通信设备安全与保护接地.ppt

通信设备安全与接地保护 第二版 主讲 谢定笙 本专题内容的中心 通信设备为何要设工作接地 如何正确做好通信设备的接地保护 第一章什么叫接地一 地电位和接地的概念二 接地装置的组成三 什么是工作接地四 什么是保护接地第二章雷电的特性和危害一 雷电的形成和特性二 雷电对电气设备的危害形式直接雷击静电感应雷击电磁感应雷击 第三章通信机房和设备的接地规范一 联合接地方式与接地系统二 地线接线规则和线径选择第四章接地电阻的测量一 接地电阻的组成二 接地电阻值指标三 接地电阻的测量要求四 接地电阻的测量方法二线法三线法四线法 第五章通信机房保护接地存在问题一 把机房大楼的立柱钢筋当地极二 工作地线接到保护地线排上三 接地母线和接地线线径小四 电缆交接箱保护接地不容忽视五 接地电阻测量方法不够正确 第一章什么叫接地 一 地电位和接地的概念大地是一个电阻非常低 而且电容量非常大的物体 在吸收大量电荷后仍能保持电位不变 因此 在电气工程中 常以大地作为零电位的参考点 把电气设备或线路的某一部分 通过接地装置与大地连接起来 称为 接地 如果要测试接地点与大地间的对地电位 必须离开被测接地体20米以上才是大地真正的零电位 因为一个接地体在注入电流后 在其周围18m内的大地会产生一个电场 地电位和接地原理图 接地电极 电位上升E V 0 20 距离 m 接地电流I A 大地 第一章什么叫接地 二 接地装置的组成接地装置包括接地体和接地线 1 接地体是埋入土壤中或混凝土基础中把电流导入大地的金属导体 多根接地极组成的接地体称为地网 接地体分为自然接地体和人工接地体两类 2 接地线是被接地设备与接地体可靠连接的导体 如果一个接地体要接多台设备 就把地线分为两段 与接地体直接的一段称为接地母 干 线 与设备连接的一段称为接地线 接地装置和等电位连接原理图 接地电流 被接地的设备1 接地线 被接地的设备2 被接地的设备3 第一章什么叫接地 三 什么是工作接地对于具有高灵敏度的各种电子设备装置来讲 信号是以电压的形式来接收的场合较多 无论是模拟信号还是数字信号 为了防止外界信号的干扰 在接收电压信号的时候 要求有一个稳定的电位基准点 能提供这个基准点的就是大地的接地 我们通信工作电源为 48V 0V接地 电源接地的良好是通信设备稳定工作的基础 是传输设备防止雷击 疏导静电 抵抗干扰 防止通信信号产生畸变或波形失真的首要保证条件 稳定电位基准点的工作接地 接地 数字信号输入 数字信号输出 工作接地对传输信号的影响 保护地 保护地 工作地 用户通信机房 用户数据机房 通轴缆屏蔽层 同轴缆芯线2M峰值2 37V 光端机 MODEM V V 2M数字信号是HDB3 三阶高密度双极性码 便于正负脉冲均衡 无直流分量 便于直接传输 用户通信机房是 48V直流电源 用户数据机房用220V交流电 双方通过2M同轴电缆相连 当通信机房接地良好 数据机房接地失效时 MODEM输出口为220V交流工作地 电源感应电荷通过2M电缆的屏蔽层向通信机房流动 2M屏蔽层上出现直流电位差和交流干扰 即产生一个随交流信号变化而呈周期性变化的电压Vs值 当Vs值达到0 5V左右时 就会对同轴电缆芯线上传送的2M电脉冲产生较大的干扰 使MODEM输出的波形 产生畸变 峰峰值偏离2 37V范围 导致光端机对受到的电脉冲无法辨认处理 最终结果数据机房内的终端设备无法正常工作 Vs 第一章什么叫接地 四 什么是保护接地 是通过导线将电器设备金属外壳与大地连接 以达到如下目的和作用 1 防漏电保护2 防静电保护 静电产生 3 防雷电保护 第一章什么叫接地 对于集成电路 电子计算机 静电是大敌 通过合理的电源插座接线 可以防止静电危害和漏电伤害 火线L 中性线N 保护线PE 电源三芯插座 接地 第一章什么叫接地 我们在通信维护工作中 常遇到防静电问题 例如 我们从传输机架上拔电路板时 手腕上必须套紧接地手腕带 这是因为现代的电子设备电路中大量使用了静电敏感器件 CMOS和混合式集成电路 一有不慎 如用手摸触这些器件的引线 人体所带静电就通过器件放电 结果使之损坏 鲜为人知的事是 静电损坏器件具有 延时 的特点 即在静电放电把敏感器的结或绝缘层击穿后 不是立即使器件失效 直到化学的或电化学对器件腐蚀后才使之失效 这个延时过程大约需经3 6个月 数据传输设备的等电位接地 L N 配电箱 数据传输设备A 数据传输设备B P a1 a2 b1 N b2 L g2 g3 g1 R1 R2 R3 Ua1g2 Ua2g2 通信机房安装保护接地系统 第二章雷电的特性和危害 一 雷电的形成和特性二 雷电危害的形式1 直接雷击2 静电感应雷击3 电磁感应雷击 第二章雷电的特性和危害 一 雷电的形成和特性1 雷电的形成在雷雨季节 地面的空气受热上升 空气中水蒸气受地面热气的气流影响 垂直上升到高空 由于高空气压低 上升的气流体积立即膨胀 温度下降 水蒸气遇冷凝结成小水滴悬浮在空中 并逐渐积聚和增多 便形成了大块的浓积云 浓积云团在形成过程中带有正的或负的电荷 这些带有电荷的浓积云就成为了雷云 第二章雷电的特性和危害 1 雷电的形成当雷云中电荷积聚到25 30kV cm的电场强度时 无线电广播电波1mV cm 则空气间绝缘被破坏 正负电荷的雷云或雷云与大地之间会发生强烈的放电现象 我们所看到的 闪电 就是放电产生的强大火花 雷声就是放电后空气受热短时急剧膨胀而产生的爆炸声响 这就是雷电现象 年平均雷爆日 打雷就算 海口114 4 景洪120 8 湛江94 6 第二章雷电的特点和危害 2 雷电的特性雷击是放电的过程 每次雷击由三四次脉冲放电组成 最多可达到几十个脉冲 每次脉冲放电都由先导放电 主放电和余光组成 主脉冲放电时间不超过50 100 s 而主放电的波头只不过几微秒 一次雷击全部放电时间不超过500ms 雷击所放电的电流达30kA 最大值可达300kA 感应的雷电压最大可达500 600kV 直接雷击电压可达几千kV 交流电流沿导体流动时 将产生趋肤效应 雷电流不但具有强烈的冲击性 而且有高频的特性 因此 雷电流的趋肤效应更为突出 第二章雷电的特点和危害 二 雷电对电气设备的危害的形式1 直接雷击2 感应雷击 静电感应雷击电磁感应雷击 从220电源线路入侵从通信线路入侵 直接雷击 感应雷击 电磁感应雷击示意图 通信设备感受雷电磁场示意图伴随雷击产生的磁场在大楼空间内的磁场附近的雷击点钢筋混凝土大楼 雷电流I 感应磁场B R B I R当I 100kA则R 83m 大楼立柱钢筋 B I 第三章通信机房和设备的接地规范 一 联合接地方式与接地系统二 地线接线规则和线径选择 第三章通信机房和设备的接地规范 一 联合接地方式与接地系统1 根据原邮电部 通信局 站 电源系统总技术要求 YD T1051 2000 交换机所在通信局应采取各类通信设备的工作地 保护地以及建筑防雷接地 共用一组接地体的集中接地方式 称为联合接地方式 通信机房的接地引入线应避免从作为雷电流引下线的钢筋柱子附近引入 各机房各类缆线金属外护层接地引入点也应避免在建筑物外侧柱内作为雷电引下线的柱子附近引入 总接地排与地网的连接点必须与防雷引下线的接地点相距不少于3米 计算机中心 网络控制中心应尽量放在房间的中央 即磁场最弱的地方 并尽量避免使用墙上的插座 地网联合接地方式 24x4镀锌扁钢连接 铁塔地网 机房地网 变压器地网 2寸镀锌钢管垂直接地体 第三章通信机房和设备的接地规范 2 接地系统通信大楼内机房所有设备的金属外壳都应接地 金属走线架 水管等金属物也必须接地 机房内金属物良好的接地不但是用电安全的要求 也是屏蔽雷电感应 均衡设备电位的重要措施 工作接地和保护接地必须 同地不同线 接地有单点接地 多点接地和混合接地三种方式 从抗干扰的角度讲 低频通信设备宜用单点接地 高频通信宜用多点接地 高 低频混合通信设备宜采用混合接地 目前部标统一规定各种通信机房都用单点接地方式 即大楼设总接地汇集排 在相应楼层 机房安装分接地汇集排 分接地汇集排与总接地汇集排进行星型连接 各设备的保护地与工作地要按照 共地不共线 的原则再与相应的分汇集排相接 分地排 楼层总排 MDF测量室 总地排 MDF接地铜条 交换室 传输室 电力室 四楼 三楼 二楼 一楼 五楼 通信机房联合接地方式和接地系统 大地 相距3m 基础钢筋地网 通信设备等电位保护接地 机架 设备 组件等 连接导体 列头柜地排或楼层地排 第三章通信机房和设备的接地规范 二 地线接线规则和线经选择1 由联合接地体的垂直总接地排 端子板 上所接的接地母 干 线引入机房的层排 通信设备各机架的保护接地线就近引入层排或分地排 接地母线与地极引出线的连接 不能直接用螺丝来固定接口 必须用氧焊工艺焊接 多条接地母线时 要安装接线排 端子板 第三章通信机房和设备的接地规范 2 各机架设备要接工作地 接线来自列头柜工作地线接线端子 接线端子接线源自电力室 配电屏 工作地排 电力室直流电源工作地应从接地汇集线上引入 3 各设备金属框壳要接保护地线 接线来自列头柜保护地接线端子 接线端子与地线分排或层排相连 4 交换机测量台的配线架应从垂直总接地排引入保护接地线 配线架与机架间不应通过走线架形成电气连 为了可靠接地 配线架应接两条地线 第三章通信机房和设备的接地规范 5 通信机房内保护地线的布置方式 采取辐射式或平面型 机房内所有设备 除从分地排上就近引接地线外 不得通过安装加固螺栓与建筑钢筋相碰而形成电气连通 5ESS交换机要求固定底座与机架要绝缘 第三章通信机房和设备的接地规范 6 保护接地线应采用良导体 铜 导线 要使用整线 中间不能有接头 并且不准使用裸导线布放 众所周知 交流电流沿导体流动时 将产生趋肤效应 雷电流既是高频又是高强度 因此 接地线其截面积应根据可能通过的最大电流负荷确定 应根据现有设备的数量和今后可能要扩容增加考虑 第三章通信机房和设备的接地规范 7 地线线径要求一般要求 县局机房楼层总排至地网总地排的保护地线母 干 线用240mm平方 分地排至楼层总排的地线不小于70mm 单个机柜到分地排或列头柜接地端子板的地线可用16mm平方铜缆 线 交换模块局和接入网机房的接地母线线径应为120 95mm平方 第四章接地电阻的测量 一 接地电阻的组成二 接地电阻值指标三 接地电阻的测量要求四 接地电阻的测量方法二线法三线法四线法 第四章接地电阻的测量 一 接地电阻的组成接地装置的接地电阻有三部分组成 接地电极自身的电阻 接地极之间的互电阻 接地极表面和土壤之间的接触电阻 影响接地电阻最重要的是接地电极周围大地的电阻率 其次是接地电极的形状和尺寸 设计接地装置的依据 第四章接地电阻的测量 二 接地电阻值指标1 采用联合接地体时1 单独设置接地体时4 2 通信机房 第四章接地电阻的测量 三 接地电阻的测量要求接地装置的质量 主要决定它的接地电阻是否达到要求 接地电阻值的大小 是衡量接地体与大地的接触程度 接地电阻值越小 接地装置装置的质量越好 从最坏的角度考虑 接地电阻的测量应在土壤干燥时期进行 第四章接地电阻的测量 四 接地电阻的测量方法直线排列测量法 二线法 三线法 四线法 20m 20m P C 大楼 三线直线测量法 地阻测试仪 E 三线法测量接地电阻原理图 A V 被测接地极 电压探棒 电流探棒 地阻测试仪 四线法测量接地电阻原理图 A V 被测接地极 电压探棒 电流探棒 地阻测试仪 可消除测量时连接导线电阻的附加误差 地电位和接地 接地电极 电位上升E V 0 20 距离 m 接地电流I A 大地 第四章接地电阻的测量 电位探棒为什么要距离接地极20米 经实验 不同距离下的接地电阻值如下 距离 m 51015182022测量值 1 81 92 02 12 12 1由此可见 向单根接地极注入电流后 在距接地极20m附近 电位才是近于零 因此要测出接地极真正的对地电位 必须把电位探棒P点打到距地极20m的地方 无论手摇式仪表或是自动数字式仪表均遵循此测量要求 第四章接地电阻的测量 三线测量法 操作要求 先在仪表上对测试线短路归零 然后按测试规程拉线打测试地棒 再按仪表操作规程分别测试三次 如每次测试值较接近 则取算术平均值作为所测得电阻值 如测试三次值相差过大 应增大电极之间距离 重新测试 直到三次测试值接近 取算术平均值为最后测试结果 大楼 P C 20m 20m 地阻测试仪 E 第四章接地电阻的测量 三角形排列测量法 如果无法按直线排列间距20m的位置打下两个探棒 可采取等边三角形排列法进行测试 E P P C 20m 20m 20m 大楼 地阻仪 第四章接地电阻的测量 关于工频接地电阻和冲击接地电阻的说明 用测试仪表测出的地电阻称为工频接地电阻 而防雷装置的接地标准是用冲击接地电阻 冲击接地电阻一般不等于工频接地电阻 因为巨大的雷电流通过接地体流入土壤时 接地体附近形成很强的电场 将土壤击穿并产生火花 这相当于增加了接地体的截面 增加了泻流面积 减少了接地电阻 地阻测试仪不能测试冲击接触地电阻 在满足测试条件情况下 所测工频接地电阻值总是大于或等于 土壤率为100时 冲击接地电阻 此时仪表测出的电阻值可代替冲击接地电阻 第四章接地电阻的测量 联合接地体是以建筑物的桩基 钢管桩或水泥桩中的钢筋作为接地体的 是一种永久性的接地体 其接地电阻即使大于1 也不影响接地的可靠性和安全性 因为分布均匀的桩基是良好的均压散流体 因此 建筑物投入使用后 复测联合接地体的接地电阻是无意义的 而必须要测量的是各种接地的接地引上线是否可靠 第五章通信机房保护接地存在问题 问题一 把机房大楼的立柱钢筋当地极 接地电阻合格还受雷击的原因之一 这样连接的弊端是 楼顶的避雷针 避雷带是与大楼钢筋连通的 梁 楼板 当有雷电流从楼顶下来时 会有一部分窜入设备中 从而损坏比较脆弱的设备 如交换机等 定安局黄竹模块局受雷击 万宁老局机房曾频受雷击 琼海新机房三楼接地 第五章通信机房保护接地存在问题 2000年朗讯科技最新5ESS交换设备接地基本要求的其中一条要求 交换设备机架 架顶走线槽 交流电引接铝管及工作地 保护地铜排等均应与大楼相关金属结构绝缘 道理就在这 第五章通信机房保护接地存在问题 问题二 工作地线接到保护地线排上 接地电阻合格还受雷击的原因之二 有些机房的各点接地电阻测试都很好 但设备的工作地线和保护地线在楼层内的保护地排上共接 甚至在一个机柜里工作地线接到保护地排上 产生的后果是 当有雷电流流经保护地线时 同样会有一部份窜入工作地线 进入相关设备造成危害 例 府城三门坡模块局 昌江局河南模块局 第五章通信机房保护接地存在问题 问题三 保护地线连接不规范1 地极引出线与地线的连接用螺母固定 且螺丝螺母是长锈的铁件 2 接地线不是整线 中间有接头或分头 3 三相交流电源避雷箱的保护接地线接到设备机房的保护地排上 4 保护地线的接线用串联方式连接而不是并联方式 第五章通信机房保护接地存在问题 问题四 接地母线及接地线线径小有些机房的接地母线线径不到90毫米平方 有的MDF架的接地线线径不到10平方毫米 由于雷电流具有高频和高强度特性 机房一旦遇到强雷电侵害 小截面积的地线将出现发热烧毁 甚至发生爆炸 第五章通信机房保护接地存在问题 问题五 电缆交接箱保护接地问题不容忽视 接地电阻合格还受雷击的原因之三 经抽查过的交接箱 不少都