通信接地与防雷.ppt

通信接地与防雷 本章知识内容 接地系统概要 接地系统的组成 影响接地电阻的因素 接地中关于电压的概念 接地的分类作用 联合接地系统 优点 组成 特点 通信电源系统的防雷保护 雷电相关知识介绍 常见防雷元件 系统防雷保护措施 本章知识重点 接地系统的组成 影响接地电阻的因素 通信电源系统接地的分类及各自的作用 联合接地的优点和组成特点 常见防雷元件 通信电源系统防雷保护原则和措施 本章知识难点 交流保护接地的保护原理 联合接地的组成特点 雷电危害 学习本章的目的和要求 1 掌握接地系统的组成和影响接地电阻的主要因素 理解地系统中几个电压的概念 掌握交流工作接地的概念以及作用 掌握TN S接地系统的接法和优点 掌握直流工作接地的作用 理解采用正极接地的原因 掌握联合接地的优点 理解联合接地系统接线方式和均压的特点 学习本章的目的和要求 2 了解雷电的相关知识 理解常见防雷元件的工作机理并熟悉它们常用技术指标 掌握通信电源系统防雷保护原则和措施理解方法 能进行接地系统日常检查 接地电阻的测量和避雷器的检测与更换 能进行接地系统的工程验收 接地系统概要 接地与防雷的内容提要 1 联合接地系统 2 通信电源系统的防雷保护 3 讨论题 4 9 2 1接地系统概要 在通信局 站 中 接地占有很重要的地位 它不仅关系到设备和维护人员的安全 同时还直接影响着通信的质量 因此 掌握理解接地的基本知识 正确选择和维护接地设备 具有很重要的意义 1 接地系统的组成2 接地电阻及影响接地电阻的因素3 接地中电压的概念4 接地分类及作用 9 2 1接地系统概要 在通信局 站 中 接地占有很重要的地位 它不仅关系到设备和维护人员的安全 同时还直接影响着通信的质量 因此 掌握理解接地的基本知识 正确选择和维护接地设备 具有很重要的意义 9 2 1 1接地系统的组成9 2 1 2接地电阻及影响接地电阻的因素9 2 1 3接地中电压的概念9 2 1 4接地分类及作用 9 2 1 1接地系统的组成 所谓 接地 就是为了工作或保护的目的 将电气设备或通信设备中的接地端子 通过接地装置与大地作良好的电气连接 并将该部位的电荷注入大地 达到降低危险电压和防止电磁干扰的目的 1 接地的概念 9 2 1 1接地系统的组成 所有接地体与接地引线组成的装置 称为接地装置 把接地装置通过接地线与设备的接地端子连接起来就构成了接地系统 如图9 1所示 2 接地系统 接地体 接地引线 接地线排 接地线 配电屏地线排 去通信机房汇流排 接地分支线 设备接地端子 图9 1接地系统示意图 9 2 1 2接地电阻组成及影响接地电阻的因素 1 接地电阻组成 接地电阻 接地体对地电阻和接地引线电阻的总和接地电阻的组成 接地引线电阻 接地体本身电阻 接地体与土壤的接触电阻 接地体周围呈现电流区域内的散流电阻 决定于土壤的湿度 松紧程度及接触面积的大小 散流电流 接地电阻主要由接触电阻和散流电阻组成 9 2 1 2接地电阻组成及影响接地电阻的因素 2 影响接地电阻的因素 接触电阻指接地体与土壤接触时所呈现的电阻 接地体与土壤的接触电阻决定于土壤的湿度 松紧程度及接触面积的大小 土壤的湿度越高 接触越紧 接触面积越大 则接触电阻就小 反之 接触电阻就大 散流电流是电流由接地体向土壤四周扩散时 所遇到的阻力 它和两个因素有关 一是接地体之间的疏密程度 二是和土壤本身的电阻有关 衡量土壤电阻大小的物理量是土壤电阻率 1 土壤性质 2 温度 3 湿度 4 密度 5 化学成分 土壤湿度增加会使土壤电阻率明显减小 土壤受到的压力越大 其内部颗粒越紧密 电阻率就会减小 土壤中含有酸 碱 盐等化学成分时 其电阻率就会明显减小 9 2 1 2接地电阻组成及影响接地电阻的因素 2 影响接地电阻的因素 9 2 1 3接地中电压概念 所有接地体与接地引线组成的装置 称为接地装置 把接地装置通过接地线与设备的接地端子连接起来就构成了接地系统 如图9 1所示 2 接地系统 9 2 1 3接地中电压概念 对地电压Ud 接触电压Uc 跨步电压Uk 离接地体越远越小 离接地体越远越大 就近接地 离接地体越远越小 跨步电压 接触电压 对地电压 9 2 1 4接地分类及作用 按用途分 按带电性质 结合 工作接地 保护接地 防雷接地 交流接地 直流接地 交流工作接地 直流保护接地 9 2 1 4接地分类及作用 1 交流接地系统 交流工作接地 交流保护接地 定义 目的 定义 目的 在低压交流电网中就是将三相电源中中性点直接接地 就是将受电设备在正常情况下与带电部分绝缘的金属外壳部分与接地装置作良好的电气连接 将三相交流负荷不平衡引起的在中性线上的不平衡电流泄放于地 以及减小中性点电位的偏移 保证各相设备的正常运行 防止设备因绝缘损坏而遭受触电危险的目的 导电但不带电部分接地 人身伤亡 设备击穿损坏 9 2 1 4接地分类及作用 分类 TN系统可分 TN系统 接零系统 TT系统 接地系统 IT系统 不接地系统 保护部分与工作地接地点相连 保护部分与工作地接地点不相关 保护部分直接接地 无工作接地 TN C S混合方式 TN C三相四线制 TN S三相五线制 保护接零 保护接地 低压交流接地保护方式 9 2 1 4接地分类及作用 它为三相五线制配电系统 TN S方式相比TN C方式的优点在哪里 1 可靠性高 2 电磁兼容性好 TN S方式布放必须注意 1 N线与PE线严格绝缘布放 2 从电源直接接地点引出的PE线与受电设备外露导电部分相连时 通常必须进行重复接地 TN S系统 9 2 1 4接地分类及作用 2 直流接地系统 直流工作接地 直流保护接地 定义 目的 定义 目的 在通信电源的直流供电系统中 为了保护通信设备的正常运行 保障通信质量而设置的电池一极接地 在通信系统中 将直流设备的金属外壳和电缆金属护套等部分接地 注意 通常情况下 直流的工作接地和保护接地是合二为一的 但随着高频化发展和设备对电磁屏蔽等要求的提高 有分开的趋势 直流输出的某一极接地 9 2 1 4接地分类及作用 1 利用大地作良好的参考零电位 保证在各通信设备间甚至各局 站 间的参考电位没有差异 从而保证通信设备的正常工作 2 减少用户线路对地绝缘不良时引起的通信回路间的串音 直流工作接地 9 2 1 4接地分类及作用 1 防止直流设备绝缘损坏时发生触电危险 保证维护人员的人身安全 2 减小设备和线路中的电磁感应 保持一个稳定的电位 达到屏蔽的目的 减小杂音的干扰 以及防止静电的发生 直流保护接地 9 2 1 4接地分类及作用 直流接地需连接的有 蓄电池组的一极 通信设备的机架或总配线的铁架 通信电缆金属隔离层或通信线路保安器 通信机房防静电地面等 直流电源通常采用正极接地 其原因有 1 大规模集成电路所组成的通信设备的元器件的需要 2 为了减小由于电缆金属外壳或继电器线圈等绝缘不良 对电缆芯线 继电圈和其他电器造成的电蚀作用 直流接地 9 2 1 4接地分类及作用 在通信局 站 中 通常有两种防雷接地 1 一种是为保护建筑物或天线不受雷击而专设的避雷针防雷接地装置 这是由建筑部门设计安装的 2 另一种是为了防止雷击过电压对通信设备或电源设备的破坏需安装避雷器而埋设的防雷接地装置 如高压避雷器的下接线端汇接后接到接地装置 3 防雷接地 9 2 2联合接地系统 考虑到各接地系统 交流工作接地 直流工作接地和保护接地 在电流入地时可能相互影响 传统做法是将各接地系统在距离上分开20m以上 称为分设接地系统 但是随着外界电磁场干扰日趋增大 分设接地系统的缺点日趋明显 在20世纪90年代开始 在国内外出现了联合接地系统 9 2 2 1联合接地的优点9 2 2 2联合接地的组成 9 2 2 1联合接地的优点 分设接地系统是指工作接地 保护接地 防雷接地等各种单设接地装置 并要求彼此相距20m 分设接地系统的缺点 1 侵入的雷浪涌电流在这些分离的接地之间产生电位差 使装置设备产生过电压 2 由于外界电磁场干扰日趋增大 无法满足通信的电磁兼容标准的要求 3 接地装置数量过多 受场地限制易造成接地系统间相互干扰 4 配线复杂 施工困难 1 分设接地系统 9 2 2 1联合接地的优点 组成 联合接地示意图联合接地系统由接地体 接地引入 接地汇集线 接地线所组成 2 联合接地系统 9 2 2 1联合接地的优点 采用联合接地方式 在技术上使整个大楼内的所有接地系统联合组成低接地电阻值的均压网 具有下列优点 地电位均衡 同层各地线系统电位大体相等 消除危及设备的电位差 公共接地母线为全局建立了基准零电位点 消除了地线系统的干扰 电磁兼容性能变好 2 联合接地系统 9 2 2 2联合接地的组成 接地线网络有树干形接地地线网 多点接地地线网 一点接地地线网 1 接地体地网 9 2 2 2联合接地的组成 在联合接地系统中 垂直接地总汇集线贯穿于电信大楼各层的接地用主干线 也可在建筑物底层安装环形汇集线 然后垂直引到各机房水平接地分汇集线上 这种垂直接地总汇集线称为接地母线 2 接地母线 9 2 2 2联合接地的组成 要求建筑物混凝土内采用钢框架与钢筋互连 并连接联合地线焊接成法拉弟 鼠笼罩 状的封闭体 才能使封闭导体的表面电位变化形成等位面 其内部场强为零 这样 各层接地点电位同时进行升高或降低的变化 使之不产生层间电位差 也避免了内部电磁场强度的变化 3 对通信大楼建筑与双层地面的要求 9 2 3通信电源系统的防雷保护 随着电力电子技术的发展 电子电源设备对浪涌高脉冲承受能力和耐噪声能力不断下降 使电力线路或电源设备受雷电过电压冲击的事故常有发生 目前通信电源系统的防雷已经成为重要的课题 所以开展防雷技术研讨十分重要 9 2 3 1雷电分类及危害9 2 3 2常见防雷元件9 2 3 3通信电源系统防雷保护措施 9 2 3 1雷电分类及危害 当不同电荷的积云靠近时 或带电积云对大地的静电感应而产生异性电荷时 宇宙间将发生巨大的电脉冲放电 这种现象称为雷电 9 2 3 1雷电分类及危害 例如较常见的8 20 s模拟雷电流波形 在很多避雷元件上均标有8 20 s或10 350 s等 指该雷电流波形为T1 8 s 20 T2 20 s 20 的典型雷电流 1 雷电流 雷击分为两种形式 即感应雷与直击雷 感应雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应所产生的雷击 直击雷是雷电直接击中电气设备或线路 造成强大的雷电流通过击中的物体泄放入地 1 雷电流 9 2 3 1雷电分类及危害 产生强大的感应电流或高压直击雷浪涌电流若使天线带电 从而产生强大的电磁场 使附近线路和导电设备出现闪电的特征 地面雷浪涌电流使地电位上升 静电场增加接近带电云团处周围静电场强度可升至50kV m 置于这种环境的空中线路电势会骤增 而空气中的放电火花也会产生高速电磁脉冲 造成对电子设备的干扰 2 雷击流的危害 9 2 3 1雷电分类及危害 直击雷对通信大楼的环境影响 雷击对电力电缆的影响 3 雷电流干扰 9 2 3 1雷电分类及危害 9 2 3 2常见防雷元件 抗 泄 使用避雷装置 把雷电引向自身泄入大地 以削弱其破坏能力 要求各种电气设备具有一定的绝缘水平 以提高其抵抗雷电破坏的能力 避雷装置 接闪器 避雷器 消雷器 避雷针 避雷线 避雷带 避雷网 阀式 管式 角式 MOA 接闪器是专门用来接收直击雷的金属物体 消雷器是一种新型的主动抗雷设备 避雷器通常是指防护由于雷电过电压沿线路入侵损害被保护设备的防雷元件 1 离子化发射装置2 连接物3 地电收集装置4 被保护物图9 10消雷器结构示意图 图9 11避雷器的连接 9 2 3 2常见防雷元件 常见的避雷器有阀式避雷器 排气式避雷器和金属氧化物避雷器等 1 阀式避雷器2 排气式避雷器3 金属氧化物避雷器 MOA 9 2 3 2常见防雷元件 阀式避雷器由火花间隙和阀片组成 装在密封的磁套管内 1 阀式避雷器 9 2 3 2常见防雷元件 排气式避雷器通称管型避雷器 由产气管 内部间隙和间隙等三部分组成 2 排气式避雷器 9 2 3 2常见防雷元件 金属氧化物避雷器又称为压敏电阻避雷器 这是一种没有火花间隙 只有压敏电阻片的新型避雷器 3 金属氧化物避雷器 MOA 9 2 3 2常见防雷元件 第一级防雷区 指直击雷区 本区内各导电物体一旦遭到雷击 雷浪涌电流将经过此物体流向大地 在环境中形成很强的电磁场 第二级防雷区 指间接感应雷区 此区的物体可以能流经感应雷浪涌电流 这个电流小于直击雷流涌电流 但在环境中仍然存在强电磁场 第三级防雷区 本区导电物体可能流经的雷感应电流比第二级防雷区小 环境中磁场已很弱 第四级防雷区 当需进一步减小雷电流和电磁场时 应引入后续防雷区 1 防雷区 9 2 3 3通信电源系统防雷保护措施 由于各个防雷区对保护设备的损坏程度不一 因此对各区所安装的防雷器的数量和分断能力要求也不同 各局 站 防雷保护装置必须合理选择 且彼此间应很好配合 配合原则为 借助于限压型防雷器具有的稳压限流特性 不加任何去耦元件 如电感L 采用电感或电阻作为去耦元件 可分立或采用防雷区设备间的电缆具有的电阻和电感 电感用于电源系统 电阻用于通信系统 2 防雷器的安装与配合原则 9 2 3 3通信电源系统防雷保护措施 电力变压器的防雷保护电力变压器最低压侧都应装防雷器 而在低压侧采用压敏电阻避雷器 两者均作Y形接续 它们的汇集点与变压器外壳接地点一起组合 就近接地 如图9 15所示 3 几种防雷保护 图10 15电力变压器的防雷保护 9 2 3 3通信电源系统防雷保护措施 将通信电源交流系统低压电缆进线作为第一级防雷 交流配电屏作为第二级防雷 整流器输入端口作为第三级防雷 如图9 16 a 所示 电力