零地增益。但是， 对于早期的高频机或某些高频机技术起步较晚的厂商，出于降低成本的设计考 虑，其输出滤波器设计容量偏小，导致了较高的PWM高频电压成份溢出感应 在零线上，产生一定的零线电压增益，其值达35V，并伴有明显的高频成份。 高频机与工频机具有同样的零线电压增益产生机理，零线与地线在两种UPS内 部都是直通的；只要滤波器设计得好，两者都可以很好地解决零地电压问题， 并使零地电压不含有高频成份，反之，两种UPS都会产生较高的零地电压。3-4、IT负载机柜输入端零地电压 IT负载机柜输入点的零地电压才是“最可怕”的零地电压。无论在UPS的输出端、楼层输 出配电柜上采取什么样的降低零地电压措施，只要IT负载设备输入端的零地电压U（N-G） 没有降低（不小于1V），其“严重的危害”就依然存在。 IT负载机柜输入端的零地电压是所有UPS输入零线压降、UPS输出零线压降及楼层配电 零线压降的叠加； 楼层配电柜输出的零地电压高低直接影响IT负载机柜输入点的零地电压；但在楼层配电 柜中加装/Yo隔离变压器，并将变压器输出的中心点重新接地，即形成新的接地点G2。 这样就在楼层配电柜的输出零排上生成了新的零地电压，此时的零、地线是“紧密”地 连接在一起的，所以其新的零地电压一定小于1V，是自欺欺人的做法； 就数据中心机房而言，楼层输出配电柜到负载机柜之间采用单相配电，这样在这一配电 区间内的零线电流就等于机柜负载电流I，此时在楼层配电与IT负载之间产生的零线电压 增益为U（N-N3）=IZ（N-N3）,由于I较大，而配电的线路又较细，这一电压依然有可能大于 1V。在楼层配电柜中加装/Yo隔离变压器可以降低IT负载机柜输入点的零地电压，但要 保证每个机柜IT负载的零地电压小于1V是不可能的，除非在每一个机柜上再安装一台隔 离变压器。 3-5、零地电压对IT负载的影响 零地电压对IT负载是否真的有影响，关键的问题是零地电压是否真正传到了IT 内部的CPU、存储芯片等核心部件。实际上，通过分析IT负载内部的结构不难 得到，UPS输出的电压只是给IT负载内部的电源模块供电，这一电源模块的输 出才向IT内部的核心部件供电。 所以，要了解零地电压是否对IT负载有影响或影响的大小，关键是零地电压对 这一电源模块的输出电压是否有影响或产生多大的影响。关于这一点，我们只 需要分析一下IT负载内部电源模块的电路工作原理，就会得出理性的结论。 当前IT负载内部的输入电源模块采用两种制式，即ATX标准和SSI标准。ATX标 准是Intel公司在1997年推出的一个电源规范，输出功率一般在125瓦350瓦 之间;SSI(Server System Infrastructure)规范是Intel联合一些主要的IA架构服 务器生产商在ATX标准上推出的新型服务器电源规范。这两种电源的主电路如 图所示。零地电压对IT负载的影响分析这一电源的工作原理可以看出，无论是ATX还是SSI电源，UPS输出的 220V交流电进入IT负载内部后，都必须经四级变换，最后转换成稳定的12V、 5V、3.3V的直流电压，提供给IT负载内部的CPU、内存、存储设备、网络通信 芯片等“真正的负载”使用。这四级变换，分别为： 第一级：桥式整流器，将220V交流电变为约200300V的直流电; 第二级：高频逆变器，将直流电再转换成几十到几百KHZ稳压的高频交流电; 第三级：高频隔离变压器，将高频交流电降压并隔离; 第四级：高频整流器，将稳定的高频交流电转换成稳定的直流12V(或5V、 3.3V)输出。具有数伏零地电压的220V交流电，进入IT负载的电源后，从第一 到第二级，也许我们还能“追寻”到这一电压的存在踪迹，但经过第三级后， 由于变压器的隔离作用，这一共模电压在变压器的隔离输出端被彻底消除，后 面的电路已经没有了零线，只有直流的正、负极，所以也就不再存在所谓的零 地电压及产生的干扰。此外，无论是ATX还是SSI电源，都在其输入端设有共轭 电抗器与Y电容，这一部件基本就可将共模的零地电压阻隔在IT电源的第一级以 外。 可见，零地电压进入IT负载内部后，从传播途径看，经共轭电抗器抑制后，终 结于内部变压器的前端，根本达不到真正的IT内部CPU、RAM、EPROM、硬 盘等的供电端，所以无论是多高的零地电压都根本不可能对数据系统造成任何 影响。 有必要指出的是IT负载电源输出的12V直流电压，就是经第三级高频逆变器的 高频变换得到的，其变换频率通常高达50KHZ150KHZ，远高于高频机UPS 的变换频率，所以高频变换是IT电源自身的根本，IT负载不惧怕“高频”。 “零地电压”与“相地电压” “零地电压”已经广为人知，而“相地电压”的概念却似乎有点好笑。但是， 如果我们能简单地分析一下相线和零线在IT负载内部的传播途径，我们就会得 出非常惊奇的结果。ATX和SSI的变换结构几乎相同，以SSI制式电源为例说明。 具有零地电压的UPS输出AC 220V电压进入IT负载的电源后，在输入电源的正 半周，经第二级的整流后，相线L与第三级高频逆变器的正母线连通，而零线N 则与负母线连通，而在输入电源的负半周，则刚好相反，零线N与正母 线连通，而相线L则与负母线连通，在IT负载的第二级后，相线与零线具有完全相同的功能与流通线路。 这样，如果“零地电压”高将影响IT负载的正常运行，那无疑“相地电压”高 也会对IT负载产生致命的影响。而零地电压我们可以通过技术手段让它小于1V 甚至等于0V，但是，如果我们让相地电压也控制到小于1V以下的话，那么IT负 载的输入就没电了，数据机房也就直接瘫痪了。因此，从这一反例也可看出， 强调零地电压小于1V是一个荒谬的概念。 “零地电压”与“相地电压” 分析这一电路的交流输入部分，还可以得出一个更有趣的结果，由于输入电路 的完全对称性，如果我们让“零地电压”等于AC 220V，而让“相地电压”等 于0V，这一IT电源的输出将不受任何影响地正常工作。所以，从理论上说，IT 负载的安全零地电压应为AC 220V，问题是这时如果相地电压也等于220V的话， 输入IT负载的相零电压就等于0V或440V了， IT负载就出现了断电或高压事故! 如果我们能设计一具有零地电压、相地电压和“相零电压”都等于220V的“特 殊UPS”向IT负载供电，则IT负载将不受任何影响。 “零地电压”与“相地电压” (a)正半周时，相、零线在IT电源的位置 (b)负半周时，相、零线在IT电源的位置 2-10、结论零线与地线在在所谓的工频机与高频机内部都是从输入端到输出端直接贯通的， 其产生与消除的机理完全一样，都可以使其小于1V以下，关键是厂商是否愿意 投入这样做。 不管在UPS输出端还是在楼层配电输出端采取什么样的降低零地电压的措施， 都无法保证机柜IT负载输入端的零地电压满足小于1V的要求，而IT负载端的零 地电压高低才是最可能引发致命问题。 任何仅保证UPS输出端或在楼层配电端加隔离变压器来实现零地电压小于1V的 做法都不过是自欺欺人的自我安慰而已。 通过对IT负载电源4大变换级中的高频变压器变换级的分析，及“零地电压”与 “相地电压”的技术比较，尽管对IT负载的正常工作而言，零地电压可达220V 对IT负载无影响，但是综合中国电信的测试数据，笔直认为20V以下的零地电 压对现代IT负载不会有任何影响(但需要关注此时的相地电压是否正常)。 l 零地电压的危害与控制 1、零地电压的危害零地电压对负载的影响，主要表现在三个方面：引起硬件故障，烧毁设备；引发控制信号的误动作；影响通信质量。 一般情况之下，零地电压值不得超过2V。零地电压过高可能引发控制信号的误动作，造成设备的误启动和误关机。还可能造成误码率上升，丢包率增加，造成通信缓慢，传输速率下降。影响通信质量，延误或阻止通信的正常进行。 对于计算机设备而言，零地电压过高则会导致服务器速度下降、网络交换速度降低、服务器无故关机，甚至造成硬件损坏。 有的时候，服务器在零地电压高于某一值（比如2V）时就无法启动。因此用户安装的某些负载（例如HP小型机、IBM服务器等），厂家的硬件安装工程师在现场就会对安装环境的零地电压进行测量，一般情况下要求小于2V，大于此数值则不予加电开机。 零地电压甚至直接导致硬件损坏。要避免硬件故障发生，服务器管理人员就必须注意服务器的使用环境完全正常。比较重要的服务器除必须在恒温、恒湿的环境之下工作外，电源环境也要符合标准，不仅要采用UPS，还必须配备良好的接地系统，以保障零地电压低于2伏。 2、零地电压的控制 因为零地电压是影响机器运行可靠性的重要因素，零地电压高会造成机器故障或损害，所以必须对它加以控制。因为零地电压的形成原因很复杂，所以控制要有针对性。主要考虑的问题和解决的途径如下： 保障负载均衡。如果三相用电不平衡，零线N上的电流就会加大，零线N两端的电压差就会直接造成零地电压。因此，在可能的条件下要尽量配平三相负载，并定期根据负载的使用变化进行必要的调整。此外，还可以通过增加零线截面积，减少零线的线路电压损失，从而在一定程度上降低零地电压。 建立良好的接地系统，尽量降低接地电阻。接地电阻一高，很小的电流就会产生零地电压，所以一定要降低。在计算地线线径问题时，在考虑了系统可能的最大用电量和安全的基本需求后，需要特别计算电缆长度，对不同高度楼层使用的不同线径的地线，需要给予明确规定。 尽量选用绿色的、谐波干扰符合国家规定的用电设备。必要时还可安装相应抑制高次谐波的设备，以便从根本上净化电网。同时还必须加强定时、定期和有针对性的设备维护保养，才能确保设备正常运行，降低高次谐波。 选用有零地电压控制能力或零地电压值较小的UPS。在机房中，大量负载为服务器、交换机等类型的负载，这些负载本身因为电路原因产生大量谐波，谐波导致电缆发热，还会导致输入电源的零地电压超过服务器所要求的小于2V的指标，在选购UPS时，需要考虑零地电压的控制问题。有些类型的UPS经过特殊的设计，甚至可以使输出的零地电压小于1伏。 对于供配电二次装修涉及到的电气施工的监管要严格。由于二次装修的工程量大小不一，如果管理不好，也会影响施工质量和供电系统安全。 加装隔率变压器也是降低零地电压的有效措施。在零地电压过高，一般方法无法控制零地电压的情况下，为保证负载可以正常开机运作，可以采用加装隔离变压器的办法，来隔离输入和输出之间的电气连接。 l 弱电接地规范智能建筑的防雷接地目前在智能建筑弱电工程中一些工程商及业主往往忽视防雷接地，给工程遗留下安全隐患；鉴于大多从事智能建筑弱电工程的工程商来自与IT行业的转型，不太了解弱电工程防雷接地技术及施工，这里对建筑弱电工程防雷接地设计和施工，以及后期检测，提供相关工程上及技术人员参考，关键词 智能建筑 弱电 防雷 防浪 涌 Abstract Nowadays project businessman with intelligent building and owner general ignore to protect thunderstruck and earthing, therefore possible give the project brought safety accident; to consider they majority to come from IT industry, hardly know protect thunderstruck and earthing, this article deeply to explain to protect thunderstruck and earthing to design and construction, to provide project businessman and technician reference. Key words intelligent building; low voltage; to protect thunderstruck; earthing一、概述雷电是一种自然放电现象。由于雷电放电电压高、放电时间短，它的产生人类目前无法控制。雷云的生成、移动、放电的整个过程伴随多种物理效应，如：静电感应、高温高热、电磁辐射、光辐射等；这些物理效应的共同作用已严重 危害室内弱电设备的安全运行，甚至危及工作人员的安全。雷电灾害严重性还 表现在波及面广，主要有两个方面的因素，首先积聚大量电荷的雷云有较大的活动范围及其放电过程的辐射范围可覆盖达几十公里的范围，其次地面各种网络（电力、通信等网络）的相互渗透、错综复杂，使雷电灾害的范围进一步扩大。在雷击中心数公里范围内都可能产生 危险过电压，损害线路上的设备。随着现代电子技术的蓬勃发展，大量的微电子设备（系统）得以在工业控制中应用和联网。由于其元器件的集成度愈来愈高，信息存储量愈来愈大，速度和精度不断提高，但工作电压仅有几伏， 信息电流仅有微安级，因而对外界干扰极其敏感，对雷电等电磁脉冲和过电压的承受能力相对脆弱，同时网络广域化又增大了系统（设备）受干扰的可能性。当雷电等引起的过电压和伴随的电磁场强度达到某一阀值时，轻则引起系统失灵（误动、信息丢失、特性变坏、运行不稳定等），重则导致整个电子系统或其元器件永久性损坏。据统计，雷电其中又以雷击电磁脉冲为电子系统事故的主要祸害，且有逐年上升的趋势。因而，电子系统（设备）特别是网络信息系统（设备）必须实行雷电过电压防护。鉴于上述原因，在智能建筑弱电工程中必须考虑过电压防护。二、防雷接地要求机房或设备间的接地，按其不同的作用分为直流工作接地、交流工作接地、安全保护接地。此外，为了防止雷电的危害而进行的接地，叫做防雷保护接地；为了防止可能产生聚集静电荷而对用电设备等所进行的接地，叫做防静电接地；为了实现屏蔽作用而进行的接地，叫做屏蔽接地或隔离接地。智能建筑弱电工程综合布线接地要与设备间、配线间放置的应用设备接地系统一并考虑。符合应用设备要求的接地系统也一定满足综合布线接地的要求。埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体称为接地体。 从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体称为接地线。接地体和接地线统称为接地装置。在接地装置中，用接地电阻来表示与大地结合好坏的指标。 上列各种接地的接地电阻值必须参照国家标准2887-89计算站场地技术要求中的规定。接地就以接地电流易于流动为目标，因此接地电阻越低地电流越容易流动。综合布线的接地希望尽量减少成为干扰原因的电位变动， 所以接地电阻越低越好。在处理微电子设备的接地时要注意下述两点：1.信号电路和电源电路，高电平电路 和低电平电路不应使用共地回路。2.灵敏电路的接地，应各自隔离或屏蔽，以防地回流或静电感应而产生干扰。三、电缆接地在建筑物入口区，高层建筑物的每个楼层配线间，以及每个二级交接间都应设置接地装置，并且建筑物的入口区的接地装置必须位于保护器处或尽量接近保护器。干线电缆的屏蔽层必须用4mm2多股铜线焊接到干线所过的配线间或二级交换间的接地装置上，而且干线电缆的屏蔽层必须保持连续。建筑物引入电缆的屏蔽层必须焊接到建筑物入口区的接地装置上。各配线间或二级交接间的接地线应用一根多股铜芯接地母线焊起来，再接到接地体。接地用线应尽可能位于建筑物的中心部位。面积比较大的配线间、设备间放置的应用设备又比较多，接地线这应采取格栅方式，尽可能使配线间或设备间内等电位。非屏蔽干线电缆应放在金属线槽或金属管内。金属线槽（管）接头应连接牢固，保持电气连通，所经过的配线间用6mm2辫式铜带连接到接地装置上。接地电阻值应根据应用系统的设备接地要求来定。通常，电阻值不宜大于1。当综合布线连接的应用设备或邻近有强电磁场干扰，而对接地电阻提出更高的要求时，应取其中的最小值作为设计依据。接地装置的设计可参照国家标准GB50174-93电子计算机机房设计规定有关条款执行。高层建筑物的每个二级交接间都应设置接地装置。在建筑物入口处的接地装置上用直径5mm2多股铜芯线把入口电缆的屏蔽层与保护器地片焊接在一起。在楼层配线间必须把电缆的屏蔽层连至合格的配线架（柜）接地端。屏蔽层在配线间接地时，在进入或离开屏蔽的电缆之处，采用直径为4mm2的多股铜芯线把电缆的屏蔽层焊接到合格的配线间接地端。各楼层配线间或二级交接间的接地线分别焊接到接地母线上。由接地母线用一根接地线单点与接地体相连接的单点接地方式。各楼层配线间至接地母线的连接导线应采用多股编织的铜芯线，且应尽量缩短连接距离。高层建筑物的接地母线应尽可能位于建筑物的中心部分。四、配线架（柜）接地每个楼层配线架接地端子应当可靠地接到配线间的接地装置上。从楼层配线架至接地极接地导线的直流电阻不得超过1，并且要永久性地保持其连通。每个楼层配线架（柜）应该并联连接到接地极上，不应串联。如果应用系统内有多个不同的接地装置，这些接地极应该相互连接，以减小接地装置之间的电位差。布线的金属线槽或金属管应该接地，以减少阻抗。五、接地体连接电缆的要求在距接地体30m 以内，接地导线用直径为4mm2的外包绝缘套的多股铜线缆若距接地体超过30m时，接地电缆的直径应10mm2。配线间中的每个配线架（柜）均要可靠地接到配线架（柜）的接地排上，其接 地导线应大于2.5mm2,接地电阻要小于1。六、弱电专用接地系统组成地线网由矩形铜（404）1.接地线：地线网由矩形铜排连接成。走线方向按大楼的布线系走线方向按大楼的布线系统。 各需要防静电干扰的仪器设备通过铜芯导线与网可靠的连接，铜芯导线与网可靠的连接使整个系统形成一个独立的防静电抗干扰体系。形成一个独立的防静电抗干扰体系2.接地体：人工接地体可采用钢管人工接地体可采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等制成同时扁钢等制成同时，为了增加其导电性、提高其防腐能力提高其防腐能力，可采用外表镀锌材料。（1）接地体长度为2.5m镀锌角钢（4545）数量3根。数量（2）垂直做水平或耙形埋设垂直做水平或耙形埋设。（3）角钢间距为 2.5m 2.5m-3m。（4）埋设深度0.6m0.6m。（5）垂直接地体可用镀锌扁钢焊接而垂直接地体可用镀锌扁钢焊接而连成一体，接地体引出线与地线网若做 锣钉连接需牢固可靠，接点作防腐处 接点作防腐处 理。（6）为了增加接地体的导电性 为了增加接地体的导电性，可对接地体的封环境进行降阻处理。接地体的封环境进行降阻处理可用石灰、盐、水、木碳酸、金属屑等材料按金属屑等材料按比例配制进行浇灌。比例配制进行浇灌3.防静电、抗干扰接地方案抗干扰接地方案：（1）在建筑结构四周设置四个接地体。（2）在每个接地体与地网线相连处设置在每个接地体与地网线相连处设置一个检测点。（3）四个接地体与地线网可靠连接四个接地体与地线网可靠连接，使整个接地系统连成一个系统网。整个接地系统连成一个系统网（4）. 抗干扰地线是设备系统的低电平信号，同时为了安全起见，需设置一条安全需设置一条安全地线，以防外壳感应电对人体的伤害以防外壳感应电对人体的伤害，但要注意其接线方法：内壳与外壳用金属件连成一体，外壳与接地体用外壳与接地体用金属件连接，须可靠须可靠耐用。抗干扰信号地、包括屏蔽线须单独包括屏蔽线须单独与接地体相连。七、弱电接地系统建议采用联合接地弱电接地系统建议采用联合接地现代的城市建筑物都是钢筋混凝土或金属结构，只要将建筑物的基础只要将建筑物的基础、柱、梁内的钢筋通过焊接或绑扎，就能形成多个闭就能形成多个闭合的电气通路；由于建筑结构中的钢筋或由于建筑结构中的钢筋或金属件很多，彼此又非常接近彼此又非常接近，因此形成一个完善的法拉第笼，在这个笼内的电气在这个笼内的电气线路和设备不会因外界的雷电流而造成 危险的电位，因为多个闭合的电气通路将因为多个闭合的电气通路将阻止雷电流进入建筑物内部。当雷电直接 阻止雷电流进入建筑物内部击到作为接闪器的建筑物的顶部金属件或钢筋网时，冲击电流经过建筑物外围柱冲击电流经过建筑物外围柱内的钢筋或金属柱向下流入大地流入大地，并在建筑物的表面形成电气屏幕。当冲击电流流向建筑物中心时，被由屏幕在闭合金属导被由屏幕在闭合金属导电框架中产生的感应电流所抑制，电气屏电框架中产生的感应电流所抑制幕所产生的感应电压降将伴生一个围绕整个建筑物的磁场，这个磁场包围着建筑这个磁场包围着建筑物内部的其他垂直导体，并在每个柱子的并在每个柱子的顶部和底部感应出等量的电