论广播电视系统设备接地.doc

论广播电视系统设备接地 河北省涞源县广播电视局 马黎明 接地看上去很简单，但是处理不好造成的问题令人头疼。广播电视设备绝大多数是弱电设备，理论上接地、防雷、零线、地线这样的事情已经由供电部门、建设部门解决了，我们不需要理会。实际上我们却要经常陷入此种烦恼之中。电视画面上的条纹、滚道，广播节目中的杂音、啸叫常常纠缠着我们，挥之不去。我们常将暖气管道、自来水管道、墙壁内的钢筋作为接地线导致无法预料的麻烦；各个部门、机房经常各自为政，自设地线，结果造成地电压不平衡；把对接地有不同要求的设备接在一个地上而造成浪涌危害。这种种问题都促使我们需要对接地问题进行很好的了解。一、接地的功能和要求理论上我们将大地当作一个等势体，作为零电位，由于功能的考虑、保护的考虑要将一些设备的某些部分与大地连接起来，这就是接地。一般来说，接地按作用分一般分为功能性接地和保护性接地。 1、 功能性接地。为了保证电气系统及电气设备的正常运行，实现其可靠性及固有性能的接地，分为以下几种： (1)、工作接地。根据系统运行的需要进行的接地，例如中性点接地，这个接地系统通常有电流通过。三相四线制的零线在供电变压器端是接在这个接地点上的，保护接零也属于这种接地。 (2)、逻辑接地。造成一个等电位点或等电位面作为电子电路的公共电位参考点，仅是逻辑上的接地，不一定是大地零电位。如一些设备的热底板。 (3)、电磁适应性接地。为防止寄生电容回授或形成噪声电压而进行的屏蔽接地。还称为电磁兼容接地即出于电磁兼容设计而要求的接地，包括： a、屏蔽接地：为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感，必须进行必要的隔离和屏蔽，这些隔离和屏蔽的金属必须接地。 b、滤波器接地：滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。 c、噪声和干扰抑制：对内部噪声和外部干扰的控制需要设备或系统上的许多点与地相连，从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。 2、保护性接地。为防止人、畜或设备因电击造成伤亡或损坏而进行的接地，分为以下几种： (1)、外露导电部分接地。将电气设备的外露导电部分进行接地，使其处于地电位，一旦电气设备带电部分的绝缘损坏时，可以减轻或消除电击危害。通常外露导电部分就是电气设备的金属外壳，所以这种接地也称为外壳接地。 (2)、装置外导电部分接地。将非电气设备的导电部分，例如机械设备的外壳、建筑物的金属结构、金属管线等进行接地或连接到接地干线或相互连接进行等电位措施，以减少电击的危害。 (3)、防雷接地。为了消除或减轻雷电危害而将雷电电流导入大地的接地。 (4)、防静电接地。将静电导人大地防止其危害的接地。接地状况的好坏主要用接地电阻的大小进行衡量，接地电阻主要是由接地引线的电阻、接地体的电阻、接地体与大地的接触电阻、散流电阻组成。 A、接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。 B、接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。 C、接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。 D、从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。接地电阻虽由四部分构成，但前两项所占接地电阻值的比例甚微，起决定作用的是接触电阻及散流电阻。不同的电气设备对接地电阻有不同的要求： 1、大接地短路电流系统R0.5欧； 2、数据通信机房的接地应不大于1欧姆，这样可有效地降低因雷击和高压故障所引起的地位升高，抑制干扰； 3、广播电视设备对干扰特别敏感，出于抗干扰的要求其R2欧； 4、容量在100kVA以上的变压器或发电机R4欧； 5、阀型避雷器R5欧； 6、独立避雷针、小接地电流系统、容量在100kVA及以下的变压器或发电机、高低压设备共用的接地均R10欧； 7、低压线路金属杆、水泥杆及烟囱的接地R30欧。虽然建筑物的金属结构、金属管线要求接地，但是我们在没有经过对这些金属结构、金属管线的接地电阻进行测量的情况下不宜将其视为可靠的地线，因为这些建筑物有可能没有将这些金属结构、金属管线进行良好地接地，这时地电位的影响，连接在这些金属结构、金属管线上的大电流用电设备的漏电、开启关闭时的浪涌将损坏以此为地线的弱电设备。因此最好不要用暖气管道、自来水管道、墙壁内的钢筋做地线。 二、电路接地的方式 1、单点接地：单点接地是为许多连接在一起的电路提供公共电位参考点的方法，这样信号就可以在不同的电路之间传输。若没有公共参考点，就会出现错误信号传输。单点接地要求每个电路只接地一次，并且接在同一点。该点常常以地球为参考。由于只存在一个参考点，因此可以相信没有地回路存在，因而也就没有干扰问题。 2、多点接地：设备内电路都以机壳为参考点，而各个设备的机壳又都以地为参考点。这种接地结构能够提供较低的接地阻抗，这是因为多点接地时，每条地线可以很短；并且多根导线并联能够降低接地导体的总电感。在高频电路中必须使用多点接地，并且要求每根接地线的长度小于信号波长的1/20。 3、混合接地：混合接地既包含了单点接地的特性，又包含了多点接地的特性。例如，系统内的电源需要单点接地，而射频信号又要求多点接地，这时就可以采用图10所示的混合接地。对于直流，电容是开路的，电路是单点接地，对于射频，电容是导通的，电路是多点接地。而多系统间传输视频信号则要求低电平隔离混合接地。 三、接地网的设计和施工综合布线系统接地网的结构包括接地线、接地母线（层接地端子）、接地干线、主接地母线（总接地端子）、接地引入线、接地体六部分，在进行系统接地的设计时，可按上述6个要素分层次地进行设计。 1、接地线接地线是指综合布线系统各种设备与接地母线之间的连线。所有接地线均为铜质绝缘导线，其截面应不小于4mm2。当综合布线系统采用屏蔽电缆布线时，信息插座的接地可利用电缆屏蔽层作为接地线连至每层的配线柜。若综合布线的电缆采用穿钢管或金属线糟敷设时，钢管或金属线糟应保持连续的电气连接，并应在两端具有良好的接地。对于那些对接地和电磁屏蔽有特殊要求的广播电视机房、数据设备机房，建议单独铺设接地线。 2、接地母线（层接地端子）接地母线是水平布线于系统接地线的公用中心连接点。每一层的楼层配线柜应与本楼层接地母线相焊接与接地母线同一配线间的所有综合布线用的金属架及接地干线均应与该接地母线相焊接。接地母线应为铜母线，其最小截面尺寸为6mm50mm，长度视工程实际需要来确定。接地母线应尽量采用电镀锡以减小接触电阻，如不是电镀，则在将导线固定到母线之前，须对母线进行清理。 3、接地干线接地干线是由总接地母线引出，连接所有接地母线的接地导线。在进行接地干线的设计时，应充分考虑建筑物的结构形式，建筑物的大小以及综合布线的路由与空间配置，并与综合布线电缆干线的敷设相协调。接地干线应安装在不受物理和机械损伤的保护处，建筑物内的水管及金属电缆屏蔽层不能作为接地干线使用。当建筑物中使用两个或多个垂直接地干线时，垂直接地干线之间每隔三层及顶层需用与接地干线等截面的绝缘导线相焊接。接地干线应为绝缘铜芯导线，最小截面应不小于16mm2。当在接地干线上，其接地电位差大于1VrmS(有效值)时，楼层配线间应单独用接地干线接至主接地母线。 4、主接地母线（总接地端子）一般情况下，每栋建筑物有一个主接地母线。主接地母线作为综合布线接地系统中接地干线及设备接地线的转接点，其理想位置宜设于外线引入间或建筑配线间。主接地母线应布置在直线路径上，同时考虑从保护器到主接地母线的焊接导线不宣过长。接地引入线。接地干线。直流配电屏接地线。外线引入间的所有接地线。以及与主接地母线同一配线间的所有综合布线用的金属架均应与主接地母线良好焊接。当外线引入电缆配有屏蔽或穿金属保护管时，此屏蔽和金属管应焊接至主接地母线。主接地母线应采用铜母线，其最小截面尺寸为6mm100mm，长度可视工程实际需要而定。和接地母线相同，主接地母线也应尽量采用电镀锡以减小接触电阻。如不是电镀，则主接地母线在固定到导线前必须进行清理。 5、接地引入线接地引入线是指主接地母线与接地体之间的接地连接线。接地引入线采用404镀锌扁钢，应作绝缘防锈防腐处理，在其出土部位应有防机械损伤措施，且不宜与暖气管道同沟布放。 6、接地体接地体分为自然接地体和人工接地体。自然接地体一般指建筑物基础内钢筋网。人工接地体又可分为水平接地体和垂直接地体，水平接地体采用40mm4mm镀锌扁钢，垂直接地体采用50mm50mm5mm2500mm镀锌角钢或40mm3.5mm2500mm的镀锌钢管。在一般商用建筑物中，当综合布线采用联合接地系统时，接地体一般利用建筑物基础内钢筋网作为自然接地体，接地状况应经过严格测试，其接地电阻应小于1欧。在实际应用中通常采用联合接地系统，这是因为与前者相比，联合接地方式具有以下几个显著的优点：（a）当建筑物遭受雷击时，楼层内各点电位分布比较均匀，工作人员及设备的安全能得到较好的保障。同时，大楼的框架结构对中波电磁场能提供1040dB的屏蔽效果。（b）容易获得较小的接地电阻。（c）可以节约金属材料，占地少。当综合布线采用单独接地系统时，接地体一般采用人工接地体，并应满足以下条件：（1）距离工频低压交流供电系统的接地体不宜小于20m。（2）距离建筑物防雷系统的接地体不应小于10m。（3）接地电阻不应大于4欧。广播电视机房、数据设备机房，建议采用单独接地系统。广播电视系统中已经大量采用综合布线系统，综合布线系统的接地设计应注意以下几个问题： 1、综合布线系统采用屏蔽措施时，所有屏蔽层应保持连续性，并应注意保证导线间相对位置不变。屏蔽层的配线设备端应接地，用户（终端设备）端视具体情况接地。两端的接地应尽量连接至同一接地体。当接地系统中存在两个不同的接地体时，其接地电位差应不大于1Vr.m.S（有效值）。 2、当电缆从建筑物外面进入建筑物内部容易受到雷击。电源碰地，电源感应电势或地电势上浮等外界因素的影响时，必须采用保护器。 3、当线路处于以下任何一种危险环境中时，应对其进行过压过流保护：（1）雷击引起的危险影响。（2）工作电压超过250V的电源线路碰地；（3）地电势上升到250V以上而引起的电源故障；（4）交流50HZ感应电压超过250V。 4、综合布线系统的过压保护宜选用气体放电管保护器。固为气体放电管保护器的陶瓷外壳内密封有两个电极，其问有放电间隙，并充有惰性气体。当两个电极之间的电位差超过250V交流电源或700V雷电浪涌电压时，气体放电管开始出现电弧，为导体和地电极之间提供了一条导电通路。 5、综合布线系统的过流保护宜选用能够自复的保护器。由于电缆上可能出现这样或那样的电压，如果连接设备为其提供了对地的低阻通路，则不足以使过压保护器动作，而其产生的电流却可能损坏设备或引起着火。例如:20V电力线可能不足以使过压保护器放电，但有可能产生大电流进入设备内部造成破坏，因此在采用过压保护的同时必须采用过流保护。要求采用能自复的过流保护器，主要是为了方便维护。四，室外接地网的施工方法：在1米深的槽沟内按间隔10米埋设若干垂直接地体，用水平接地体连接垂直接地体组成室外接地网。水平接地体埋入1米深的槽沟内，接地网用404镀锌扁钢引入室内，接地引出线的保护管距地高度一般为1.5m，。接地体焊接工作应由具有焊接资格的焊工担任。扁钢及圆钢的连接均采用搭接焊。扁钢搭接长度为扁钢宽度的两倍，并应焊三个棱边。圆钢搭接长度为圆钢直径的6倍，并进行两面焊接。圆钢与扁钢连接时，搭接长度为圆钢直径的6倍。扁钢与钢管(或角钢)焊接时，为了连接可靠，除应在其接触部位两侧进行焊接外，并应将扁钢弯成弧形或直角形，并紧贴在钢管或角钢上再进行焊接。焊接连接的缝应平整、饱满，无明显气孔及咬肉缺陷。焊接处的焊渣必须清除。为了改善土壤条件建议采用化学降阻剂。化学降阻剂在我国的应用已较为广泛，它的降阻机理是，在液态下从接地体向外侧土壤渗出，若干分钟固化后起着散流电极的作用。因降阻剂本身是一种良好的导体，将它使用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，减小接地体与土壤的接触电阻，同时形成足够大的电流流通截面，另一方面，它能向周围土壤渗透，降低周围土壤的电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域，从而显著扩大接地体的等效直径和等效长度，对降低接触电阻及流散电阻有着明显效果。如J2G02型长效防腐降阻剂的使用寿命都可达到20年以上，在使用周期内不需维护保养，仍能具有良好的电介质性能和吸水性，保持其良好的物理化学机理。在山区及岩石地区等可用水平接地体代替难以加工的垂直接地体，施工方便，可解决施工场地受局限的困难。降阻剂的使用，应掌握其施式技术，以达到最佳的效果。其具体施工技术是：对于垂直接地全是在开挖1米深的槽沟（水平接地体敷设用），在垂直接地体埋设处下挖于垂直接地体等深的坑后，采用219钢管作模具，将垂直接地体插入钢管中心后，浇注降阻剂，并同时进行回填，抽出钢管后，此时接地体已形成=200mm的圆柱形接地体，待降阻剂凝固后，将回填土擂实。水平接地体是在人工开挖的槽沟内敷设，待水平接地体与垂直接地体，按规范要求焊接完毕后，采用上下半圆形模具注入降阻剂，待模具拆出后，应在200mm的水平接地体周围用湿土夯实，并回填土质较好的土后夯实，以减小接触电阻。一个月后，接地电阻可达到1欧，半年后可达到0.8欧，随着时间的推移，土质沉实后，电阻值有逐年下降的趋势。这种做法比以前只是简单地将垂直接地体打入地下，或将一块大钢板整张埋入地下，结省得多，效果好也耐久。比利用盐降阻持久，因为盐会流失、会腐蚀钢板。 五、室内接地网的要求一是采用TN-S系统，将交流电源线路中的返回通道（中性线）只在一点与安全接地系统相连接。交流电源线路的返回电流不流入信号参考地系统。由于消除了电流环路，这种与交流返回电流隔开的信号参考地系统可最大限度地减少公共阻抗耦合。二是将广播电视设备尽可能通过多点与信号参考地相连接。这可为高频干扰提供多个并联的对地通路从而减少了电感效应。根据欧姆定律，电阻并联后其阻值减少。故并联通路越多，对地阻抗越小。这样做也有助于将接地之间的物理距离减少到我们所需要的110波长的距离或更小。和上述第一步相同。这样做也消除接地电流环路，因为设备多点与地线相联可以减少高频干扰，而接地系统的接地点只有一个。既然不能将电源线、控制线和信号线合成一回线进入设备；在布设地线和连接导线时同样也不要将设备接地线和各类被接地的线（其电位设计为零伏）合成一回线。应使进入接地系统的电流尽量小（此电流可经接地线流入其他设备）。也应使此电流进入接地系统后尽快流入大地（此电流不再流入其他设备），即要求其与接地点间的地线粗些、距离短些。应记住接地线的长度和宽度在接地中是至关重要的。良好的接地平面可减少接地阻抗。可以想象用多根并联带形导体组成的接地平面能降低电感。对于射电频率信号的接地而言，导体面积大时效率高，因其电感小。阻抗随之也小。接地平面大到极限时为多块搭接的或对接的整块金属板（需要时可覆盖整个平面）。当然这常是不可能的。通常的做法是采用网格，它实质上是具有许多网孔的接地平面。当网孔尺寸小于所需频卒波长的110时，网格的效果接近一实体平板。为使此接地平面更为适用，应满足两个条件：所有接至网格的设备接地线的长度必须小于最高频率的110的波长；设备与接地平面的连接必须具有足够的并联通路，以降低设备与接地平面间的电位差。 六、数据机房对接地的要求 1、数据机房的接地电阻不应大于1欧姆，这样可有效地降低因雷击和高压故障所引起的地电位升高，抑制干扰。 2、数据机房不宜采用中性线作为交流保护地线的TN-C系统（现在绝大多数都是采用中性线作为交流保护地线）。因为中性线平时有荷载电流，当其作为交流地线时会成为干扰源。所以，为了防止机房内低压电气设备正常工作情况下零序电流流入联合地线系统，使保护地线在平时荷载电流，应直接从中性点引一根线作为交流保护线，即交流电源的“零”线要严禁与接地系统电气连通。 3、直流地的处理方法直流地接地处理方式目前有两种即直流地悬浮和直流地接大地。直流地悬浮就是直流地不接大地与大地严格绝缘，对地电阻的大小依机器的要求而定。一般应1兆左右，这种方法简单，而且不受交流网的干扰。其缺点是直流地悬空而有可能使电流耦合去干扰临近设备，万一发生交流地火线与机箱相碰现象，就会使机箱带有很高的交流电压这将是极其危险的。另外，一旦绝缘下降或发生对地短路就会产生干扰，使大量的静电无法排除，容易使机器带静电。静电电压过高不仅影响机器的运行，也会给操作人员和有些器件带来危险还会产生严重的干扰。现在一般计算机机房系统接地不采用此方法。直流地接大地，就是把计算机中的数字电路逻辑地与大地相接，它克服了直流地悬浮带来的问题，特别是在中大型计算机房里，设备机箱上会有大量的静电荷积沉，还有人体静电都会影响设备的运行，所以采用直流地接大地。由于直流地与机箱分开了，机柜外壳接大地，为防止高频干扰提供了低阻通路，也为静电荷找到了通路。应该指出的是在直流地接大地的地线系统中，决不是直流地在任意一点上都可以接大地，而且在直流地接大地之前应象直流地悬浮一样保持对大地有足够的绝缘电阻。直流地接法有三种：一是串联接地，计算机各设备地线以串联方式接在作为直流地地线上，注意此处所用的连接部应与机箱绝缘，此种接法各处地电位都有差异，这种接法在简单、电位差很小的接地系统中应用比较适宜。二是并联接地，计算机设备的直流地，都用多股屏蔽线分别直接接到接地母线上，这种接法各点间的电位差很小，因此大应用系统中较多。三