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工廠電子廠房的防雷電接地設計方法

發布時間:2009-10-11 10:56:10 文章來源:

隨著電子技術的發展,電子產品越來越多地應用於各類生產生活領域。與之相適應,電子生產廠房的修建也與日俱增。其中的接地技術較常規的建築接地種類繁多,涉及麵廣。本文以某電子儲存類產品的生產廠房的設計為例,對電子廠房的接地做一探討。
 
      該廠房的生產設備有很多是微電子設備,這些設備的特點是工作信號電壓很低(一般隻有10伏左右),抗幹擾能力差,對防靜電的要求高,車間內有IT信息中心及網絡生產管理,所以接地在該項目中具有重要的作用。其接地係統根據用途具體可分為電源係統接地、電氣保護接地、防靜電接地、信息係統的接地、電子設備接地、防雷接地幾個種類。

      1、電源係統接地
      該工程由兩棟三層主廠房、辦公樓和食堂等附屬建築物組成,雖然建築麵積達數萬平方米,但建築群體相對集中,所以在設計中優先考慮TN-S係統。變壓器中性點接地,係統的保護線與中性線完全分開,這種方式對供電、保護、經濟合理性等均十分有利,其選擇原則與常規建築一致,這裏不再贅述。對於傳達室等距離主體建築較遠的零星建築單體,采用帶PE線的五芯電力電纜予以供電,距離超過50米以上的建築須按規範要求重複接地。

      2、電氣保護接地
      采用TN-S係統時,電氣設備不帶電的金屬外露部分與電力網的接地點采用直接電氣連接。當帶電相線因絕緣損壞碰設備外殼時,通過設備外殼構成該故障相對地線的單相短路。利用很大的短路電流,使線路上的保護裝置(如熔斷器、低壓斷路器等)迅速動作,切斷電路,從而消除人身觸電危險。

      在電子生產廠房中,生產流水線上設備密集,且多為金屬外殼的用電設備。若保護接地不到位或不符合要求,在發生接地故障時,很容易引起工作人員觸電危險。因此,保護接地問題不容忽視,無論在設計過程還是施工過程中,都應切實地把保護接地落實到位。應進行保護接地的物體主要包括:變壓器、高壓開關櫃、配電櫃、控製屏等的金屬框架或外殼;固定式、攜帶式及移動式用電器具的金屬外殼;電力線路的金屬保護管或橋架、接線盒外殼,鎧裝電纜外皮等。保護接地的連接線可采用扁鋼或銅導線,要求形成可靠的電氣通路。

      等電位連接是各類建築物電氣設計中一項不可缺少的工作。等電位連接有總等電位連接和局部等電位連接兩種。所謂總等電位連接是在建築物的電源進戶處將PE幹線、接地幹接、總水管、總煤氣管、采暖和空調立管等相連接,從而使以上部分處於同一電位。總等電位連接是一個建築物或電氣裝置在采用切斷故障電路防人身觸電措施中必須設置的。所謂局部等電位連接則是在某一局部範圍內將上述管道構件作再次相同連接,它作為總等電位連接的補充,用以進一步提高用電安全水平。在電子廠房內,各個部位的電位都相等,可以保證建築物內不會產生反擊電壓,同時可以降低雷電電磁脈衝產生的幹擾。

      3、防靜電接地
      靜電主要由不同物質相互摩擦而產生,在電子廠房生產過程中,靜電所造成的危害是多方麵的。首先,該工程中很多設備及儀器對靜電電壓比較敏感,靜電會影響其正常工作甚至出現錯誤;其次,由靜電產生的高電壓會引起人身觸電;另外,當靜電嚴重時可能會引起火花放電,嚴重的會造成火災事故。 

      為了消除靜電所產生的危害,就必須采取措施。消除靜電的方法很多,但最簡單和最有效的辦法是采取接地措施。該電子生產廠房中,對所有會產生靜電的設備都應保證可靠接地。為了防止積聚在設備和人身上的靜電荷達到危險電位,在主要生產場合采用了防靜電地坪。這類地坪在的防護材料中,分布有銅線構成的網絡,這些金屬網絡彼此形成電氣通路,用於防靜電地坪的靜電傳導。作為電氣設計配合,應在防靜電地坪所在空間的建築柱上,適當預留接地端子。在地坪敷設完畢後,將防靜電地坪內的金屬線與該接地端子相連。另外,接地端子須通過柱內主筋與接地極連通,以使靜電通過接地端子沿柱內主筋流向接地極。 

      4、信息係統的接地
      本工程設置綜合布線係統,在辦公樓設有一個IT信息中心,並在各廠房的輔房內設有IT管理室,信息點遍布車間及辦公室,用於將來的生產監控和管理。另外,本工程設置了火災自動報警係統。這就涉及到信息係統的接地問題。

      根據《建築物防雷設計規範》的有關規定,在本工程信息係統接地的設計中,采用S型等電位連接網絡。在信息設備較集中的部位,如中心機房、弱電豎井等設接地基準點,此基準點與建築物的共用接地係統連接,信息係統的所有金屬組件,如各種箱體、殼體、機架等通過等電位連接線與基準點連接,設備之間的所有線路和電纜當無屏蔽時宜按星形結構與各等電位連接線平行輻射,以免產生感應環路。

      5、電子設備的接地
      該生產廠房中有部分用於檢測的工業電子設備。電子設備的接地主要不是為了人身安全,而是為了設備工作的準確性。因為高頻電壓對人體並無傷害,而且電子設備的外殼即使不接地,並與地保持絕緣時,其設備外殼與地形成電容,隨著頻率增高,電容的電抗值將減少,當頻率達到一定數值時,就等於接地。但為了減少雜散電流對儀表讀數的影響,最好還是用短而粗的導線與地相連,一般采用6平方毫米的銅線,與設置在設備附近的專門的接地母排連接,然後再與總接地幹線連接起來。接地電阻要求不超過10歐姆。對於個別設備,如產品說明書對接地電阻有特別要求者,則根據要求接地。

      6、防雷接地
      對於一般建築而言,在采取了防雷措施後,可以將直擊雷與雷電波侵入的雷害的概率降低很多。對於一般電氣設備,允許的雷電脈衝較高,因此采取避雷針、避雷網防直擊雷等措施是極其有效的。而微電子設備非常靈敏,耐壓水平很低,一般隻有10V左右,對雷擊電磁脈衝極為敏感,易受到電磁幹擾和損壞。雷擊電磁脈衝因電磁感應而產生,並且可以通過電源線、天線、信號線的耦合被引入微電子設備,是微電子設備損壞的主要原因。如果僅按照一般建築進行防雷設計,建築電子設備受雷擊的損壞率就很高,所以對於電子生產廠房的防雷接地設計應采取相應的措施。

      在選擇接閃器時,應優先選用避雷網形式。這是因為避雷針是通過把雷電引向自身來完成保護對象免遭直接雷擊的,這種引雷的機理使避雷係統增加被雷擊的概率。當然,避雷針也不是完全不能采用,現在有的避雷針生產企業已推出新型優化避雷針,它具有防止直擊雷和抑製二次感應雷的兩種功能,是一種防雷市場上相對先進的產品。
  
      在布置引下線時,應沿建築物四周設置而避免采用中間柱的柱內主筋作為引下線。這是因為在電子信息係統接地時,通常采用單點接地係統,將接地基準點在建築物的中心部位引到建築物底部的接地板上,如防雷引下線設置在四周則可以減少引下線產生的強磁場的幹擾。

      對於接地裝置設置的問題,防雷接地、電源係統接地、電氣保護接地、防靜電接地可同時利用建築物的基礎鋼筋作為接地極。對於信息係統的接地,曾經在很長時間內存在著意見分歧。以往普遍認為信息係統的接地係統應單獨設置,與建築物絕緣,國外稱其為絕緣接地方式。但是在實際應用中發現,兩個獨立的接地係統不利於過電壓保護,這是因為當建築物接閃雷電流後,建築物的電壓很高,而信息設備的“信號地”是與建築物20米以外的大地相連,其電位比防雷接地裝置低得很多,設備電壓在雷擊時維持在“信號地”電位水平,二者之間的電位差通過電容的耦合作用,將耐壓能力很低的電子器件損壞。

      近年來,很多國內外標準不主張信息設備采用獨立的接地裝置,推薦采用共用接地係統。例如,2000版的GB50057-94《建築物防雷設計規範》中明確指出:“每幢建築物本身應采用共用接地係統”即將建築物內的各種接地都統一接到建築物的基礎上或室外的接地裝置上。當該建築物遭受雷擊時,電力係統的電壓和電子設備工作接地的電壓同時上升,保持了設備的工作電壓不變,使微電子設備在雷擊時可正常工作。共用接地係統通常利用建築物的基礎作接地極,其接地電阻一般在1歐姆以下,如有設備對接地電阻值的要求更低,應取其最小值。

      以上是本人在電子廠房的接地設計過程中的一些學習體會,其中的疏漏和不足願和大家共同商榷。在今後的電子技術發展及應用中,各種先進的接地技術及產品也在源源不斷地湧現,電子廠房的接地設計技術必將會有新的進步,我們期待著設計工作能為社會生產提供更加科學有利的技術支持和保障。