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浅析机房防雷接地系统中的零地电位差问题
作者:段进成    发布于:2019-05-24 17:52:43    文字:【】【】【
摘要:在雷电概括防护工程中,接地是一种不可少的紧张步伐之一。GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》明白划定防雷工程中应采纳共用接地体系和等电位联络。防雷接地不仅请求能敏捷泄放雷电流,还请求泄放雷电流后,连结地电位的稳定和均衡,尽大概消除电位差。要是机房防雷接地体系中零地电压过高,不仅影响通讯造成数据传输误码率增大,乃至会损坏网络建筑。有些建筑(如服无器、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划定值就不行开机。

在雷电概括防护工程中,接地是一种不可少的紧张步伐之一。GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》明白划定防雷工程中应采纳共用接地体系和等电位联络。防雷接地不仅请求能敏捷泄放雷电流,还请求泄放雷电流后,连结地电位的稳定和均衡,尽大概消除电位差。要是机房防雷接地体系中零地电压过高,不仅影响通讯造成数据传输误码率增大,乃至会损坏网络建筑。有些建筑(如服无器、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划定值就不行开机。

    另有良多建筑都对零地电压有明白的请求,如调制解调器请求不大于5V,卫星通讯手艺请求小于3V,个体紧张服无器乃至请求小于1V。可见想法低落或消除零地电位差是机房防雷接地体系中必需要办理的题目。笔者凭据不同的造成缘故,谈谈低落零地电位差的少许初浅分解,提出少许削减或低落零地电位差的要领。 

    1 零地电位差较大的缘故阐发 

    1.1 三相电源配电时负载分派紧张不服衡,造成零线电流过大
    按照GB50174——93《电子计较机机房设计规范》,机房应接纳TN-C-S体例配电。进来建筑物曩昔为TN-C,进来后接纳TN-S制,如图1所示。若单相负荷紧张不服衡,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,最大时可靠近相电流。而由于中线阻抗的存在,中线电流在阻抗上就会发生电位差。零线上阔别进线端的点,相对于地电位就大概较高。


    1.2   三相不服衡且中性线断线、未接好或阻抗较大导致中性点位移 
    如图2所示,三相不服衡的TN-S体系中,中线完好时,N1点为负荷中性点,由于此时N1至U1、V1、W1电压统统值相称,但由于某种缘故使中线断线或接地不良,这时N1点不再为中性点,这种征象称为中性点位移。这时,各相负荷蒙受的电压变大或变小,N1点电位发生变更。


    1.3 中线(零线)中有较多高次谐波电流流过
    供电体系中的谐波电流源经历电网将在阻抗上发生谐波压降,从而导致谐波电压的发生。由于谐波电流势必在零线上发生压降,而使零地电位差抬高。 

    1.4 电磁场搅扰
    当零线与别的清晰组成较大回路,且受电磁场搅扰,零线中会发生感到电压。这在建筑未开机,零线线缆较长时阐扬更为明显。 

    1.5 接地电阻不符合请求 
    共用接地时零线接地电阻、地线重叠接地电阻请求小于4欧姆,若接地电阻太大或与地面打仗不良,受电流在接地电阻上发生电压降的影响,零地电位差大概抬高。 

    1.6 PE线中存在较大的电流
    平常事情时,PE线中不应有电流,但若发现以下情况都大概导致PE线中有电流,从而有电压降存在。辣么,沿PE线,各点零、地电位差会发现不一致征象。 

    1.6.1 用电建筑走电,如相线与外壳绝缘不良、碰壳短路、相地接反,这时PE线中有较大的走电通畅过。 

    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线中的一片面事情电流也会流过PE线。 

    1.6.3 PE线各重叠接地点的电位不等。由于电位差的存在,PE线中有电流发生。 

    1.6.4 PE线左近有直流大电流流动(如地铁左近)。杂散电流会经历地面流入PE线。如上海地铁牵引电源为1500V直流电源,直流电大概经历地面走漏到PE线中造成杂散电流。

表1 不同元素的电位 (温度25。C) 

元素
符号
电位(V
Fe
-0.44
Cu
+0.337
Al
-1.66
Zn
-0.763

     1.7 接地时使用了不同质料的接地极 
    施工时为了低落事情接地的接地电阻,接纳铜作接地极,而PE线重叠接地时,为低落工程造价,接纳角钢作接地极,这时不同质料会在土壤中发现不同电位,从而造成电位差。如表1,事情接地用铜,重叠接地用铁,则两极之间就会发生0.777V的电位差。0.777V的电位差对于某些零地电位差请求较高的建筑来说不可忽 视。 

    1.8 接地线长度不合乎请求 
    高频电子建筑的接地线请求必需小于λ/4(其中λ为高频波的波长),不然会发生驻波 ;由于驻波存在波腹与波节(即电压的最高点和最低点),以是接地线两头大概存在电位差。 

    1.9 UPS选用欠妥 
    UPS的功率因数较低,于是有较多的谐波成分,而上头已提到谐波电流可导致零地电位抬高。别的,有些UPS不带有隔离变压器也不行有用的抑制零地电位漂移。

 2 低落零地电位差的要领 

    针对以上缘故,划分提出以下改进方案。 

    2.1 三相负荷不服衡造成零线电流较大时: 

    2.1.1 调整单相负荷的布局,尽管使单相负荷平均的漫衍在三相中,同时要思量到用电建筑功率因数的不同,尽管两全有功功率和无功功率均能平均漫衍。 

    2.1.2 对N线在负载片面进行重叠接地,但应该留意不行与PE线的重叠接地适用一个接地极,且N线的重叠接地线与PE线的重叠接地线绝缘,不得有电气联络。N线重叠接地能够抑制零电位漂移。觉得TN-S体系中只准对PE线作重叠接地的概念并非正确。 

    2.1.3 使用可调整不服衡电流功率因数赔偿装配。该装配用微机控制,经历在各相与相之间及各相与零线之间接入不同数目的单相电力电容器的要领来校正三相不服衡电流,也能赔偿功率因数。 

    2.1.4 从UPS开拔,接纳新一代智能UPS产物,这种UPS(如艾默生的Paradigm)实现了对中性线电流及时监控,能够经历及时般配整流器的三相电流从而将中性线的合成电流降为零,削减了由于中性线的压降导致而导致的输出零地电压抬高。 

    2.1.5 在零、地电位漂移不太大的情况下加粗零线,从而使导线阻抗下降,零线电流惹起的电压降响应地减小。 

    2.1.6 使用无流零线,但是清晰较长时,价格也相配可观。 

    2.2 周密搜检中线有无打仗不良或断线,并可设置中线断线护卫,一旦发生断线而使中性点电位漂移,护卫装配就会动作跳闸。 

    2.3 防止和削减谐波电流的要领有: 

    2.3.1 对非线性负载的使用要惹起重视,据日本一机构对楼宇、化工场、制作业等部分观察表现:楼宇中发生的谐波占到总谐波量的40%以上。以是楼宇中电子整流器的日光灯、气体放电灯等的大量运用会发生大量三次谐波,从而对电网组成污染。 

    2.3.2 防止用作无功赔偿的并联电容器组对谐波进行放大 

    在用户供电体系中,并联电容器组作为无功功率赔偿建筑得到宽泛运用。然而电容器的谐波阻抗小,谐波电压会发生较大的谐波电流,而且电容器对谐波有放大感化。 

    2.3.3 增加整流装配的相数。增加整流装配的相数是限制高次谐波的根基和常用要领之一。多相整流变压器二次绕组进行不同组合,可实现6相、12相、24相或48相整流。接纳多相整流可显著减小低次谐波含有率,但高次谐波仍旧存在。 

    2.3.4 使用电力谐波滤波器,当增加整流装配相数仍不知足请求时,可思量接纳电力滤波器。有源电力滤波器有优越的感化结果。 

    2.4 改善电磁场情况条件,低落电磁场搅扰源强度: 

    2.4.1 机房屏障(含建(构)筑物的屏障)和建筑屏障。 

    2.4.2 选用各种屏障线缆或穿金属管布设。 

    2.4.3 为削减不同类线缆互相间的耦合,合理布线非常紧张。 

    2.4.4 采纳多点接地,收缩大概发生的回路面积,低落回路感到电压和感到电流。 

    2.5 低落接地电阻值,保证事情接地与重叠接地接地优越。 

    2.6 可采纳以下要领减小地线中的电流:增强相线间绝缘,防止建筑的走电通畅过地线造成回路。根绝零地混接以减小杂散电流;地线各重叠接地的位置不行置于不同的地电位处。在有较大直流电流动的左近,应该使地线对地面绝缘,并使其单点接地。 

    2.7 对零地电位差请求很是高的机房,供配电体系中的重叠接地宜和中性线接地接纳同一接地极,最佳都使用铜质料。 

    2.8 高频体系的接地线应该在1/10λ到1/20λ(λ为高频波波长)之间,此时,导线两头不会发生明显的电位差。 

    2.9 合理选定UPS。接纳新一代智能UPS产物,这种UPS实现了对中性线电流及时监控,能够经历及时般配整流器的三相电流从而将中性线的合成电流降为零,削减了由于中性线的压降导致而导致的输出零地电压抬高。对于大型机房,应该接纳功率因数大,谐波少的UPS。如三相6脉冲整流时UPS的输入功率因数约为0.8,谐波电流为30%摆布,三相12脉冲时UPS的输入功率因数能够作到0.95,但仍有10%的谐波电流成分。为打听决通讯机房局促的题目,比年来发现了高频链布局的不含输出隔离变压器的UPS,但为了使零线搅扰与负载隔离,对于大型计较机网络等对照紧张的负载,应该尽管选定带工频隔离变压器的UPS,在到达零线隔离的同时低落部分电网的零地电压,且这类UPS的输出零点是取自隔离变压器的次级Y型绕组的中性点,在输出端零地短接,并把通讯机房的交换事情地排上独自引线至该输出点能抑制零、地电位漂移。


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