供电与环境

山西同昌信息技术实业有限公司2013年1月机房供电（接地）与环境机房供电与环境4接地安全1零地电压2防雷击安全35举例技术标准目录接地的作用是：保护人和设备不受损害弱电系统的接地，按用途分有保护性接地和功能性接地。保护性接地分为：防电击接地、防雷接地、防静电接地和防电蚀接地；功能性接地分为：工作接地、逻辑接地、屏蔽接地和信号接地1、保护接地是将DCS（DCS，全称：DistributedControlSystem，定义：DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便）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。）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（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）、信号回路接地（各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等）、屏蔽接地（模拟信号的屏蔽层的接地（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）），在石化和其它防爆系统中还有本安接地。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。供电系统对机房的影响，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。如图是一种常用的多站接地图。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3．4.13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。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（模拟地或屏蔽地）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（电源地或逻辑地）和CG（保护地或机壳地）的接地电阻应小于4欧姆。2、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3.15～20kV。为了减少线路能耗、经发电厂中的升压变电所升压至35～500kV，再由高压输电线传送到受电区域变电所，降压至6～10kV，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。TN-S接地系统（整个系统的中性线和保护线是分开的）导致零地电压偏大的异常情况1、三相电源负载不平衡；2、接地电阻不符合规范要求；3、N线、PE线线径不够或断路；4、高频谐波引起电位升高；5、电磁场干扰；6、使用UPS、电子稳压器等电子供电设备；7、使用的插线板不符合电器标准。使用UPS为例，UPS是由整流电路，开关电源等组成的，由于电子电路的特征以及电感和电容的存在，系统中UPS的应用会造成输出零线与输入零线之间存在电压差，因而造成了输出零线与地线之间的电压差。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：1、引起硬件故障，烧毁设备；2、引发控制信号的误动作；3、影响通信质量。零地电压过高可以引起硬件损坏一般情况之下，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。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：1、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。2、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。3、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。4、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。3、防雷击安全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（