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弱电机房中零——地电位差产生原因与对策

来源:中国防雷技术 作者:吴剑强 沈冠兰 寿建明 更新时间:2010/4/6 20:51:02

摘要:本文通过十几年来对机房检测申遇到的各种零-地电位差较大情况进行分析,与广大防雷同仁相互探讨机房申零-地电位差形成的原因、危害和减小或消除电位差的办法。

  引言
  
  在弱电机房防雷防静电检测中,时常会碰到机房的零一地电位差偏大的情况,用户(特别是银行、保险公司、证券公司、医院等单位)一般要求帮助分析原因和提供解决办法,这常使我们不少同志感到为难。其实,我国电力设施的供电线路一般都很长,由于各输电线路之间的电流并不相等,因此在用户端零一地之间就会存在零地电位差。通常,供电部门会把零地电位差控制在一定范围之内,不会对系统或者设备造成危害。但有些电子信息设备基于电磁兼容的要求,要求工作在较低零地电位差的供配电系统中(比如<=2v)。特别是银行、保险公司、证券公司等有较多的远程数据通信设备,而这些设备对零一地电位差要求较高(如调制解调器要求不大于5v,卫星通信技术要求小于3V,个别重要服务器甚至要求小于1v)。如果不符合零一地电位差要求,不但直接影响到设备的安全使用,而且还影响到系统的稳定运行。笔者根据自已的检测、施工经验,综合分析了零地电位差的危害、形成原因及对策,供广大同仁参考。
  
  1 零一地电位差较大对电子信息设备的危害
  
  1.1可以引起硬件损坏,甚至烧毁设备;
  
  1.2会引发控制信号的误动作,造成设备的误启动和误关机;
  
  1.3可能造成误码率上升,丢包率增加,造成通信缓慢,影响通信质量。传输速率下降,延误或阻止通信的正常进行;
  
  1.4有些设备在零地电位差高于某值(比如2V)时就无法启动。因其自带目检程序,当检测到零地电位差大于此数值则不予加电开机。
  
  2 产生零地电位差较大的原因分析
  
  2.1三相电源配电肘负载分配严重不平衡,造成中性线电流过大。机房配电一般为TN一S系统(图1),由于中线阻抗的存在,中线电流在阻抗上就会产生电位差。中性线上远离进线端的点,相对于地电位就可能较高。

  2.2三相不平衡且中性线断线、末接好或阻抗较大导致中性点位移。如图2所示,三相不平衡的TN一S系统中,中线完好时,Nl点为负荷中性点,因为此时Nl至Ul、Vl、Wl电位差绝对值相等,当由于某种原因使中线断线或接地不良,这时Nl点不再为中性点,这种现象称为中性点位移。这时,各相负荷承受的电位差变大或变小,Nl点电位发生变化。

    2.3中性线(零线)中有较多高次谐渡电流流过。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。
  
  2.4电磁场干扰
  
  当零线与其它线路构成较大回路,且受电磁场干扰,零线中会产生感应电位差。这在设备未开机,零线线缆较长时表现更为明显。当逆变器工作时,UPS输入端零线电流理论上应该为零。但由于机房输入配电柜内所有的电缆走的都是大电流,这些电流包括UPS,机房的逆变器,本楼层的照明,空调等等。每一根电缆都含有大量的电磁干扰,所有的这些电缆被捆扎在一起走长线,使得这些高频干扰互相串扰,高频干扰电流在零线、地线上流过带来了零地之间的压降。
  
  2.5接地电阻不符合要求
  
  共用接地时中性线接地电阻、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位差降的影响,零地电位差可能抬高。
  
  2.6PE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,从而有电位差存在。那么,沿PE线,各点零、地电位差会出现不一致现象。
  
  2.6.1PE线与N线接错或在某点PE与N线短接。PE线与N线混接时,PE线中架散电流最大,在N线中的一部分工作电流也会流过PE线。
  
  2.6.2PE线附近有直流大电流流动(如地铁附近)。杂散电流会通过大地流入PE线。
  
  2.7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,这肘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不可忽视。

  2.8UPS选用不当
  
  UPS的功率因数较低,因而有较多的谐渡成分,而上面己提到谐波电流可导致零地电位抬高。此外,有些UPS不带有隔离变压器也不能有效的抑制零地电位漂移。

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