电子信息系统弱电机房接地问题探讨-姚小春

摘要：本文主要介绍了在电子信息系统弱电机房的接地设计中，系统会存在各种零地电位差，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。本文通过分析电子信息系统弱电机房在防雷、设备接地系统中电位差形成的原因，并提出了减少或消除电位差的办法。

关键词：接地系统；零地电位差；谐波电流；弱电机房

中图分类号：TM862

文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2015）33-0126-02

作者：姚小春

引言

随着社会科学技术的进步，信息时代的不断发展，在智能建筑电气电子信息系统设计中，各类精密弱电设备开始被广泛应用，这无疑对建筑的接地系统提出了更高的要求。接地在雷电综合防护工程设计中的作用不言而喻，是一种重要的防护措施。通常在智能建筑中会采用共用接地系统和等电位联结，如此一来对接地系统提出了很大的要求，要求其最大限度的消除电位差。若电子信息系统弱电机房的接地系统中零地电压过高，不仅会严重影响整个通信的顺利传输，甚至还会损坏网络设备。因此，我们发现在的很多特殊电子设备都设置着零地电压检测电路，只有检测后零地电压在规定值内才能开机，而规定值根据不同设备会存在变化。随着模块集成化程度的不断进步，未来对零地电压的要求会越来越高。因此，电子信息系统弱电机房接地系统的当务之急就是降低或者消除零地电位差。本文结合作者多年的实践经验，首先介绍了关于零地电位差的一些认识和见解，然后有针对性的提出了一些设计中减少或降低零地电位差的方法。

1电子信息系统弱电机房存在较大电位差的原因探讨

1.1中性线中存在过多高次谐波电流流过

当通过电网时若配电系统中存在谐波电流源，就会在阻抗上产生谐波压降，那么就有可能产生谐波电压，进而导致零地电位差抬高。

1.2中性线中电流过大

若单三相电源配电配电系统中单相负载较多，那么负载三相分配必然不均衡，在这种情况下很容易使电子信息系统弱电机房存在较大电位差。

按照《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008机房供电不应采用TN-C系统方式配电，所以供电方式可以采用TN-C-S或TN-S系统，如图1所示。若供电系统中单相负载三相分配严重不平衡，那么各相的相电流幅值不相等，夹角就不是120°，这时流入中性线中的电流就会很大，甚至接近相电流。由于中性线上存在阻抗，电流通过中性线时就会产生电位差。在中性线上远离进线端的点相对于地电位就可能较高。

图1机房电源TN-S系统配电示意图

1.3中性点位移

很多原因都可能会导致中性点位移，比如阻抗较大、三相负载不平衡且中性线断线等。如图2所示，在三相不平衡的TN-S系统中，中性线完好时，N'点为负载中性点，因为此时N'至L1'、L2'、L3'的电压绝对值相等，如果因为某种原因使中性线断线或接地不良时，则N'点不再为中性点，这种现象称为中性点位移。这时，各相负载承受的电压变大或者变小，N'点电位则发生变化。

图2TN-S系统中性点位移示意图

1.4磁场干扰

若中性线和其它各相线路形成较大回路时，一旦受到磁场干扰，就可能在零线上出现感应电压，突出表现在用电设备未开机，中性线缆较长时。

1.5接地电阻不满足要求，接地极采用不同材料

在共用接地系统中，要求中性线接地电阻、地线重复接地电阻小于1Ω，否则受电流在接地电阻上很可能产生电压降，导致零地电位差抬高。

实际施工时为了降低工作接地的接地电阻，通常会采用铜做接地极，但当PE线重复接地时，通常采用的是角钢接地极，如此可有效降低工程造价，此时土壤中不同材料就会表现出不同的电位，也就形成了电位差。例如Cu的工作电位为0.337V，Fe的工作电位为-0.44V，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允许的。

2弱电机房接地降低电位差的措施探讨

针对上文所述的电位差的产生原因，有针对性地制定改进措施。

2.1防止和减少中性线上谐波电流的方法

在低压配电系统中，尽量不用作为无功补偿的并联电容器组，尽管并联电容器组已被广泛应用在无功功率补偿设备中，但是由于电容器的谐波阻抗小，很容易产生较大的谐波电流。

在尽量避免采用并联电容器组的基础上，还应该适当增加整流装置的相数，如此可有效制约系统中的高次谐波。采用多相整流可有效减少低次谐波含有率，但是无法制约高次谐波，通过适当增加整流装置的相数来有效解决上述问题。若适当地增加整流装置的相数无法防止和减少中性线上的谐波电流，可考虑采用电力滤波器，该装置可有效降低谐波。

2.2当三相负载不平衡造成中性线上电流较大时

若中性线上电流较大的问题是由三相负载不平衡导致的，那么合理调整单相负载的分配，使其保持相对的平衡可有效解决问题，另外，考虑到各用电设备的实际情况，在系统运行中应满足以下要求：最好保证三相上的有功功率和无功功率平衡；对中性线在负载部分处进行重复接地时，要求其不能与地线使用同一个接地极，并且两者的重复接地线必须保证绝对的绝缘等。为了确保系统的准确性，最好采用微机控制该装置，更好地控制中性线电流过大。在条件允许的范围内，即零、低电位漂移不大的情况下，适当加粗零线可以有效避免或者减小中性线上的电流过大。另外，还应该在系统中设置保护装置，一旦系统出现任何意外情况，保护装置则自动开启，起到良好的保护设备的作用。

2.3改善电磁场环境条件，降低电磁场干扰源强度。具体做法是在设备和机房处做好屏蔽措施；保证施工时合理布线；尽量缩小回路面积，采用多点接地等。

2.4降低接地电阻值，保证工作接地与重复接地接地良好。若机房对零地电位差的要求极高，需要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，但尽量都采用铜材料。

笔者在做吉林深省地税局办公楼项目时，弱电机房与有关弱电公司配合设计，电源单独设置，采用了新一代智能UPS与24相整流变压器及有源滤波器配合使用，三相电源上的负载根据实际使用情况基本平衡，中性线截面选择与相线同截面，机房中配电系统的重复接地与中性线接地采用铜板单独接地，与防雷接地分开设计。效果非常好，竣工验收时进行了测量，零地电位差测量值为0.432V，满足机房内各种弱电设备使用要求，而且至今运行良好。

3结束语

电子信息系统弱电机房是建筑电气弱电系统中最重要的组成部分，弱电机房接地系统的可靠与否，是关系到保障人身和设备安全的重要环节，也是电子信息系统安全、可靠运行的保证。也是电气设计、施工、监理和工程检测机构等部门的工作重点。电位差对于保证电子信息系统弱电机房正常工作非常重要，而电位差的产生通常是比较复杂的，这就要求设计者在设计的过程中充分考虑实际工程中系统对设计的需求，然后有针对性地进行科学合理的分析和设计，最大程度地保证弱电机房的安全可靠运行。

参考文献：

[1]GB50174-2008，电子信息系统机房设计规范[S].中国建筑工业出版社.

[2]GB50343-2012，建筑物电子信息系统防雷设计规范[S].中国建筑工业出版社.

[3]李明军，刘春.谈电子信息系统机房零地电位差问题[J].电气&智能建筑，2009，05.

[4]宋利钢，孙宜刚.电子信息系统机房供电可靠性设计[J].管理观察，2009，27.

[5]刘蕊霞.电子信息系统机房防雷、防静电设计[J].现代建筑电气，2011，05.