网络机房系统防雷
郑晓志
[摘 要]随着防雷减灾工作的不断深入，在从事计算机信息系统防雷检测过程中发现，计算机机房中地线干扰现象普遍存在，常引起其系统工作不稳定。本文对这一现象进行了理论分析，并提出了若干抑制地线干扰的措施。
[关键词]防雷，接地，干扰
中图分类号：TP393 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）48-0267-01
1 引起地线干扰的原理
所谓地线干扰，是指由地线电流通过地线阻抗产生的电压降或由环境电磁场在地线回路中产生的感应电压，再由地回路耦合到设备中构成的电磁干扰。
计算机机房中，很多设备的接地采取的是串联接法，而机房的电子设备以数字电路为主，在各种设备都运行时，其交流阻抗值很大，这势必影响到设备运行的稳定性。而设备在停止运行后，其直流电阻却能够符合要求。这时测得的零地电位值也远高于设备停止运行时所测得的值。减小交流阻抗的一个简单而又有效的办法就是将多根导线并联。当两根导线并联时，其总电感（L）为
L=（L1+M）/2 （1）
（1）式中，L1是单根导线的电感，M是两根导线之间的互感。事实上当两根导线相距较远时，其间的互感很小，总电感相当于单根导线电感的一半。因此，通过多条接地线并联可减小接地阻抗。
2 地线干扰的类型
2.1 地环路干扰
在使用数字示波器直接对计算机机房内低压电源净化参数进行进行测试时发现，干扰信号波形时有出现。图1是两个接地的电路，电流（Ig）流过地线或由外界电磁场感应而来时，就会在地线上产生电压（Vg），并通过一定的耦合方式形成干扰。当电流较大时，电压可以很大。例如附近有大功率用电器启动、雷电流流过保护装置及雷电电磁波感应时，在地线中将有很强的电流（Ig）流过。由此在两个设备的连接电缆上也会产生电流。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流强度不同，因此产生差模电压，进而对电路产生干扰而损坏设备。由于这种干扰是由电缆（譬如信号线、电源线等）与地线构成的回路产生的，因此称为地环路干扰。
2.2 公共阻抗干扰
在对一些证券公司的计算机机房进行防雷环境测试时发现，卫星工作小站高频接地和其它计算机设备的接地所采取的是共用一点接地的方法，这是造成计算机设备工作不够稳定的原因之一。在设备停止运行时，测试其地电阻，符合相关标准要求；但在设备运行时，测试其交流阻抗，却远远超过了标准值。究其原因，当两个设备共用一段地线时，由于地线阻抗的存在，一个设备电路的地电位会受另一个设备电路工作电流的调制（图2）。这样电路1中的信号会耦合进电路2，这种耦合称为公共阻抗耦合。卫星工作小站的频率高达2GHz，这时若其它设备共用接地线，便具有寄生分布电感、电容和与频率有关的引线电阻，因而产生谐振效应，此时地线阻抗较大。
3 地线干扰的抑制方法
3.1 地环路干扰的抑制
从地环路干扰产生的原因可知，只要减小地环路中的電流就能减小地环路干扰。如果能彻底消除地环路中的电流，则可以彻底解决地环路干扰的问题。
3.1.1 采取变压器实现信号传输
只要在信号传输线上接入一个隔离变压器，电路1的信号就会被耦合到电路2上，而地线路中的干扰电压（Vg）的回路被变压器隔断，就会减少由此产生的电磁干扰。根据变压器方程
Em=4.44fNBmS（2）
（2）式中，Em为变压器原（副）边电势（V）；f为信号源频率（Hz）；N为原（副）边线圈的匝数，Bm为铁芯材料的磁感应强度（wb/m2），S为铁芯的截面积（m2）。
由（2）式可知，当信号源端有强电波干扰（如雷击引起的过电压、过电源）输入变压器时，由于雷电源电压比变压器正常的电压高得多，使得激励的磁感应强度远远大于铁芯允许通过的最大磁感应强度（Bm）因而变压器铁芯饱和变压器的磁—电变换瞬间失效，其不能传输到电路另一端，从而保护了另一端的设备。
3.1.2 使用光实现信号传输
另一个切断地回路的方法是用光实现信号的传输，这是目前解决地回路干扰问题最理想的方法。用光连接有两种方法，一是采用光耦器件，二是采用光纤连接。现在越来越多的计算机网络系统在主干网的传输上采取了光纤传输的方式，并取得了良好的效果。但值得引起注意的是，当光导体入户和光电转换设备相连接时，应对其屏蔽体及加强芯采取适当的接地处理，以避免由于雷击、静电感应等原因造成干扰而危害其它设备。
3.1.3 采取一端设备浮地
如果将一端设备电路采取浮地，可以切断地回路，从而消除地回路电流，减少由于电流引起的电磁干扰，但需要注意两个问题。（1）浮地的有效性取决于实际的对地悬浮程度，浮地方式也不能适应复杂的电磁环境。（2）出于安全的考虑，往往不允许电路浮地。当发生雷击或静电感应时，在电路与金属壳体之间会产生很高的电位差，这不仅使绝缘效果较差的部位较易被击穿，而且还会引起电弧放电，甚至伤及人员。
3.1.4 采用屏蔽措施
通常，进入建筑物和机房内部的所有电力线、信号线都应作屏蔽处理，并使之良好接地。光纤入户时应在防雷区域界面将其屏蔽体及加强芯（线）做良好接地。
3.1.5 使用共模扼流圈
在连接电缆上使用共模扼流圈能有效地抑制地环路干扰。因为在连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路的阻抗，这在一定的地线电压作用下，地回电流将有所减小。但对共模扼流圈的寄生电容应加以控制，否则对高频干扰的隔离效果会很差。共模扼流圈的匝数越多，寄生电容越大，高频隔离效果越差。
3.2 公共阻抗耦合干扰的抑制
抑制公共阻抗耦合的途径有两个：一是避免不同频段的设备电路共用地线；二是尽可能降低公共地线的阻抗。对其分述如下。
3.2.1 减小公共地线部分的阻抗
采用此种方法，公共地线上的电压会随之减小，从而使公共阻抗耦合受到控制。如前所述，减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感。因此，在实际操作过程中可使用扁平导体做地线或用多条相距较远的并联导体作接地线。接地线的长度应尽量缩短，以减小由地线产生的感抗。
3.2.2 避免容易相互干扰的电路共用地线
一般情况下，应避免强电电路和弱电电路、数字电路和模拟电路共用地线。消除公共阻抗的接地多采用并联共用接地，在实际处理中，没有必要将所有电子设备都并联单点接地，对于相互干扰较少的电路，可以采用串联单点接地。
4 结论
总之，计算机机房地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰。当几个电路共用一段地线时，会形成公共阻抗耦合。解决地环路干扰的方法有减少环路面积，切断地环路电流。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用单点接地，彻底消除公共阻抗。
参考文献
[1] 电磁兼容标准实施指南/北京：中国标准出版社，1999年.
[2] 沙斐/机电一体化系统的电磁兼容技术/北京：中国电力出版社，1999年.
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