通信局站的防雷接地.doc

广州工程仿真科技有限公司 工程仿真网通信局站的防雷接地通信局站的接地系统简介通信局站的接地系统包含：接地体、接地总汇集线、接地引入线、接地排等。其中，接地体就是埋入地中并直接与大地接触的金属导体，也就是通常所称的地网；接地总汇集线是建筑物内各种接地线汇接的地方，可以理解为建筑物内的总接地排；接地引入线是建筑物内接地总汇集线与接地体之间的连接线。有了接地引入线连接到地网，接地总汇集线才算是连接到了地网；接地排就是从接地总汇集线上接出到建筑物各层或各房间中的接地装置，各机房内通信设备的接地，都接到机房的接地排上，如图5-1所示。设备接地的路径为：设备的接地线-接地排-接地总汇集线-接地引入线-接地体，就实现了设备与大地的接地连接。对于相对比较简陋的机房（例如，只有一个机房的通信局站），机房内的接地排也可以看做是整个局站的接地总汇集线。这时从接地排上直接连接接地引入线到接地体就可以了。图5-1还画出了建筑物的直击雷防雷保护装置避雷针及引下线。一般建筑物的直击雷保护装置由安装在楼顶的避雷针（或避雷带、避雷网）以及雷电流的引下线组成，雷电流引下线可以是多根的。对于一些高大的现代建筑，往往有必要将外墙体的建筑钢筋（或金属结构）与直击雷避雷装置良好的连接在一起。对于通信局站而言，很重要的一点是建筑物的防雷接地和建筑物内通信设备的接地应共用一组接地体，如图5-1所示。工作接地与保护接地在国内，通信局站的接地常常提到两个概念：工作接地和保护接地。在这里有必要将这两个概念做一解释，过去公司内部对这个问题的认识一直比较混乱，造成了很多的误解。保护接地：设备金属外壳及其他非正常带电部分的接地。工作接地：在AC/DC电源内（或配电屏内），输出直流48V总接线排的正极接地。对于24系统，是直流24V的负极接地。以上解释与国内信息产业部相关规范中的定义文意一致。对于设备的保护接地，一般比较好理解。但是“工作接地”的概念往往不易理解正确，下面澄清几个常容易理解错误的问题：a、工作接地的概念不是针对直流用电通信设备的48V正极（或24的负极）的电源线连接直流用电通信设备的48V正极（和24的负极）到电源设备的连接应该属于电源线连接的概念，不应属于接地线连接范畴。b、“工作地”的称呼不规范国内的防雷接地标准中，工作地不是一个规范性的用语，是在规范的长期使用中，在一些场合把“工作接地”的概念误改成“工作地”，造成了一定的混乱和概念不清。公司内以前长期把设备上的48V正极称为“工作地”，是不规范的。通信局站等电位连接的基本要求基本要求：a、通信局站内，应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式。b、对于移动通信站，要求机房地网、铁塔地网、配电变压器（如果配电变压器在移动通信站内的话）地网连接成一个统一的地网。这是两项最基本的通信局站等电位连接要求，对于通信设备的防雷至关重要。最根本的作用是为了防止通信局站内雷击发生时，不同的接地体之间产生地电位反击。由于地电位反击很可能导致通信设备的一些接口引入过大的雷击过电压和过电流，即使接口部分有合理设计的防雷电路，通信设备也不能有效防止这种情况下的设备遭受雷击损坏。由于上述两项通信局站的等电位连接要求主要是由用户完成的，因此在安装、硬件工程质量检查、维护等相关工作中，应特别注意对上述两项要求进行检查。移动站天馈系统外部防雷接地要求a、基站的天线应有避雷针保护，天线应处于避雷针30?角的保护范围之内，如图5-2所示。b、天馈线应铺设在走线桥上进入机房或埋地进入机房。c、天线的馈线应在铁塔顶、铁塔底及机房入口处外侧就近良好接地。 当铁塔高度大于或等于60m时，同轴电缆馈线的金属外护层还应在铁塔中部增加一处接地，如图5-2。 铁塔底的接地应在馈线经走线桥上铁塔的转弯处上方0.51米范围内实施，同时走线桥应良好接地。d、走线桥始末两端应良好接地e、铁塔和机房、配电变压器（如果在移动站内的话）应合用一个地网。低压配电系统简介本章所描述的低压配电系统是根据国际电工委员会标准IEC 664-1的要求来定义的，适用于海拔至2000m，额定交流电压至1000V，额定频率至30kHz或直流至1500V的系统中。另外，在通信设备中所说的交流配电，一般是指220/ 380V的供电系统。IEC 364-3标准中，按照载流导体的配置和接地的方法划分成TN、TT和IT交流配电系统，在下面的图示中给出了配电系统的一些实例。图中：-在大多数情况下，配电系统适用于单相和三相设备，但为了简化起见，图中仅划出了单相设备；-供电电源可以是变压器的次级绕组，电动机驱动的发电机或不间断电源系统；字母代号的含义：第一个字母T或I表示电源对地的关系，第二个字母N或T表示装置的外露导电部分对地关系，横线后字母S、C或C-S表示保护线与中性线的组合情况。TN配电系统TN配电系统中，电源有一点（通常是中性点）直接接地，设备端的外露导电部分通过保护线（即PE线包括PEN线）与该接地点连接的系统。按照中性线（N）与保护线的组合情况，TN系统又分为以下三种型式：-TN-S系统：整个系统中保护线PE与中性线N是分开的，见图5-2；-TN-C-S系统： 系统中有一部分保护线PE与中性线N是分开的，见图5-3；-TN-C系统： 整个系统中保护线PE与中性线N是合一的，见图5-4。TN-S配电系统实例TN-C-S配电系统实例如图5-4在系统的某一部分中， 中线和保护接地功能合并在一根单独的导线上（PEN）注：将PEN导线分解成保护接地线和中线的点可在建筑物入口处或建筑物的配电板上。TN-C配电系统实例这三种供电类型在我国都有比较广泛的应用。由图5-3、5-4、5-5可以看出，TN-S系统因为有单独的保护接地线，因此，对设备而言是最可靠的。但是由于增加了一根单独的PE线，而使供电系统的造价提高。该用电设备金属外壳接到PE线上，PE线正常工作时不呈现电流，因此外壳不呈现对地电压。出现事故时易切断电源，比较安全。通常该系统主要应用在用电量大的楼宇中，也适用于环境条件较差的场所。 TN-C系统有一根由中性线和PE线功能合并的PEN线，相对TN-S系统少了一根线，因此使供电系统成本减少。但如果出现三相负荷不平衡时（在我国的电网中常有这种情形发生），在PEN线上就会有较大的电流。为解决这类问题，通常要求从电源端到设备端每隔50m，将PEN线接地一次。由于TN-C系统的安全措施比较复杂，如果实施不规范容易引发问题，国内一般在建筑物内部不使用TN-C的供电方式。综合TN-C和TN-S系统的某些优点，又推出了一种TN-C-S系统，主要应用在用电量较小的建筑物或线路末端环境较差的场合。TT配电系统具有一个直接接地点的配电系统，设备上需要接地的零部件在用户建筑物中连接到接地电极上，该接地电极与配电系统的接地电极无电气连接，如图5-6。TT系统每一设备金属外壳或外露可导电部分采用各自的PE接地线单独接地，故障时电流较小，往往不足以使保护装置动作，安全性较差。只适合于功率不大的设备，或作为精密电子设备的屏蔽接地，主要应用在农村低压电力网。这种系统的缺点在于，因为雷击或相线对地意外短路产生的转移过电压，将对人和设备造成损害。同时，如果因为中性线折断产生的失零过电压，使相线电压可达到700V。因此，TT系统要求：除变压器低压侧中性点直接接地外，中性线不得再行接地，且保持与相线同等绝缘水平。为防止中性线机械断线，截面积不小于表5-1的规定。全网必须实施漏电保护，且中性线不得装设熔断器或单独的开关装置。按机械强度要求中性线与相线的配合截面相线截面 S mm2中性线截面 S0 mm2S16S1635S/2注：相线的材质与中性线的材质相同时有效三相线加中线的TT配电系统实例IT配电系统IT配电系统。电源与地绝缘或通过阻抗连接，而设备的外露导电部分则接地的系统，如图5-7。 三相线（加中线）的IT配电系统IT系统在供电端有一点通过阻抗或限压装置接地，发生单相接地故障时，短路电流很小，保护装置不会动作供电系统还可以继续运行。被PE线接地的设备外壳不会带电，但其它处的中性线电压会升高。主要应用在对安全有特殊要求的场合，如：矿井、火药库或纯排灌的动力电力网。采用IT 配电系统时要求：配电变压器低压侧及各出线回路应装设过流保护，网络内的带电导体严禁直接接地；各相对地应有良好的绝缘水平，在正常运行情况下，从各相测得的泄漏电流（交流有效值）应小于30mA。与配电系统有关的接地故障所谓接地故障是指电气回路中的带电导体，即相线和中性线（L线和N线）与大地、电气设备金属外壳以及各种接地的金属管道、结构之间的短路。它是单相对地短路，但其事故后果和防范措施与一般短路不同。为便于区别，国际电工标准将它称作接地故障（Earth fault）。大家知道，金属性短路的短路电流大，常用的熔断器、断路器等过流保护装置能有效的切断电源，从而防止了火灾的发生；电弧性短路的短路电流小，过流保护器往往不能及时切断电源，而电弧、电火花的局部温度可达千度以上，甚至可使附近的可燃物质起火。接地故障火灾多的原因不仅是它发生的机率大，而且一旦发生接地故障，它还往往以持续的电弧性短路的形式存在，比一般短路更易引燃起火。TN系统的接地故障多为金属性短路，故障电流较大，可利用原来作负荷保护和短路保护的过电流保护电器（熔断器、低压断路器）兼作接地故障保护，这是TN系统的优点。但在某些情况下，如：线路长、导线截面小而使线路导体阻抗增大，过电流保护器常不能满足它的切断故障电流时间的要求，产生电弧性短路而造成危险。所以在TN系统中，常将保护线与接地良好的金属导体相连接，使保护线的电位尽量接近地电位，降低发生接地故障和PEN线断线时，外露导电部分和保护线的对地故障电压。TT系统发生接地故障时，故障电路内包含有外露导电部分接地极和电源接地极的接地电阻Ra和Rb，如图5-8所示。与TN系统相比，TT系统故障电路阻抗大，故障电流小，更易以电弧性短路的形式出现。并且由于Ra的作用，使设备外壳对地电压升高，如果超过了安全电压的标准50V时，将会对人身造成危险。因此在TT系统中推荐采用漏电保护器作接地故障保护。 TT系统在实际应用中，应当根据三种配电系统各自的特点，选择合理的接地和保护方式。局内布线交流电源线进入通信局站的低压电力电缆宜埋地引入，宜采用具有金属铠装屏蔽层的电缆（或穿金属管屏蔽），屏蔽层两端接地（或金属管两端接地）。电缆埋地长度宜不小于50m。普通的信号电缆本小节中的普通信号电缆指E1线、网线等等非用户线类的信号电缆。对于用户电缆的一些防雷要求请参见通信设备防雷产品知识方面的内容。普通的信号电缆在通信局站内不应架空布放 通信局站内的E1线、网线不应架空走线。这些在正常情况下建筑物内互连的信号线，如果在建筑物外架空走线，由于外部暴露空间对雷电电磁场没有衰减作用，这些信号线在雷击发生时引入的雷击过电压和过电流往往超过设备接口正常设计的防雷保护级别，很容易造成设备遭受雷击损坏。较容易出现问题的是移动基站和传输设备之间连接的E1线，和数据通信类产品接出的以太网线。特别是移动基站到传输设备的E1线，往往是移动和电信之间，或联通和电信之间的E1线架空走线。由于不同用户很多情况机房分开建设，E1线除在外部暴露空间受到雷电电磁场的严重感应之外，还可能出现不同机房之间的地电位反击问题，所以移动基站到传输设备的E1线架空对于设备防雷而言是极恶劣的一种情况。要尽量加以避免。普通信号电缆出入通信局站的保护措施I、信号电缆宜穿金属管从地下入局，金属管两端接地，信号电缆进入室内后应在设备的对应接口处加装信号防雷器保护，信号防雷器的保护接地线应尽量短。 II、 如果因条件限制，室外电缆无法从地下走线，信号电缆宜穿金属软管进行屏蔽，金属软管的两端应可靠接地，在机房内可连接到机房保护接地排。电缆进入室内后在设备的对应接口处应加装信号防雷器保护，信号防雷器的保护接地线应尽量短。室外电缆若采用具有金属外护套的电缆，金属外护套的两端应可靠接地，在机房内可连接到机房保护接地排。 电缆进入室内后在设备的对应接口处应加装信号防雷器保护，信号防雷器的保护接地线应尽量短。III、 出入局站的信号电缆，电缆内的空线对在机房内宜做保护接地。例如：室外引入的E1总电缆内两对同轴线只用了一对，则另一对E1电缆的芯线和屏蔽层可在室内汇接到一块小金属板上，再由小金属板接出一根接地线到机房的保护接地排。光纤的防雷进入通信局站的光缆，若光缆中含有金属加强筋，则加强筋在机房内应可靠的连接到机房的保护接地排。光纤在外部暴露空间架空走线，光纤内的金属加强筋可以感应非常高的雷击过电压。如果加强筋没有做接地处理，雷击时加强筋很可能对接地物体发生绝缘击穿，从而产生瞬间高温，严重时可以使光纤融化。这种事例在移动通信局站很常见。接地电阻国内相关规范中的规定a 综合通信大楼的接地电阻宜不大于1W。b 交换设备的接地电阻应满足表3-2的规定。交换设备接地电阻要求交换系统容量市话2000门以下市话10000门以下(含10000门)长话2000路以下(含2000路)市话10000门以上长话2000路以上接地电阻5W3W1W接入网、传输、宽带接入、数通、多媒体可参考。c 移动通信基站的接地电阻值应小于5W，对于年雷暴日小于20天的地区，接地电阻值可小于10W。无线接入基站可参考。接地电阻和防雷的关系接地电阻和防雷从防雷方面考虑，无论是通信局站的接地还是通信设备内部的系统接地设计，最关键的问题是要尽量做好接地的等电位连接。只要通信局站的等电位连接做好了，设备的端口防雷做好了，即使通信局站的接地电阻值达到10欧姆或者更大一些，都可以满足设备的防雷要求，对设备的防雷不会产生明显的负面影响。当然，这并不是说接地电阻的大小对通信局站是无关紧要。因为通信局站的接地电阻值，除了需要考虑防雷方面，还需要考虑其他因素。由于接地电阻值和通信局站内的安全问题有关，所以，通信局站的接地电阻值应尽量小。接地电阻值和安全接地电阻值还与通信局站的安全有关。接地电阻值如果过大，当通信局站内出现电力系统对大地短路等类型的故障时，对通信局站的安全会构成一些负面影响。所以，通信局站的接地电阻值应尽量小。但需要说明的是，接地电阻值对通信局站安全问题的影响是主要应从通信局站的角度来考虑的问题，单单