浅谈建筑物电子设备的接地技术

浅谈建筑物电子设备的接地技术

张杰殷红梅

(泰安市气象局山东泰安271000)

摘要：本文结合电子设备对接地的具体要求，分析了电子设备防雷地、信号地、功率地、屏蔽地及保护接地的类型及各自的作用，提出了应合理地依据电子设备的接地线长度及工作频率等各个参数来正确地选择接地形式，并由此通过对共用接地和独立接地的分析、探讨，等电位连接的施工工艺及产生的作用，探索研究、确立合理的电子设备的接地方案。

关键词：电子设备；接地技术；等电位

引言

随着电子技术的高速发展，雷电灾害事故频发，雷害造成的人身伤害、工农业生产损失也越来越大。各级政府对各项建筑工程设计中防御雷电危害的要求严格、全面。2000年由国家技术监督局和建设部发布的《建筑物防雷设计规范》，根据IEC新出版的《雷电电磁脉冲的防护》标准而增加了第六章“防雷击电磁脉冲”。2004年由建设部和国家质量监督检验检疫总局发布了《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，这也说明了我国对防雷电电磁脉冲的重视，而对电磁环境十分敏感的电子设备就迫切需要做好电磁脉冲防护。其中，“接地”是防雷技术中最重要的环节，是电子技术中非常重要的内容。

1接地的要求

一个规范的接地系统必须达到以下四个要求：

1）有很低的公共阻抗，系统中各路电流通过该公共阻抗产生的直接传导噪声电压最小。

2）在有高频电流的场合，保证“信号地”对“大地”有较低的共模电压，使通过“信号地”产生的辐射噪声最低。

3）保证地线与信号线构成的电流具有最小的回路面积，避免由地线构成“地回路”，使外界干扰磁场穿过该回路产生的差模干扰电压最小，同时也避免由地电位差通过地回路引起过大的地电流，造成传导干扰。

4）保证设备和人员安全。

2接地的形式

接地的功能有多种，可以分为以下三大类：建筑物防雷接地（含防直击雷接地、防雷电感应接地、防雷电波侵入接地、等电位连接接地）、计算机系统接地（含计算机安全保护接地、信号地、交流工作地、防静电接地、屏蔽接地）、一般电气设备接地（含安全保护接地、SPD保护接地、交流工作接地）。在实际工作中，并非所有的系统都全部具有上述接地要求，应根据设备工作性质和实际情况进行设计。对于电子设备系统的接地，在设计时就应该考虑防雷地、信号地、交流工作地、屏蔽地、

保护接地。

2.1防雷地

防雷接地的目的是将雷电流引入大地，保护设备和人身安全。一般要求防雷接地电阻值小于10Ω，共用地网时要求防雷接地电阻值小于1Ω。

2.2信号地

信号地是指信号或功率传输电流流通的参考电位基准点或基准面。也称逻辑地，是将直流电源的输出端(例如负极)，通过地网接在一起，使其成为稳定的零电位。信号地系统可以概括成下列几种形式：单点接地系统、多点接地或地平面接地系统、混合接地系统及浮地系统。正常情况下，当信号频率低于1MHz时，单点接地系统是更可取的；当频率在10MHz以上时，则多点接地系统是更好的选择；而频率在1MHz～10MHz之间时，通常采用单点接地，最长接地导线的长度小于1/20波长，若长于1/20波长，应当采用多点接地系统。

2.3交流工作地

交流工作地是交流电源的接地系统，在设备外壳，将交流电源的零线与大地相通。由于设备工作和安全运行的需要所进行的接地，接地电阻值要求小于4Ω，并多次重复接地。

2.4保护接地

为保护人身安全及屏蔽外界干扰将设备外壳所进行的接地，称作保护接地。接地电阻值一般也要小于4Ω。抗干扰也属于保护接地的范畴，所谓抗干扰是指对外界干扰进行屏蔽，常见的有静电屏蔽和电磁屏蔽。用良好的金属材料做成屏蔽层，并将屏蔽层作可靠接地，这样可起到电磁场和静电两种屏蔽作用，接地是抗干扰中的重要问题。接地合理可以抗干扰，接地不合理则可以引起干扰。所以，地线有的接，有的浮。例如，有的时候需要将屏蔽地与大地相连，或交流地与屏蔽地一点接地，有时模拟地与数字地需要浮置，同时最好使模拟地与数字地用光隔离器分开，使系统有较强的抗干扰性能。

需要指出的是，有些机器的机壳与内部直流相通，对这些设备应按直流地对待。

3电子设备接地形式的选择

接地系统的形式一般可根据接地引线长度和电子设备的工作频率来确定。

当L＜λ/20，Z≈Rrf，频率在1MHz以下时，一般采用辐射式接地系统。

辐射式接地系统，即把电子设备中的信号接地、功率接地和保护接地分开敷设的接地引下线接至电源室的接地总端子扳，在端子板上信号接地、功率接地和保护接地接在一起，再引至接地体。

2）当L＞λ／20，频率在10MHz以上时，一般采用环（网）状接地系统。

环(网)状接地系统，即将信号接地、功率接地和保护接地接在一个公用的环状接地母线上。环状接地母线设置的地点视具体情况而定，一股可设在电源处。

当L＝λ／20，频率在(1～10)MHz之间时，采用混合式接地系统。

混合式接地系统即为辐射式接地与环（网）状接地相结合的系统。

上述三种接地系统的选用可根据高频阻抗及射频电阻计算结果决定：

由(1)、（2）两式可以知道接地线应该尽量短，并且因为L＝（2n+1）λ/4时tg2πL/λ＝∝,Z＝∝,所以接地线长度L＝λ／4及λ／4的奇数倍的情况应避开。一般情况下，接地支线长度应该小于3m，而接地干线长度应小于15m。我们在确定引下线长度时，必须对设备要求，如耐高电位能力、功率、工作频率以及接地网的情况了解清楚。由于设备与接地体相对位置是客观情况要求，有时不能减少接地干线的长度时，应采取其他措施。

4独立接地与共用接地的探讨

关于建筑物内电子设备的接地．IEC和国家标准都推荐采用共用接地和等电位连接。经济上合算，技术上也合理。这是因为采用共用接地后，各系统的参考电平将是相对稳定的，即使有外来干扰，其参考电平也会跟着浮动，许多工程实践已证明采用共用接地是解决多系统接地的最佳方案。如果采用分开的接地系统，两个接地体之间的距离应大于20m，否则两个接地系统形式上分开了，而实际上(指电气上)仍末分开，这样两个独立的电气系统又可能通过接地装置而相互耦合，雷击时还易发生地线间的地电位反击，产生相互干扰，严重时甚至造成两个系统都不能正常工作。

在工程设计中，有些设备厂家要求将电子设备的信号地或直流地作单独接地，这是不符合等电位安全要求的。电子设备为了防止电磁干扰，其直流地或信号地与外壳已相连在一起。若设备由220V交流电源供电．按规程其外壳应接在保护地PE线上，而实践中各类计算机都把直流地和外壳连在一起即和PE线连在一起（外壳为非金属壳的除外），外界提供了分离的信号线和保护线，但是计算机却把它们连在了一起，所以说作单独接地没有实际意义。

在条件允许的情况下，为计算机系统单独提供一个专用接地系统也是可行的。计算机在使用单独接地系统时，要特别注意周围环境的变化，当计算机接地体附近又出现另一个接地体时，就要警惕新的接地体对原有接地系统可能产生的地电位反击。

在电气接地装置和防雷接地装置共用和相连的情况下，当建筑物防雷装置被雷击时，共用接地装置上的电位升高，建筑物内电气设备的外壳电位随之升高，在设备的电源相线、信号线等对外端口处形成高电位差，所以必须安装相应的过电压保护器。

信息系统设备的接地与建筑物共用接地系统的连接方法，有单点连接和多点连接之分。两种接地连接方法各有特色：单点接地连接时，外部电流不能侵入系统，但设备与钢筋之间要绝缘；多点接地连接时，设备接地和室内接地多点连接，可取得低阻抗化，施工、维护方便，但外部电流可能侵人信息系统。通常，单点等电位网络可用于相对较小、限定于局部的系统；多点等电位连接网络宜用于延伸较大的开环系统。

5等电位连接的作用

等电位连接，即设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。等电位连接能有效消除或降低电位差，在防范人身电击、爆炸和火灾等用电安全措施中起重要作用。同样在防雷中也离不开等电位连接。由于雷电流峰值非常大，其流经之处都立即升至很高的电位(相对大地而言)，因此对于附近尚处在大地电位的导体和人产生旁侧闪络。如果建筑物内有易燃易爆物，可能引起大火和爆炸。

等电位连接可均衡电位、降低电位差，消除由于电位差而导致的种种电气事故，所以在IEC标准和一些发达国家的电气规范中都将等电位连接列为安全保护的基本条件。国家强制性标准GB50343-2004对实施等电位连接也都做出了明确规定。

6结束语

电子设备一般都要求有一个良好的接地系统，做好接地系统既是设备稳定、可靠工作的需要，也是保障设备和人身安全的需要。电子设备的接地工程是一个系统工程,共用接地的应用已越来越广泛，但他所带来的地电位抬升问题应该引起设计者的高度重视。

参考文献：

[1]国家技术监督局中华人民共和国建设部GB50057-2010建筑物防雷设计规范(2000年版)北京:中国计划出版社,2001.

[2]中华人民共和国建设部国家质量监督检验检疫总局GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范北京:中国建筑工业出版社.

作者简介：

张杰（1971-09-29），男，汉族，山东省泰安市人，本科，助理工程师，从事防雷检测、工程设计施工、雷击风险评估、验收等工作。