浅谈电子信息系统机房零地电位差问题

随着信息时代的不断发展, 各种精密设备的广泛使用, 对建筑的接地系统提出很高的要求。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。智能建筑中应采取共用接地系统和等电位联结, 这样接地系统不仅要求能迅速泄放雷电流, 而且还在泄放雷电流后, 能够保持地电位的稳定和均衡, 尽可能消除电位差。如果电子信息系统机房的接地系统中零地电压过高, 不但影响通信造成数据传输出现错误, 信号出现干扰, 甚至会损坏网络设备。随着科技的发展, 现在一些特殊电子设备 (如服务器、微型机等) 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, 卫星通信设备要求小于3V, 一些特别重要的服务器甚至要求小于1V。随着模块集成化程度的提高, 以后这方面的要求会越来越高, 可见设法降低或消除零地电位差是电子设备机房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 机房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T N-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 磁场干扰

当零线与其它线路构成较大回路, 且受磁场干扰, 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

在共用接地系统中, 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 P E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的存在。这样, 沿PE线, 各点零、地电位差就会出现不一致现象。

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是不可忽视的。

2 降低电位差的方法

针对以上电位差产生的原因, 分别提出以下改进方案。

2.1 三相负荷不平衡造成零线电流较大时

(1) 调整单相负荷的布局, 尽量使单相负荷平衡的分布在三相中, 同时要考虑到用电设备功率因数的不同, 尽量兼顾有功功率和无功功率均能平衡分布。

(2) 对N线在负载部分进行重复接地, 但应该注意不能与PE线的重复接地合用一个接地极, 且N线的重复接地线与PE线的重复接地线绝缘, 不得有电气联结。N线重复接地可以抑制零电位漂移。

(3) 使用可调整不平衡电流功率因数补偿装置。该装置用微机控制, 通过在各相与相之间及各相与零线之间接入不同数量的单相电力电容器的方法来校正三相不平衡电流, 也能补偿功率因数。

(4) 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, 零线电流引起的电压降相应地减小。或者使用无流零线, 不过线路较长时, 费用也相当可观。

2.2仔细检查中线有无接触不良或断线, 并可设置中线断线保护, 一旦发生断线而使中性点电位漂移, 保护装置就会动作跳闸

2.3防止和减少谐波电流的方法有

(1) 防止用作无功补偿的并联电容器组对谐波进行放大。在用户供电系统中, 并联电容器组作为无功功率补偿设备得到广泛应用。然而电容器的谐波阻抗小, 谐波电压会产生较大的谐波电流, 并且电容器对谐波有放大作用。

(2) 增加整流装置的相数。增加整流装置的相数是限制高次谐波的最基本和最常用方法之一。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。采用多相整流可显著减小低次谐波含有率, 但高次谐波仍然存在。

(3) 使用电力谐波滤波器, 当增加整流装置相数仍不满足要求时, 可考虑采用电力滤波器。有源电力滤波器有良好的作用效果。

2.4 改善电磁场环境条件, 降低电磁场干扰源强度

这就必须做到机房屏蔽 (含建 (构) 筑物的屏蔽) 和设备屏蔽。还有选用各类屏蔽线缆或穿金属管布设。为减少不同类线缆相互间的耦合, 合理布线十分重要。采取多点接地, 缩小可能产生的回路面积, 降低回路感应电压和感应电流。

2.5 降低接地电阻值, 保证工作接地与重复接地接地良好

2.6 对零地电位差要求非常高的机房, 供配电系统中的重复接地宜和中性线接地采用同一接地极, 最好都使用铜材料

3 结语

电位差对于保证专业机房正常工作有着不可忽视的影响, 金融系统的机房供配电系统中电位差应控制在1V以下较为理想, 必须引起高度重视。引起电位差的原因较为复杂, 实际工程中设计中要充分考虑系统对电位差的要求, 根据实际情况, 进行科学、经济、细致的工程设计, 确保系统能够正常运行。

摘要：在电子信息系统机房的接地系统中, 为了保证系统的安全可靠运行, 必须尽量设法降低或消除各种零地电位差。本文分析了信息系统机房防雷、设备接地系统中电位差形成的原因, 并提出了减小或消除电位差的办法。

关键词：接地系统,等电位,谐波电流

参考文献

[1] GB50057-94.建筑物防雷设计规范. (2000年版) .

[2] 杨岳.电气安全[M].北京:机械工业出版社, 2003.6.

[3] 王兆安, 杨君, 刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社, 1998, 9.

[4] GB50174——93电子计算机机房设计规范.