浅谈弱电系统设备连接的等电位问题
摘 要: 本文阐述了如何提高弱电系统设备工作的可靠性的问题, 近年来国际上普遍采用“等电位”连接的方法来解决这个问题。我国虽然在强电系统上基本都已采用了“等电位”连接的方法,但在弱电系统上大都仍采取各系统独立接地的方法。 关键词:弱电系统 接地 等电位 连接 1 问题的提出
在高档民用建筑日益增多的时代,建筑中有许多诸如电脑、通讯、安保监视、消防报警、电视、楼宇控制、公共广播等弱电系统。而弱电系统设备对电源的质量要求非常高,任何来自电源系统较小的干扰都有可能影响各弱电系统设备的正常工作。有人认为通过UPS后备电源的净化功能来过滤电源内部的杂质可以获得洁净的电源，但事实证明这样并不能完全达到预期的效果。为了提高弱电系统设备工作的可靠性,国际上近年来普遍采用“等电位”连接的方法来解决这个问题。
首先大型建筑物的交流工作接地、保护接地一般采用建筑物本体综合接地。若是直流逻辑接地、重要的机房配电系统的交流工作接地、安全保护接地采用建筑物本体综合接地，其接地电阻要小于1Ω。其次为防止感应雷、侧击雷高脉冲电压沿电源线进入机房损坏机房内的重要设备，在电源配电柜电源进线处安装浪涌防雷器。
我国虽然在强电系统上基本都已采用了“等电位”连接,但在弱电系统上大都仍采取各系统独立接地的方法。由于弱电系统设备的电源与建筑物内的动力、照明等强电系统为同一供电系统,所以电气系统内所产生的干扰信号,例如谐波、畸变、高频扰动等可能引起以下问题:
(1)通过接地回路窜入弱电系统设备,使其工作失常;
(2) 产生强杂散磁场,对邻近弱电系统设备可能引起不良影响; (3) 在不同的接地点可能产生危险的电位差。 2 问题的产生
图1 所示为一中性点接地的三相四线系统,这一接地系统在一点(总接地端子板) 与大地联通,而另两根接地线也是从这一点引出的。一根接地线接电气系统的主变压器和其他变压器的中性点,另一根接向穿线钢管、接地线和建筑物的金属导电部分。
图1 中性点接地的三相四线系统
在图1 中,中性线N 在A 点与地短路,这使部分中性线上的负荷电流改从接地线、穿线钢管和建筑物金属导电部分返回电源。各通路返回电源的电流按其阻抗来分配。电流在中性线和接地系统的分流导致前述的种种问题。 3 不同接点间存在电位差
假设有2 台弱电系统设备D1、D2 ,两台设备连接在电气系统不同部位上,两台设备间用有屏蔽层的信号电缆相连接,屏蔽层用D1 和D2 的接地回路接地。
因为中性线和“地”已在A 点短路联通,返回电源的负荷电流也流经接地系统和D1、D2 的接地回路。两台设备的外壳和设备内的弱电线路绝缘,但与接地线则是连通的。
上述返回电流在接地线B 点和C 点产生一电压Vg ,此电压也出现在每个设备的外壳上。接地线和有关阻抗上的电压在D1 和D2 的电信电缆上产生一电流ID 。由于电位差和所引起的电流ID 常较大, ID 可能破坏设备的正常工作。 4 接地干扰信号如何进入弱电系统设备
中性线电流内包含有各种干扰信号,例如:谐波、畸变、高频扰动等。如图2 所示。
图2 中性线电流内的干扰信号
为防止电源相线和中性线上的干扰信号进入弱电设备,一般在电源回路上设有滤波器。图2 内中性线在D 点与用作接地线的穿线钢管连接。在此情况下,中性线上的干扰信号可进入接地回路和设备的外壳,从而干扰弱电系统设备(如电子计算机等) 。从图2 可知,滤波器并不能滤除干扰信号进入弱电设备。上述问题出在将弱电设备的接地线接至穿线钢管(它也被用作接地线) ,而没有接至等电位地系统上。如能使弱电系统设备在电气系统不正常时,也能与整个建筑物内的电气接地系统保持等电位,这样将大大减少故障信号对弱电系统的干扰,从而提高弱电系统设备工作的可靠性。
为了防止电气干扰信号进入弱电系统敏感电子设备,通常采用各种衰减电路,例如滤波器、隔离变压器、光电耦合器等。但防止干扰信号进入敏感电子设备最重要的措施之一是系统的接地是否正确。等电位连接是近年来国际上推广的电气安全措施。所谓等电位连接是将建筑物内配电箱的PE 母排,各系统的接地干线,金属管道以及建筑物内的金属结构等导电部分汇接到总接地端子板上,使整个建筑物内的电气接地系统形成一个相等的电位。等电位连接后,由于在等电位连接范围,用电设备外露导电部分和接地母排相连通,其电位基本处于同一电位水平上,所以能消除沿PE 线窜入的危险电压及外界电磁场产生的干扰,改善系统的电磁兼容性能,这对弱电系统设备的稳定工作是十分重要的。 5 施工实例
图3 是某高档民用建筑设施的接地系统。