信息技术(IT)设备的抗干扰技术
2005/8/23 16:39:02 电源在线网
随着电子计算机之类的信息技术(IT)设备的应用日益广泛，这类设备的抗干扰问题也随之而来。如果抗干扰问题不妥善处理，则IT设备难以正常工作，有时可能造成巨大经济损失或政治损失。前数年我国虽已颁布有IT设备系统的设计规范，但对保证这类设备不受干扰正常运作的设计安装要求却少规定。由于无章可循，我国这些年来建成的智能建筑能正常运作的并不多。其实IEC和一些发达国家根据多年积累的经验，早已制订和编写有信息技术设备有关抗干扰的标准和资料，可供我们借鉴。
需要说明，抗干扰问题的解决与设备本身的抗干扰水平，工作频率以及现场干扰电磁场强度、电源质量参数等外界影响条件有关。在设计阶段往往无法了解这些具体信息，难以在图纸上完全妥善处理好抗干扰问题，常需在电气装置安装完毕投入使用时在现场用仪器进行检测，测定干扰的起因和幅度后，采取一些改正措施，有时只需简单地纠正一下布线或接地的不正确就可消除干扰，下面所列是一些在电气设计中应注意的基本的抗干扰要求。
IT设备的抗干扰措施：
(1)IT设备的电源线路应和干扰源设备的电源线路应分开。IT设备遇到即使极短暂的间断供电也会丢失数据它如果和大功率电动机共一电源线路，则电动机起动时的大幅度电压骤降，对IT设备而言，其影响无异间断供电，也可能丢失数据。有些大功率的非线性负载是引起波形畸变的谐波产生源，有些能产生电弧的设备则能在线路上引起电压波动，诸如此类的设备对IT设备而言都是能引起电源扰动的干扰源，在电源线路上予以分开，如能用不同的配电变压器供电，抗干扰效果将更好。
(2)IT设备应远离产生电磁场的设备。大功率变压器、电动机等设备都是产生干扰电磁场的设备，IT设备在空间布置上应远离这类设备。
(3)IT设备应远离载有大电流的导体。诸如载有大电流的无屏蔽接地的母干线或穿管导线等，都能产生干扰电磁场，IT设备都应与之远离。
(4)IT设备电源线路作用于切断电源的防护电器应具有适当的延时，这是指遇雷击时，瞬态雷电流脉冲通过电源线路对地放电，断路器、RCD等保护电器可能瞬动跳闸，引起不应有的间断供电，使数据丢失。如果保护电器若稍具有延时，就可过雷电脉冲，避免这种间断供电。
(5)在IT设备电源线路上视干扰性质的不同，安装合适的消除电源扰动的设备。这类设备，例如调压器、滤波器、电涌防护器、隔离变压器、电动机---发电机组、UPS等，各有不同的作用，可用以有针对性地消除不同性质的电源扰动。
(6)妥善设置IT设备的接地和等电联结。
(7)IT设备的信号线靠近电力线时，应加以屏蔽，两者交叉时应作直角交叉，以减少电力线对信号线的干扰。
(8)IT设备的电源线和信号线应远离防雷装置的引下线，否则应加以屏蔽。
装设有防雷装置的建筑物遭受雷击时，防雷引下线将瞬间通过以若干 千安计的雷电冲击电流，其周围空间将产生强大瞬变电磁场，建筑物内IT设备的电源线、信号线如靠近IT设备，因此应远离防雷引下线(包括分流雷电流的建筑物外墙的立柱钢筋)至少2m，否则应加以屏蔽。
(9)接向IT设备的信号线和电源线宜布置在同一线路通道内，以免形成大包绕环。
(10)IT设备的信号线宜采用屏蔽接地的电缆、穿钢管导线或双绞线，以消除或减少干扰电磁场的影响。
(11)单芯导线组成的电源回路应套金属管槽等外护物以作屏蔽，并在两端通过与等电位联结系统相连通而接地，以消除或减少单芯导线不对称布置产生的电磁场的干扰。
(12)IT设备的接地不得采用TN-C系统，采用TN-C-S系统时，PEN线应在电源进线处即分成PE线和中性线。
(13)分离的不同等电位联结场所宜采用光缆作信息联系，分离的不同等电位联结场所的等电位联结系统的对地电位各不相同，存在电位差。若场所间仍采用电的联系，势将引起干扰。光缆联系是非电的联系，不会因电位差而产生这种干扰。
IT设备的接地和等电位联结：
IT设备的正确接地和等电位联结是保证设备正常工作的重要措施。视IT设备的工作频率、本身的抗干扰水平和现场干扰条件不同，其接地要求也不习相同，现简述如下。
1、保护接地和信号接地的关系
IT设备在两个接地：一个是为电气安全而设置的保护接地，即将设备金属外壳接以PE线的接地一个是实现其功能性作用的信号接地，按IEC标准规定，除个别特殊情况外一个建筑物电气装置内只允许存在一个共用的接地装置，并应实施等电位联结，这样才能在建筑物内消除或减少电位差。对IT设备也不例外，其保护接地和信号接地只能共用一个接地装置而不能分接不同的接地装置，也即信号接地通过连接PE线而实现接地的。如果分设两个接地，不但在电气装置内现电位差对人身不安全，而且对IT设备也同样不安全。不访设备IT设备的电源线因感应雷电瞬态脉冲过电压而进入IT设备，但设备的信号接地则另接单独的地，其电位为零伏，设备内部不可避免地某些部位出现危险的电位差，信息设备被过电压击坏的危险将是很大的。如果共用一个地，信号地的电位即PE线的电位，设备击坏的危险将小得多。
在共用同一接地系统实施等电位联结后，对IT装置的接地电阻阻值的大小没有要求，因IT装置以等电位联结系统的电位而不是以大地的电位为参考电位。
2、IT设备接地的特殊要求
随着IT设备的工作频率日益提高，因此要求尽量减小接地和连接通路的高频阻抗，其走线应力求短直。为此可将电源进线处的接地母线延伸为接地母干线，它沿建筑物外墙内侧的墙脚敷设。凡需联结的金属部分，例如金属结构、管道等都可在建筑物任一处就近与该接地母干线相联结而不必接往汇集总等电位联结的接地母排，以减少接地回路阻抗。柱子钢筋应与此接地母干线联结以加强垂直方向的等电位联结。为使接地丝裂霉素政绩 中的电阻分量不致过大，接地母干线的截面宜适当加大。IEC标准认为采用50mm2截面的铜质导体在技术上的经济上是比较适当的。
对于大型建筑物，接地母干线可敷设成环。它可采用绝缘导体，也可采用裸导体。当采用裸导体时，如固定用的支撑为另一种金属材料，则固定处的裸导体应包覆绝缘，以避免不同金属接触形成局部电池腐蚀接地母干线。
为保证等电位联结的低阻抗和钢筋混土建筑物屏蔽的有效性，IEC标准规定IT设备电气装置建筑物的主钢筋应采用焊接，并与接地母干线相连通。如果不允许焊接可采用压接，也可专门放置一作等电位联结用的钢筋，此钢筋的连接应采用焊接，它也可与原有钢筋绑所相连。
成排的IT设备如长度超过10m，宜在两端头处与IT设备下铺设局部的等电位网格或接地母干线相联结而实现可靠的接地，以提高接地系统导通的可靠性。
IT设备接地方式推荐的三种范例：
1、放射式(S式)接地
对于现有建筑物内抗干抗能力较强、工作频率较低的IT设备，可采用放射式的接地方式，从配电箱PE母排放射引出的PE线兼作IT设备的信号接地线。此PE线具有较大的阻抗，因此设备间信号线承受的噪声水平较高。但对于抗干扰能力较强的IT设备，这种带PE接线插脚的三脚插头插入插座即接入电源并同时实现保护接地和信号接地的方式是最为简单易行的，它适用于住宅、小商业楼之类的IT设备。
这种接地方式中，如IT设备和其他干扰源设备共用同一末端回路和PE线，因回路阻抗的耦合，对此IT设备的干中有较强。如果此IT设备采用单独的末端回路和PE线，将能大大减小干扰。
在有些情况下，将PE线和配电盘内为其专设的PE母排加以绝缘，并用绝缘的导线接向建筑物的接地母排，在接地母排前与其他金属部分绝缘，其抗干扰效果可进一步得到提高。采用这种做法时，配电盘内出现两个PE母排，IT设备的PE线和PE母排则被称为隔离的PE线和PE母排。
2、水平局部等电位的网格式(M式)接地
除用PE线作保护接地个接地外，还将IT设备的外壳习题短直地联结互设备下方的局部水平等电位铜质网格上以相取得低阻抗的信号接地。网格也和配电箱内的PE母排相联结。网眼的尺寸约为IT设备工作频率的波长的1/10，可取为600mm*600mm。铜带宽可为60~80mm，厚约0.6mm，以增大表面积，减少高频集肤效应导致的高频阻抗的参考电位平面，从而降低干扰水平。
在此接地方式中，如果将IT设备的电源线路以及PE线与其他线路分隔开，并将铜质网格与地绝缘，则抗干扰效果将更好。这时PE线应如前述加以绝缘，即PE线需和插座的金属接线盒、穿线钢管以及其他回路的PE线绝缘，直到与总等电位联结的接地母排联结为止。
3、水平和垂直的等电位联结接地
由于IT设备的工作频率日益提高，即使采用了上述水平局部等电位网格式接地方式，并将PE线予以绝缘隔离，但由于在高频条件下导体与导体存在电容耦合，互相敌探的导体间又存在电感耦合，高频干扰信号将通过这等耦合的传导而难以消除。为此又推出了另一种水平和垂直等电位联结的接地方式。
采用这种方式时，在信息网络建筑物内有需要的楼层内需装设水平等电位网格，这些网格又和所在场所的电气装置外露导电部分、建筑物金属结构、管道等就近相联结。采用这种接地方式时也需要从总等电位联结接地母排引伸出接地母干线，以便于与各种金属结构、管道等作水平的和垂直的低阻抗的直接联结。
由于这种接地方式具有众多的联结点和分流通路，其高频阻抗可大大降低，对于只具有一般抗干扰水平的IT设备，它可以消除大部分的干扰。IT设备与其下网格的联结线也应尽量短直，以不大于500mm为好。网眼的尺寸不应过大，否则将影响抗干扰的效果。这种接地方式特别适用于新建的IT网格建筑物，它较能适应设计时对各种干扰因素尚不清楚的场所。
需要说明，抗干扰问题的解决与设备本身的抗干扰水平，工作频率以及现场干扰电磁场强度、电源质量参数等外界影响条件有关。在设计阶段往往无法了解这些具体信息，难以在图纸上完全妥善处理好抗干扰问题，常需在电气装置安装完毕投入使用时在现场用仪器进行检测，测定干扰的起因和幅度后，采取一些改正措施，有时只需简单地纠正一下布线或接地的不正确就可消除干扰，下面所列是一些在电气设计中应注意的基本的抗干扰要求。
IT设备的抗干扰措施：
(1)IT设备的电源线路应和干扰源设备的电源线路应分开。IT设备遇到即使极短暂的间断供电也会丢失数据它如果和大功率电动机共一电源线路，则电动机起动时的大幅度电压骤降，对IT设备而言，其影响无异间断供电，也可能丢失数据。有些大功率的非线性负载是引起波形畸变的谐波产生源，有些能产生电弧的设备则能在线路上引起电压波动，诸如此类的设备对IT设备而言都是能引起电源扰动的干扰源，在电源线路上予以分开，如能用不同的配电变压器供电，抗干扰效果将更好。
(2)IT设备应远离产生电磁场的设备。大功率变压器、电动机等设备都是产生干扰电磁场的设备，IT设备在空间布置上应远离这类设备。
(3)IT设备应远离载有大电流的导体。诸如载有大电流的无屏蔽接地的母干线或穿管导线等，都能产生干扰电磁场，IT设备都应与之远离。
(4)IT设备电源线路作用于切断电源的防护电器应具有适当的延时，这是指遇雷击时，瞬态雷电流脉冲通过电源线路对地放电，断路器、RCD等保护电器可能瞬动跳闸，引起不应有的间断供电，使数据丢失。如果保护电器若稍具有延时，就可过雷电脉冲，避免这种间断供电。
(5)在IT设备电源线路上视干扰性质的不同，安装合适的消除电源扰动的设备。这类设备，例如调压器、滤波器、电涌防护器、隔离变压器、电动机---发电机组、UPS等，各有不同的作用，可用以有针对性地消除不同性质的电源扰动。
(6)妥善设置IT设备的接地和等电联结。
(7)IT设备的信号线靠近电力线时，应加以屏蔽，两者交叉时应作直角交叉，以减少电力线对信号线的干扰。
(8)IT设备的电源线和信号线应远离防雷装置的引下线，否则应加以屏蔽。
装设有防雷装置的建筑物遭受雷击时，防雷引下线将瞬间通过以若干 千安计的雷电冲击电流，其周围空间将产生强大瞬变电磁场，建筑物内IT设备的电源线、信号线如靠近IT设备，因此应远离防雷引下线(包括分流雷电流的建筑物外墙的立柱钢筋)至少2m，否则应加以屏蔽。
(9)接向IT设备的信号线和电源线宜布置在同一线路通道内，以免形成大包绕环。
(10)IT设备的信号线宜采用屏蔽接地的电缆、穿钢管导线或双绞线，以消除或减少干扰电磁场的影响。
(11)单芯导线组成的电源回路应套金属管槽等外护物以作屏蔽，并在两端通过与等电位联结系统相连通而接地，以消除或减少单芯导线不对称布置产生的电磁场的干扰。
(12)IT设备的接地不得采用TN-C系统，采用TN-C-S系统时，PEN线应在电源进线处即分成PE线和中性线。
(13)分离的不同等电位联结场所宜采用光缆作信息联系，分离的不同等电位联结场所的等电位联结系统的对地电位各不相同，存在电位差。若场所间仍采用电的联系，势将引起干扰。光缆联系是非电的联系，不会因电位差而产生这种干扰。
IT设备的接地和等电位联结：
IT设备的正确接地和等电位联结是保证设备正常工作的重要措施。视IT设备的工作频率、本身的抗干扰水平和现场干扰条件不同，其接地要求也不习相同，现简述如下。
1、保护接地和信号接地的关系
IT设备在两个接地：一个是为电气安全而设置的保护接地，即将设备金属外壳接以PE线的接地一个是实现其功能性作用的信号接地，按IEC标准规定，除个别特殊情况外一个建筑物电气装置内只允许存在一个共用的接地装置，并应实施等电位联结，这样才能在建筑物内消除或减少电位差。对IT设备也不例外，其保护接地和信号接地只能共用一个接地装置而不能分接不同的接地装置，也即信号接地通过连接PE线而实现接地的。如果分设两个接地，不但在电气装置内现电位差对人身不安全，而且对IT设备也同样不安全。不访设备IT设备的电源线因感应雷电瞬态脉冲过电压而进入IT设备，但设备的信号接地则另接单独的地，其电位为零伏，设备内部不可避免地某些部位出现危险的电位差，信息设备被过电压击坏的危险将是很大的。如果共用一个地，信号地的电位即PE线的电位，设备击坏的危险将小得多。
在共用同一接地系统实施等电位联结后，对IT装置的接地电阻阻值的大小没有要求，因IT装置以等电位联结系统的电位而不是以大地的电位为参考电位。
2、IT设备接地的特殊要求
随着IT设备的工作频率日益提高，因此要求尽量减小接地和连接通路的高频阻抗，其走线应力求短直。为此可将电源进线处的接地母线延伸为接地母干线，它沿建筑物外墙内侧的墙脚敷设。凡需联结的金属部分，例如金属结构、管道等都可在建筑物任一处就近与该接地母干线相联结而不必接往汇集总等电位联结的接地母排，以减少接地回路阻抗。柱子钢筋应与此接地母干线联结以加强垂直方向的等电位联结。为使接地丝裂霉素政绩 中的电阻分量不致过大，接地母干线的截面宜适当加大。IEC标准认为采用50mm2截面的铜质导体在技术上的经济上是比较适当的。
对于大型建筑物，接地母干线可敷设成环。它可采用绝缘导体，也可采用裸导体。当采用裸导体时，如固定用的支撑为另一种金属材料，则固定处的裸导体应包覆绝缘，以避免不同金属接触形成局部电池腐蚀接地母干线。
为保证等电位联结的低阻抗和钢筋混土建筑物屏蔽的有效性，IEC标准规定IT设备电气装置建筑物的主钢筋应采用焊接，并与接地母干线相连通。如果不允许焊接可采用压接，也可专门放置一作等电位联结用的钢筋，此钢筋的连接应采用焊接，它也可与原有钢筋绑所相连。
成排的IT设备如长度超过10m，宜在两端头处与IT设备下铺设局部的等电位网格或接地母干线相联结而实现可靠的接地，以提高接地系统导通的可靠性。
IT设备接地方式推荐的三种范例：
1、放射式(S式)接地
对于现有建筑物内抗干抗能力较强、工作频率较低的IT设备，可采用放射式的接地方式，从配电箱PE母排放射引出的PE线兼作IT设备的信号接地线。此PE线具有较大的阻抗，因此设备间信号线承受的噪声水平较高。但对于抗干扰能力较强的IT设备，这种带PE接线插脚的三脚插头插入插座即接入电源并同时实现保护接地和信号接地的方式是最为简单易行的，它适用于住宅、小商业楼之类的IT设备。
这种接地方式中，如IT设备和其他干扰源设备共用同一末端回路和PE线，因回路阻抗的耦合，对此IT设备的干中有较强。如果此IT设备采用单独的末端回路和PE线，将能大大减小干扰。
在有些情况下，将PE线和配电盘内为其专设的PE母排加以绝缘，并用绝缘的导线接向建筑物的接地母排，在接地母排前与其他金属部分绝缘，其抗干扰效果可进一步得到提高。采用这种做法时，配电盘内出现两个PE母排，IT设备的PE线和PE母排则被称为隔离的PE线和PE母排。
2、水平局部等电位的网格式(M式)接地
除用PE线作保护接地个接地外，还将IT设备的外壳习题短直地联结互设备下方的局部水平等电位铜质网格上以相取得低阻抗的信号接地。网格也和配电箱内的PE母排相联结。网眼的尺寸约为IT设备工作频率的波长的1/10，可取为600mm*600mm。铜带宽可为60~80mm，厚约0.6mm，以增大表面积，减少高频集肤效应导致的高频阻抗的参考电位平面，从而降低干扰水平。
在此接地方式中，如果将IT设备的电源线路以及PE线与其他线路分隔开，并将铜质网格与地绝缘，则抗干扰效果将更好。这时PE线应如前述加以绝缘，即PE线需和插座的金属接线盒、穿线钢管以及其他回路的PE线绝缘，直到与总等电位联结的接地母排联结为止。
3、水平和垂直的等电位联结接地
由于IT设备的工作频率日益提高，即使采用了上述水平局部等电位网格式接地方式，并将PE线予以绝缘隔离，但由于在高频条件下导体与导体存在电容耦合，互相敌探的导体间又存在电感耦合，高频干扰信号将通过这等耦合的传导而难以消除。为此又推出了另一种水平和垂直等电位联结的接地方式。
采用这种方式时，在信息网络建筑物内有需要的楼层内需装设水平等电位网格，这些网格又和所在场所的电气装置外露导电部分、建筑物金属结构、管道等就近相联结。采用这种接地方式时也需要从总等电位联结接地母排引伸出接地母干线，以便于与各种金属结构、管道等作水平的和垂直的低阻抗的直接联结。
由于这种接地方式具有众多的联结点和分流通路，其高频阻抗可大大降低，对于只具有一般抗干扰水平的IT设备，它可以消除大部分的干扰。IT设备与其下网格的联结线也应尽量短直，以不大于500mm为好。网眼的尺寸不应过大，否则将影响抗干扰的效果。这种接地方式特别适用于新建的IT网格建筑物，它较能适应设计时对各种干扰因素尚不清楚的场所。
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