接地和等电位联结说明

泰科电子出版
接地和等电位接地和等电位联结联结
关于关于布线系统布线系统布线系统的的背景与技术信息
托斯顿托斯顿··庞克 硕士工程师 欧洲，中东中东和非洲和非洲和非洲市场经理市场经理
简介
接地和联结
摘要
当尼古拉·特斯拉于1880年研发了第一台电机时，他并未料到电力会对后世具有重要的战略意义，并对社会产生了革命性的影响！
当时，“科技战” 是介于交流和直流发电之间，二者都力争被选为发电和电力传输的标准方式。

出于多方面的原因交流电被世界各地选定为标准。

直流电现在多用于地铁，电车和一些国家的铁路。

事实上，所有这些交通系统都有一定的距离限制，而这恰使得直流电成为一种高效的技术。

交流电主要在发电站生产和由高压输电电缆传输，从110千伏至380千伏。

在多个分配点，这个高电压被转换为较低的电压，通常为230伏– 240伏或在北美为110伏。

住宅用户通常被给予一条3线电缆，包括单相导线，中性导线和接地导线。

电力供应商使用一条4线电源线直接从最近的发电站连接至其用户。

此电缆提供了3相导线和中性导线。

较大的工业用户在现场有其自己的变压器，由其供应商直接使用三相供应。

这些4线电源分布于整个建筑物中。

通常这些导线被称之为L1，L2和L3（或A，B，C相）。

在北美相线被称为火线。

N（中性）导线一般被称为PEN（保护接地中性）导线。

原因是它提供了N和PE 导线的综合功能。

通常在二级配电盘处会将PE线和N线连接在一起。

基于安全理由保护接地是强制的，和因此作为独立的导线如同在电源插座中。

PE线和N线两个都将在接地中性点处连接在一起。

在电力产业的初期，由于电器设备大多是电灯和电机，用PEN线到二级分配点是普遍的，以降低成本和铜导体。

即使在20世纪五十年代和六十年代，当更多的电器产品被使用时，电力系统也没有发现严重问题。

所有这些设备都有一个共同点- 他们都是电阻式设备。

这意味着电压和电流间没有相移，和更重要的是PE和任何金属的连接部件没有电流。

在这种情况下，接地和联结系统的主要任务只有一个：
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在电力故障时电力故障时拯救人类拯救人类拯救人类和动物和动物和动物的的生命生命。

如今情况发生了重大的变化，而PEN 的安装成为一个严重的问题。

随着半导体的发展，电子设备随处可见。

在过去20年来许多复杂的电子设备已被研制，包括微波
炉，电脑，显示器，安全和报警系统等。

大多数设备只需少量的电力，因此使用降压变压器降至弱电电压。

今天，这是由电源提供设备如以太网供电交换机为终端设备供电。

他们都利用同样的相位控制原理工作。

这会产生大量的谐波，大多时候是基本供电频率的n 倍（50，100，150赫兹）。

与此同时，更多的IT 设备被安装和连接在一起。

随着IP 设备不仅仅在IT 领域，而在许多其他技术的扩散，这将会以越来越快的速度增长。

这些混合的供电交换机会产生谐波，于是连接至接地系统的资讯科技设备可能会对很多商业和个人用户造成危险和性能不稳定的情况。

造成这种情况的主要原因在于所有这些设备的电源是相同的，即PEN 网状电力运输系统。

这些系统在过去100年都没有改变，和一起产生问题如：
金属管道腐蚀 电气系统表现异常 雷击后组件损坏 IT 设备无法连接 电源供应器损坏
开启强电流设备后电子元件损坏
其原因总是相同的。

包括：
普遍使用四线系统（PEN ）； 激增的供电交换机；
不适当的接地和联结网络安装或设计
对于IT 网络来说重要的是要明白各类布线技术包括光纤，屏蔽和非屏蔽铜缆都会受到此类影响。

当前版本的EN 50174-2明确说明：
接地和联结适用于屏蔽和非屏蔽系统。

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与这个说明抵触的任何其它说明是误导和不当的。

尤其是在市场上的一些供应商声称接地和联结对非屏蔽双绞线安装无影响。

相反不适当的接地和联结会影响非屏蔽和屏蔽双绞线的安装。

只要看看一般使用非屏蔽电缆的典型安装电线，接地和联结不良对电网造成大问题！
应该怎样做才能应该怎样做才能改善改善改善这种这种这种情况情况情况？？
对于新建筑，欧洲要求使用5线电源布线系统。

这在EN 50310说明，并已获当地专家和标准认可。

这听起来可能不合理，但5线设计只是电子和电气安装的一个基本规则。

若电流由4线系统的L 线供应，返回路径通过N 线回到电源处。

N 线和整个接地系统以及连接设备将被用来作为回路线。

这不是理想的线路！
顾问们必须明白到所有系统（电气和电子）都必须被视为一个整体，安装后他们一起运作。

首先网式接地和联结设计是强制性的。

这意味着建筑里的所有金属部件将在多个节点处连接。

接地系统需包含在早期建筑设计阶段，并在根基建设中实施。

各楼层的钢筋需在多个位置连接至上数层和下数层。

在各楼层需为联结端子设置终接点。

注：不同的系统应连接到局部联结端子。

电力系统的保护接地
联结导体的金属部分，例如机架，通路，活动地板等
不要分开这两者！
在一些文献中，不同的系统被作为单独的部分处理，在最坏情况下，有各自独立的接地点。

这是错误的，若这些系统连接在一起可能导致环流。

此电流是随两个接地系统间的电位差产生的。

这是使用网状接地系统的原因！
配电
住宅建筑和小型建筑物直接由电力局供电，4线电力电缆会接入这些楼房中。

在主配电板，设有PEN 线至等电位连接带的连接。

成为等电位联结系统其中部分的所有金属部件和系统将接至此连接带。

注：PE线和PEN线的连接需靠近电源（变压器或供电点）以及在整个安装只有一个
只有一个。

除了这一点，
只有一个
所有电缆应具有三或五根导线。

EN 50310禁止使用PEN连接。

回电流仅流经N 导体。

因此总等电位连接带中的总电流为
零。

实际上，这可以在某些点通过RMS测试设备检查。

使
用RMS设备是很重要的，否则谐波将不会被测试。

有些设备备有长期记录。

这是一个有用的功能来识别
短期事件如大型电气设备开关生成的高能量瞬变。

改善现有楼宇的接地装置
对现有设施进行电力审查以检测电流流动情况是必要的。

这意味着，首先要做的是如前面提到测量在几个分配点通过PE 导体的电流。

若测到电流，接下来是要找到PE线和N 线之间的的连接。

任何PEN的连接都必须拆除，而装设单独的PE 线。

所有建筑物都需如此操作。

拆除所有PEN连接后，应检查PE 导线，和可以另外连接至一些金属部件。

需要保存长期的记录以检测会否和何时可能造成系统关机的情况。

这种情况会出现在如当大型电机开启或任何其它装置产生大瞬态时。

瞬态或脉冲是一种在短时间内发生的高能量冲力，其高于正常电流数倍。

若这冲力扰乱了正常的运行，找到PEN 连接并确保那些导线与其他金属路径如金属通路系统适当分离。

IT 连接
若电子设备需要连接在一起，最好选用光纤。

光纤系统可确保电流分离并没有电位差。

事实上几乎所有的校园和主干安装都使用的光纤。

这可以避免很多问题。

若必须使用铜导体（接口），则可考虑使用媒体转换器。

这很简单并犹如具整个光纤链路同样的效果。

在铜线系统中，若整个电力系统采用5线电力电缆系统，而接地和联结使用网状设计则不会有不良影响。

至于4线电力电缆系统，建议尽量改为5线系统。

即在现有电力电缆上增加一条导线。

这比它听起
来更容易并且可轻松地解决许多不希望得到的情况。

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联结
所有的金属部件都必须被联结。

在机架，机架制造商应提供所有必要的指示导和螺钉。

至于金属配线架，所有这些都必须联结至机架。

金属通路和电缆管道系统也须联结。

这将确保有非常低的地阻抗。

所有电磁干扰电流都将流经低阻抗接地通路，而非资讯科技网络。

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布线系统
若所需的布线系统使用金属配线架，这些都必须联结至机架。

其适用于任何的布线系统，不管是光缆，屏蔽或非屏蔽铜缆。

这可通过接地夹或由配线架低阻抗连接至机架或机柜完成。

注：重要的是要重要的是要确保确保确保提供提供提供低阻抗连接低阻抗连接低阻抗连接。

在机架/机柜和机柜和配线架配线架“耳”间应当没有任何
涂料涂料或绝缘材料或绝缘材料存在。

较为专业的方法是使用接地夹。

这可确保任何时候与接地系统连接良好。

连接硬件的安装与连接硬件的安装与端接端接
在过去，安装简便常常是支持非屏蔽双绞线系统的论点。

但如今情况相反。

为了提供所需的性能，一些非屏蔽双绞线供应商使用实心导体于水平电缆和跳线（应为多股绞线），并进一步要求复杂的安装程序。

下表显示了铜缆布线的最佳预期电气特性。

电磁兼容性和线外串扰余量是基于目前正在开发中的万兆以太网通道的预计规范。

电线类型
带宽 直径 电磁兼容性系电磁兼容性系数数 线外串扰线外串扰余量余量 6类非屏蔽双绞线 250兆赫 6.5毫米 40分贝 无余量 6A 类非屏蔽双绞线 500兆赫 8.4毫米 40分贝 无余量 6类屏蔽双绞线
250兆赫 6.5毫米 60分贝 15分贝 7类线对金属箔屏蔽双绞线 600兆赫 7.8毫米 80分贝 25分贝 6A 类屏蔽双绞线
500兆赫 6.5毫米 60分贝 15分贝 7A 类线对金属箔屏蔽双绞线
1000兆赫
7.8毫米
80分贝
25分贝
注：大多数屏蔽电缆超过ISO 11801的值
8 至于屏蔽系统，安装要求越宽很多。

没有必要分离数据线（为缓解线外串扰），而与电力电缆分离
主要是由通路系统处理。

在过去几年里，该产品的端接有显著的改善。

刚开始时，屏蔽系统的安装是专家的工作，今天它支持范围更广泛的安装人员。

对于屏蔽系统，在过去安装人员没有信心能正确地端接屏蔽层。

在2006年，所有这些忧虑和疑问已经一扫而空。

解决这
些忧虑的一个例子就是安普布线AMP-TWIST 6S插座，和其革
命性的AMP-TWIST工具。

该工具带有以下主要功能：
使用旋转式操作去除护套
去除箔层
在任何时候都保证可靠的端接
所有这些功能都是自动完成和可靠的。

另一部件则是插座本身。

采用专利的AWC技术且插座实际上由两部分组成，其可在一分钟左右完成端接。

这跟非屏蔽双绞线插座一样。

此领域最大的特点就是AWC 技术。

在端接时插座会被挤压而电线会被自动切断。

所有电磁兼容相关的问题，如
多个360度屏蔽端接和全闭式外壳，
均通过插座的设计和结构自动完成。

为了提供一个全屏蔽信道，跳
线必须要配套。

该跳线插头应采用
360度的屏蔽设计，并为插座内部的
接地夹提供较大的接触面。

金属通路
若使用金属通路系统，它必须被电气联结至建筑物的所有其它金属部份。

多个连接以维持网状接地概念。

地板上的通路系统应连接至最近的分联结排。

从电磁兼容角度来看，整个布线通道应一直合拢。

若不可能做到（如墙），安装人员须使用图7B或C的方法合拢通道。

在设施使用的通路类型应如图8所
示的电缆桥架。

这些金属通路适合以防止电磁干扰
问题，特别是对非屏蔽布线安装。

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通讯机房或机房机房或机房内机柜内机柜/机架机架的的接地
各设备机柜/机架需要有其各自的接地连接至通讯机房接地基础设施。

最小为AWG 10（6平方毫米) 有绿黄色绝缘的铜导线用于此用途。

各机柜或机架应当有适当的连接点以连接机架框架接地导线。

机架接地母线机架接地母线：：一根专用的铜接地棒应一根专用的铜接地棒应固定固定固定于机架上于机架上于机架上。

接地棒或接地条和机架应接地棒或接地条和机架应该存在一个联结该存在一个联结该存在一个联结。

安装螺
钉应钉应为为螺纹锁紧螺纹锁紧型型，而不是自攻或金属螺钉而不是自攻或金属螺钉。

机柜或机架各构件应接地。

可通过如此安装机柜或机架以使其整个构件具电气连续性，如下所述：
1． 焊接机架：焊接结构充当联结机架构件在一起的方法。

2． 螺接机架：组装螺接机架时需特别谨慎。

不能通过使用用于建立或稳定设备机柜的一般框架螺
栓可以取得接地的联结。

用于机架装配的螺栓，螺母和螺丝并非专为接地设计的。

此外，大多数机柜都被刷上油漆。

由于漆不是电流导体，涂料可以成为绝缘体，而使任何所需的接地工作无效。

大多数电力供应通过机架顶部或底部发送。

若机架四面没有一个可靠的连接，在与生物接触的情况下存在安全隐患。

去掉在与硬件装配的接触点的油漆是一种可接受的联结方法。

此方法是耗力但有效的。

另一种方法是使用内外齿锁紧垫圈。

随着扭转螺栓，一个可以接受的联结便可完成。

要做到这一点需要两个垫圈：一个由螺栓头覆盖着接触和划破油漆，另一个由螺母覆盖着。

建议机架式设备，按照制造商的指示，通过机箱联结和接地。

只要机架如上节所述的被联结和接地，设备机箱应使用下列方法之一联结至机架：
1.为了满足机箱的接地要求，机架/机柜制造商要提供一个单独的接地孔或螺栓。

这应该是使用一
个适当尺寸的导体，以处理任何达到电路保护装置供电到设备单元限值的故障电流。

此机箱接
地线的一端将联结至机箱孔或螺栓，而另一端将适当地联结至铜接地棒或条。

2.若设备制造商建议通过机箱安装凸缘接地，而安装凸缘没有上漆，使用螺纹锁紧三角牙螺钉和
一般的垫圈将提供一个可以接受的联结至机架。

若设备安装凸缘被上漆，可去掉油漆，或使用
相同的，为此应用而设计的螺纹锁紧螺钉和高效的内外齿锁紧垫圈，将透过机架提供一个可以
接受的联结至安全接地。

结论
良好的电器及通讯设备接地和联结一直是安全的首要条件。

随着现代科技使用更复杂的通讯技术和更高的工作频率，通讯装置和设备的电磁兼容性对于通讯系统的正常运作更为关键。

在建筑物内所有金属部件的接地电路和联结的设计和实施，需视为整体电力和通讯系统的一部分。

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安普布线区域总部安普布线区域总部：：
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