共用接地系统和电子设备接地详解

电子设备接地技术是一探讨多年的问题。在工程中经常遇到的有防雷接地、交流工作接地、屏蔽接地、防静电接地、安全保护接地、直流工作接地（信号地、逻辑地）等。其作用可分为保护性接地和功能性接地二大类。目前人们最关心的是对功能地的保护。在电子信息设备的电路中，输入信息、传输信息、转换能量、放大信号、逻辑运算、输出信号等一系列过程都是通过微电位或微电流快速进行的，且设备之间常通过互联网络进行工作，除需稳定的电源外，尚需一稳定的基准接地点，又称为信号参考电位。如使用悬浮地不易消除静电，易受电磁场的干扰而使参考电位变动。以往在实际工作中大量采用TN-C系统供电（俗称零地合一），50Hz的工频干扰经由设备外壳，元件底板串入信息系统，使功能性（直流）地要与保护性地隔离，对防雷接地更是谈虎色变要避而远之。然而随着建筑物面积和高度的增大，随着城市建筑的发展，功能性地与保护性地的分离已越来越困难，同时使用多个接地系统必然在建筑物内引进不同的电位导致设备出现功能故障或损坏。因此采用等电位连接和共用接地系统后，使讯号接地不形成闭合回路，共模型态的杂讯不易产生，同时可消除静电和电场的干扰，不易受磁场干扰。共用接地系统已为国际标准采用，并逐步在我国国家标准中推广。
      1．供电系统的说明：在低压配电系统中常用的型式有
      TN型：系统中，电源有一点与地直接连接，又可分为：
      TN-C：在此系统中，整个中性线（N）与保护线（PE）是合一的。
      TN-C-S：在此系统中N线与PE线只有在变压器电力系统接地点连接（即PEN线），进入建筑物后N与PE不可连接。
      TN-S：在整个系统中N线与PE线是分开的，N线不接地。
      IT型：在此系统中，电源与地绝缘或一点经阻抗接地，电气装置外露可导电部分则接地。
      TT型：在此系统中，电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置外露可导电部分连接的接地极和电源的接地极无电气联系。
      在《电子计算机机房设计规范》GB50174-93第6.1.9条规定“电子计算机低压配电系统应采用频率50Hz，电压220/380V，TN-S或TN-C-S系统”。在GB50057-94局部修订条文（征求意见稿）中也提出“当电源采用TN系统时，从建筑物内总配电盘开始引出的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统”。这是由于在一建筑物内采用共用接地系统之后，若采用TN-C供电系统，会产生连续的工频电流及其谐波电流对设备的干扰。干扰来源于TN-C系统中“中性导体电流”（在三相系统中由于不平衡电荷在PEN线上产生的电流）分流于PEN线、信号交换用的电缆的屏蔽层，基准导体和室外引来的导电物体之间。而采用TN-C-S或TN-S系统，这种“中性导体电流”仅在专用的中性导体（N）中流动，不会通过共用接地系统对设备产生干扰。当然，在实际工程中常由于接地方法有问题可能导致中性线（N）与地（PE）接触，使系统全部或部分又转回为TN-C系统，再度产生干扰，这一点只能依靠检测才能找出故障的起因。
      2．独立接地不利于过电压保护
      以往采用电子设备的独立接地在实践中确已消除了连续的低平噪声，但也有突然发生的大灾害事件。分析这些事件得出，由于采用独立接地所以在雷雨天气条件下会有很高的电压加在计算机等信息设备上，而产生高电压的原因包含了直接雷击、雷电波沿线路侵入和雷电感应。
      雷电直击建筑物时，建筑物接地装置和与之连接的金属构件电位迅速抬高，相对而言，由于电子设备采用了独立接地，其电位未明显抬高，这样存在一电位差和设备与建筑物金属框架之间所存在的电容，使设备元件上所感应的电压高于其击穿电压。在雷云电荷的感应下，有时并不发生雷击也会由于建筑物的感应电压通过上述形式影响到设备的元件。如果采用共用接地系统，电位差的问题便得到了解决。
       3．瞬态共地的危害

      为了避免雷害和干扰，我国一些电气安装图提出在防雷地、保护地和交流地与电子信息设备的独立接地之间串连一FS-0.22型避雷器，国外产品中也有类似用途的放电间隙。（国外产品的主要用途是用于煤气管道与共用接地的连接）。采用在两种地之间串接能在瞬态导通的器件其目的是：在正常工作状态下两种地是分开的，不会有泄漏电流对电子信息设备工作时必需的高频信号接地点零伏参考电位产生干扰；而当雷击发生时，将使用FS-0.22避雷器将两种地瞬态导通以达到等电位。这种瞬态共地的作法不能保证电子信息设备的安全，相反却能招致雷击损坏危险。原因是在电源线上（含相线与中性线）可感应雷电瞬态过电压并传导到电子信息设备内，当这种瞬态过电压冲击发生后，即便FS-0.22工作导通，其残压也在上千伏以上，加上长长的连接导线上的电压降，仍会对电子信息设备造成危害。这种瞬态共地在一些规程或图册中称为联合接地，有些标准出于在实际中无法实现独立接地而不得不采用联合接地的考虑，还不恰当的将联合接地的接地电阻值规定为不大于1Ω。