周秀芝 （1966－）
女，武鋼運輸部電務段鐵路信號工程師，（武鋼運輸部電務段， 湖北   武漢  430083），主要從事信號設計、施工、驗收工作。

摘要: 通過對計算機控制系統各種地線的種類及作用的分析 , 論述與總結了計算機控制系統地線設計, 對規范微機聯鎖系統、駝峰自動化控制系統的地線設計和應用提供參考。

關鍵詞: 微機聯鎖系統; 駝峰自動化控制系統; 地線; 計算機控制

Abstract:A discussion and summarization of the design of the ground wire in train signal computer controlling system, which analyzed all kinds of ground wire and computer controlling system. A reference of the criterion of computer interlocking system and the design of ground wire in Hump Automation controlling system

Key words: Computer Interlocking System；Hump Automation Controlling System;   Ground Wire;Computer Controlling

1    引言

    隨著鐵路信號的微機化 ,在信號設備的建設和改造過程中,計算機控制系統得到了廣泛的應用,產生了越來越顯著的經濟效益和社會效益。在實際的計算機控制系統中, 如何抑制和消除來自外界和系統內部的各種干擾,是確保計算機控制系統安全可靠運行的一個基本條件。在系統設計中,除了利用了適合工業現場條件的高可靠性計算機外,還應采取一系列的措施來抑制和消除來自各方面的干擾。

    理論和實踐都證明,控制系統中接地系統的良好設計及安裝是抑制噪聲和消除干擾的重要手段,它在很大程度上可抑制內部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高控制系統的抗干擾能力,為控制系統提供一個安全、可靠的工作基準環境。

    但是,目前在控制系統設計安裝中,對控制系統中地線系統的設計仍不十分的規范。在實際的控制系統施工過程中,由于安裝技術的水平參差不齊,從而直接影響控制系統設備的可靠運行,嚴重時將導致系統根本無法正常工作。

    因此系統地線的設計及施工直接關系到能否為控制系統提供一個良好的工作環境 , 是控制系統中一個極其重要的環節。

2     控制系統中地線的種類和作用

    按照國家《電子計算機機房設計規范》 (GB50174-93) 規定的要求,電子計算機機房應采用交流工作地、安全保護接地、直流工作接地和防雷接地等4種接地方式。《建筑物防雷設計規范》(GB50057-94 )則對防雷接地作了更詳細的規定。而目前大多數設計施工的都沒有按這個要求進行設計施工。

    2.1   交流工作地線

    在低電壓電力系統中,交流工作接地實際上是交流電力變壓器中性點的接地,中性點接地后引出的線叫零線，它的作用是通過安全保護接地和線路保護接地裝置（如熔斷器）配合，保護設備使用人員的安全,其接地電阻要求不大于4Ω,為了增強其安全性,電氣規程規定在電源進線處應將零線重復接地。 

    2.2   安全保護地線

    安全保護接地有2種形式,一種是保護接地,另一種是保護接零。保護接地就是將電氣設備在正常情況下不帶電的金屬部分與大地緊密地連接起來；保護接零就是將電氣設備在正常情況下不帶電的金屬部分與電網的零線(PE線或PEN線)緊密地連接起來。安全保護地的主要作用是與交流工作接地和線路保護裝置配合,保護設備使用人員的安全,一旦電氣設備內的帶電體觸及金屬外殼(俗稱漏電)時，電力線路的相電壓通過安全保護接地、大地、交流工作接地形成低阻通道(近似短路),強大的電流使串接于電力線路中的保護裝置動作,及時切斷電源供電,從而避免人員觸電的危險。同時,保護地線可利用電磁屏蔽原理抗干擾,良好的地線裝置可以防止設備外部空間的電磁輻射對設備內部的干擾,又可屏蔽設備內部的電磁輻射對外部空間的干擾。安全保護接地的接地電阻一般要求不大于4Ω。

    2.3   直流工作地線

    直流工作接地是計算機系統的邏輯參考點，同時也是計算機系統中數字電路的等電位地,也稱為信號地或邏輯地。它的主要作用是為計算機工作提供一個統一和穩定的公共參考電位，不至于因浮動而引起信號量的誤差,并防止其內外的有害電磁干擾,使計算機穩定可靠地工作。直流工作接地的接地電阻按計算機系統具體要求確定,原則上越小越好,一般要求不大于 1Ω。

    2.4   防雷地線

    防雷接地主要是用來向大地引泄雷電流的，是防止雷電對建筑物及人員、設備損害的防護措施,其接地電阻應符合《建筑物防雷設計規范》(GB50057-94)的要求。防雷保護地與信號樓采用的避雷措施有關,由于雷電流產生的電磁感應現象,造成巨大的電磁場，對計算機及相關設備具有極大的破壞作用，要求防雷地線裝置與所有其他電器設備之間保持足夠的距離。

3    控制系統地線的設計方法

    為保障計算機控制系統正常運行及設備和人員的安全,根據理論分析、大量地翻閱資料和本人的現場實際工作經驗,提出以下地線設計、施工的原則。

    3.1   交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地設置

    按照《電子計算機機房設計規程》 (GB50174-93) 規定,交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻按其中最小值確定。防雷接地也可與其他三種接地分開設置。若防雷接地單獨設置接地裝置時,其余三種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻不應大于其中最小值,并應按現行國家標準《建筑物防雷設計規范》要求采取防止反擊措施。

    各種地線在一點相接的優點是不會形成閉合回路,即使某一地線系統上出現信號或干擾電流,也不會相互串混,且公共接地母線及引入線都是低阻抗的,不會因此引起共模干擾。防雷接地單獨設置接地裝置時,為了防止雷擊電壓對計算機系統設備產生反擊,要求防雷裝置與其它接地體之間保持足夠的安全距離。但在工程設計中有時很難做到,如多層建筑的防雷接地一般利用鋼筋混凝土中的鋼筋作為接地線和接地體,無法滿足與其它接地體之間保持安全距離的要求,可能產生反擊現象,而采用共用一組接地體,降低了雷擊時相互間的電位差,可以防止這種反擊現象,保證人員和計算機設備的安全。為了防止雷電沖擊時接地電位的升高,共同接地的電阻要求在1Ω以下。如達不到這個要求或接地設施會因年久失修致使接地電阻增加,有可能給計算機的安全性、可靠性帶來極大的威脅。

    因此在防雷裝置與其它接地體之間可以保持足夠的安全距離的情況下,系統應將交流工作地、安全保護接地、直流工作地連接在一起后接入同一接地體地樁,其接地電阻不應大于其中最小值即不大于1Ω。防雷接地另設接地樁,二者保持足夠的安全距離。

    3.2   進入機房的電纜護套和電纜屏蔽層接地

    微機聯鎖系統、駝峰自動化控制系統的道岔、軌道、信號、車輪傳感器、測長、測速、測重等信號的輸入線如果沒有良好的屏蔽,當受到外界電磁場的電磁感應或靜電感應作用影響時,信號線上的干擾電壓有可能達到與有效信號相同數量級,干擾信號和有效信號同時被計算機放大 ,造成有效信號失真。這些信號通道的電纜,就必須采取屏蔽措施。在電纜采用了屏蔽的條件下,還應將其屏蔽層正確地接地。屏蔽接地的基本目的是消除外界電磁感應和靜電感應的干擾,將屏蔽體上的感應信號直接導入大地,避免感應干擾信號進入計算機系統。信號電纜屏蔽接地,應使在接地線上的電壓降干擾影響盡量小,電纜屏蔽層不得構成兩點或多點接地。為避免出現接地環流,應實行集中式一點接地。利用電纜中的備用芯線的其中一芯進行接地,也可將外界干擾電壓幅值降低,且實施簡便。

    3.3   直流工作地線采用并聯式一點式接地方式

    對于低頻電路的計算機系統而言,為了避免因多點接地導致的基準電位不同而引起邏輯誤差或接地環流,要求采用一點接地。在直流工作地的接法上,有串聯接地和并聯接地兩種方式,如圖1所示。串聯接地將機房中設備直流工作地線以串聯的方式接在直流工作地線的銅皮上,此種接法因串聯接地,各串聯的電阻使得各點電位產生偏差,容易產生噪聲。并聯接地中各電路的地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關,各點間的電位差較平衡,可獲得較好的低頻接地,因此應用得較多。由于計算機的直流電壓較低,各機架之間的地電流不容易形成耦合。在微機聯鎖系統、駝峰自動化控制系統設計中,應采用直流工作地并聯式接法。

6    結束語

    鑒于接地系統是提高計算機控制系統可靠性、抑制干擾、保證機房設備安全的重要手段,應對計算機設備的接地認真對待并加以規范。如果重視不夠或接地系統處理不當,將會影響計算機的穩定工作從而引發故障,甚至燒毀接口和器件,嚴重的還危及人身安全。