通信接地与防雷

通信接地与防雷第1页，共59页，2023年，2月20日，星期二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。第2页，共59页，2023年，2月20日，星期二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。第3页，共59页，2023年，2月20日，星期二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。第4页，共59页，2023年，2月20日，星期二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，理解接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。第5页，共59页，2023年，2月20日，星期二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。第6页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：

强度很大，干扰空间范围很广、频谱很宽的电磁干扰源。第7页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：认识雷电

雷电是一种大气自然现象，在科学技术不发达的古代，雷电被蒙上了神秘的色彩，除了灾难，它留给人类更多的是迷信和恐惧。直到17世纪中叶，美国科学家富兰克林通过实验证实了天电（雷电）与地电的同一性，并发明和使用了“避雷针”，人们才逐步对雷电有了理性和科学的认识。地球上，任何时刻都会有约2000个地点出现雷暴，平均每天要发生800万次闪电，每次闪电在微秒级瞬间可释放出55KW·h以上能量。第8页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：雷电对人类的贡献在雷电发生的一瞬间，除了产生极强的电流和高温外，还会产生大量的臭氧，大气中的臭氧层是地球上一切生物的保护伞，能使地球表面的生物免遭紫外线的危害。雷电也是一种巨大的声波，可使空气中的细菌和微生物丧生。所以雷雨后的空气特别洁净而清新。雷电又是一种高效的天然肥料，雷电发生时，空气中的氮和氧会经电离和化合而形成易被植物吸收的氮肥。第9页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：雷电的危害

据统计，全球平均每年因雷电灾害造成的直接损失超过10亿美元，死亡人数在3千人以上，这个数据的统计还不包括我国。我国每年因雷击造成的人员伤亡约有3000人至4000人，财产损失在50亿到100亿元人民币。第10页，共59页，2023年，2月20日，星期二

含水蒸气的上升气流上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹（称为水成物），这些水成物在地球静电场的作用下被极化（如图），负电荷在上，正电荷在下，由于水成物下降的速度快。而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离（这叫重力分离作用），最后形成带正电的云粒子在云的上部，而负电的水成物在云的下部，就形成雷云空间电场，空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的，都是上正下负。1、雷击浪涌：雷云的形成第11页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：雷击

当雷云形成后，在两种带不同电荷的雷云中间的电场达到一定强度后便会被击穿，形成云间放电。当带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成云对地放电。第12页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：雷击的三种形式

一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。二是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”。三是“球形雷”。在雷电频繁的雷雨天，偶然会发现紫色、殷红色、灰红色、蓝色的“火球”。这些火球有时从天空降落，然后又在空中或沿地面水平方向移动。这些“火球”一般直径为十到几十厘米，也有直径超过一米的。存在的时间从几秒到几分钟，一般为几秒到十几秒居多。这种“火球”能通过烟囱、开着的窗户、门和其他缝隙进入室内，或者无声地消失，或者发生剧烈的爆炸。这种“火球”虽然发生的几率很小，但发生的次数也相当多，叫做“球形雷”。第13页，共59页，2023年，2月20日，星期二第14页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：直击雷的危害雷电直接击在建（构）筑物、人、和其它物体上，雷电产生的高电压、大电流、产生的电效应、热效应和机械效应，使建（构）筑物燃烧、爆炸、倒塌、崩毁，人体烧伤、死亡。物体烧毁、解体、爆炸。第15页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：直击雷的危害第16页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：二次雷的危害

雷电的二次危害作用就是雷电流产生的电磁感应、静电感应、雷电波等，感应产生的电压、电流所造成的危害。虽然该幅值不如直击雷大，但也能造成很大危害。第17页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：二次雷的危害雷电静电感应：当空间有带电的雷云时，雷云下的地面及建筑物等，都由于静电感应的作用而带上相反的电荷。这种电荷受带电雷云所产生的电场所束缚。当雷云对地放电或对云间放电时，云层中的电荷在一瞬间消失了，那么感应出的这些被束缚的电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些电荷将会产生大电流冲击，从而造成雷电危害。第18页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：二次雷的危害雷电电磁感应雷电电流在闪电通道周围空间产生磁场，随时间变化的磁场就在附近的各类金属导体上激发感应电动势和感应电流。这种作用随距落雷点距离的增大而减少较快，与距离的平方成反比。第19页，共59页，2023年，2月20日，星期二第20页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：现代防雷现代防雷技术的特点：现代防雷技术的理论基础在于：闪电是电流源，防雷的基本途径就是要提供一条雷电流（包括雷电电磁脉冲辐射）对地泄放的合理的阻抗路径，而不能让其随机性选择放电通道，简言之就是要控制雷电能量的泄放与转换。现代防雷保护的三道防线：

外部保护---将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；

内部保护----阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的侵入波危害设备；

过电压保护----限制被保护设备上雷电过电压幅值。这三道防线相互配合，各尽其职，缺一不可。第21页，共59页，2023年，2月20日，星期二1、雷击浪涌：现代防雷

常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成，即接闪器、引下线和接地体；接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。防感应雷电的避雷装置主要是避雷器。对同一保护对象同时采用多种避雷装置，称为综合性防雷电。

避雷装置要定期进行检测，防止因导线的导电性差或接地不良起不到保护作用。

第22页，共59页，2023年，2月20日，星期二

当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变。在避雷针（线）顶部，形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线，接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效防直击雷的方法。以往一般认为用避雷针越高越好，这个观点是错误的，避雷针越高，一是容易引雷，二是会出现绕击现象。避雷针的高度应按滚球法（保护范围）进行计算。1、雷击浪涌：避雷针防护原理第23页，共59页，2023年，2月20日，星期二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第24页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1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.接地分类及作用第25页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.1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．接地的概念第26页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.1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1所示。2．接地系统①接地体②接地引线③接地线排④接地线⑤配电屏地线排⑥去通信机房汇流排⑦接地分支线⑧设备接地端子图1接地系统示意图第27页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.2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第28页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.2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①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。②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。

第29页，共59页，2023年，2月20日，星期二（1）温度温度在0℃以上,土壤电阻率随着温度的下降而上升;温度在0℃以下时,土壤电阻率同样随着温度的下降而上升。（2）湿度（3）密度（4）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。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第30页，共59页，2023年，2月20日，星期二类

别名

称电阻率（W·m）岩石花岗岩200000多岩山石5000砾石、碎石5000砂砂砾1000表层土类石、下层砾石600土壤红色风华粘土500多石土壤400含砂粘土300黄土200砂质粘土100黑土、陶土50捣碎的木炭40沼泽地20陶粘土10第31页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.4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第32页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.4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)第33页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.4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第34页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.4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。直流工作接地第35页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.4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。直流保护接地第36页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.4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。直流接地第37页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.1.4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.防雷接地第38页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.2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。

2.2.1联合接地的优点

2.2.2联合接地的组成第39页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.2.1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．分设接地系统第40页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.2.1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．联合接地系统第41页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.2.1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：①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。②公共接地母线为全局建立了基准零电位点。③消除了地线系统的干扰。④电磁兼容性能变好。2．联合接地系统第42页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.2.2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．接地体地网第43页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.2.2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．接地母线第44页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.2.2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第45页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.3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。

2.3.1雷电分类及危害2.3.2常见防雷元件

2.3.3通信电源系统防雷保护措施第46页，共59页，2023年，2月20日，星期二雷击分为两种形式：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2.3.1雷电分类及危害第47页，共59页，2023年，2月20日，星期二

①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。②地面雷浪涌电流使地电位上升。③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2.3.1雷电分类及危害第48页，共59页，2023年，2月20日，星期二

①直击雷对通信大楼的环境影响。②雷击对电力电缆的影响。

3．雷电流干扰2.3.1雷电分类及危害第49页，共59页，2023年，2月20日，星期二2.3.2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第50页，共59页，2023年，2月20日，星期二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10消雷器结构示意图图11避雷器的连接2.3.2常见防雷元件第51页，共59页，2023年，2月20日，星期二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）2.3.2常见防雷元件第52页，共59页，2023年，2月20日，星期二

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2.3.2常见防雷元件第53页，共59页，2023年，2月20日，星期二

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2.3.2常见防雷元件第54页，共59页，2023年，2月20日，星期二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）2.3.2常见防雷元件第55页，共59页，2023年，2月20日，星期二第一级防雷区：指直击雷区，本区内各导电物