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一、 接地系统 1. 接地系统的组成和作用 1) 接地系统的组成 接地的组成是将电气装置的外露导电部分通过导电体与大地相连接的系统。由大地、接地体（接地电极）、接地引入线、接地汇集线、接地线等组成 2) 接地系统的作用 接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障通信系统正常运行。组成接地系统的各部分的功能如下： （1）大地：接地系统中所指的地即为一般的土地，不过它有导电的特性，并且有无限大的容量，可以用来作为良好的参考电位。 （2）接地体（接地电极）：接地体是使通信局（站）各地线电流汇入大地扩散和均衡电位而设置的与土地物理结合形成电气接触的金属部件。 （3）接地引入线：接地体与贯穿通信局（站）各装机楼层的接地总汇集线之间的相连的连接线称为接地引入线。 （4）接地汇集线：接地汇集线是指通信局（站）建筑物内分布设置可与各通信机房接地线相连的一组接地干线的总称。根据等电位原理，为提高接地有效性和减少地线上杂散电流回窜，接地线汇集线分为垂直接地总汇集线和水平接地分汇集线两部分，其中垂直总汇集线是一个主干线，其一端与接地引入线连通，另一端与建筑物各层楼的钢筋和各层楼的水平接地分汇集线相连，形成辐射状结构。为了防雷电电磁干扰，垂直接地总汇集线宜安装在建筑物中央部位；也可在建筑物底层安装环形汇集线，并垂直引到各机房的水平接地分汇集线上。 （5）接地线：通信局（站）内各类需要接地的设备与水平接地分汇集线之间的连线，其截面积应根据可能通过的最大负载电流确定，并不准使用祼导线布放。 2. 接地系统分类 交、直流电源系统和建筑物防雷等都要求接地，各种接地的分类一般可分为功能性接地、保护性接地。以上各种接地的性质和功能分述如下。 1) 功能性接地 用于保证设备（系统）的正常运行，或使设备（系统）可靠而正确地实现其功能。 （1）工作接地：工作接地分为交流工作接地与直流工作接地。在通信电源的交流供电系统里，往往将三相四线制电源的中性点直接接地，如配电变压器次级线圈、交流发电机电枢绕组等中性点的接地，称为交流工作接地。其接地线称为零线。在通信电源的直流供电系统里，为了保证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方式，称为直流工作接地。 （2）信号电路接地：为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。 （3）屏蔽接地：将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，也可以减少电子设备产生的干扰影响其他电子设备。 （4）逻辑接地：为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属件作为“逻辑地”，一般采用金属地板作逻辑地。 （5）测量接地：在通信电源的接地系统中，专门用来检查、测试通信设备的工作接地而埋设的辅助接地，称为测量接地。平时接在直流工作地线盒中的地线排上，与直流工作接地装置并联使用，当需要测量工作地线接地电阻时，将其引线与地线盒中的接地铜排脱离，此时测量接地代替直流工作地线运行。 2) 保护性接地 保护性接地是以人身和设备的安全为目的的接地。 （1）保护接地：在通信电源设备中，将设备在正常情况下与带电部分绝缘的金属外壳与接地体之间作良好的金属连接，可以防止设备因绝缘损坏而使人员遭受触电的危险，这种保护工作人员安全的接地措施，称为保护接地（或叫安全接地）。 （2）防雷接地：通信局、站通常有两种防雷接地装置，一种是为保护建筑物不受雷击而专设的防雷接地装置，这是由建筑部门设计安装的；另一种是为了防止雷电过电压对通信设备或电源设备的破坏，而埋设的防雷接地装置。其作用是当高压输电线路受到雷击时，阀型避雷器中阀片被击穿，将雷电流经防雷接地装置导入大地，从而保护了其它设备的安全。 （3）防静电接地：将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成的危害。 （4）防电蚀接地：地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。 3. 通信系统接地方式和要求 在通信系统中，按照接地功能不同分为工作接地、保护接地和防雷接地。工作接地又可分为直流工作接地和交流工作接地。防雷接地也称为过电压保护接地。对于交、直流工作接地系统、保护接地系统及防雷接地系统的设置，目前有两种方式：即分设接地与联合接地。 1) 分设接地系统 所谓分设接地，即各自成为独立的接地系统，各系统间的接地线不相互连接，各系统的接地装置也相互分开。 为了避免接地体相互影响和提高接地体的效果，分设接地要求三类接地装置的接地体之间的距离应在20m以上。如果确因可利用的土地面积不大时，可采用人工改良土壤的办法降低接地电阻，从而使每个接地装置占用土地的面积减小，如果对接地电阻要求不太高，可将不同接地装置接地体之间的距离适当缩短，但不得少于10m。 分设接地系统的问题： （1）大型局、站中，各接地系统比较复杂，如电源设备机壳接地保护，使保护接地装置与交流工作接地装置相连到一起；通信设备机架直流接地，通过走线架的联接，又使直流工作地线与交流地线连接，因此各接地系统难于分开。 （2）中、小型局（站）中，有时因场地限制，使得各接地装置靠得很近，这样也不能绝对分开。 （3）在微波站中，由于设备的结构和安装上把直流工作接地和天线防雷地线相连，直流接地系统和防雷接地系统也无法分开。 （4）由于各种通信设备随机和无法控制的连接，并由于大地中的电藕合，各种接地系统实际上也是互相连通的。 （5）因与不同接地体相连接的各部位之间可能产生大的电位差，故有危害人身、设备和房屋建筑安全的可能。 2) 联合接地系统 钢筋混凝土框架结构的通信杻纽大楼，其主楼地下基础钢结构躯体由于对地电阻很小，可作为大楼通信工作接地装置的接地体，并大多数是利用钢筋作为避雷引下线。通信工作接地与大楼的防雷接地从电气上是难以分开的。因此通信枢纽大楼的接地系统，将各种接地线汇接到总接地汇流排上，即将工作地、保护地和防雷地接在一起，形成联合接地。 在一些新建通信局、站的工程设计中，由于通信的需要和地形的限制，已将交、直流接地系统及建筑防雷系统合并为一个接地系统，必须将它们多次地、妥善地连接起来，使整个接地网中的导体处于同电位，并且公用的接地装置的接地电阻不得大于0.5Ω。 另外，整个接地网内导体的连接点都必须接触良好，牢固可靠。因为当大气放电时所产生的雷电电流流过整个接地网时，局内的铁架和电源线中的地线，都有可能变成雷电流的分路，如果接触不良，容易产生跳火或接点发热等情况。如果所有连接点牢固可靠，而且接地装置本身电阻又很小，这样将促使雷电中和，对设备和人身的安全将会得到很大的保证。 联合接地的优点： 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的均压网，具有如下优点： （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。全局按一点接地原理而用一个接地系统，当发生地电位上升时，各处的地电位一齐上升，基本不存在电位差； （3）消除了地线系统的干扰。依据各种不同电特性设计出多种地线各级系统，彼此间存在相互影响，而今采用一个接地系统后，使地线系统做到无干扰； （4）电磁兼容性能变好。由于强、弱电，高频和低频电都等电位，又采用分屏蔽设备和分枝地线等方法，所以提高了电磁兼容指标。 二、 防雷系统 1. 雷电的危害 雷电的破坏作用是非常巨大的，可造成通信局站发生火灾和爆炸事故，损坏供电设备，造成停电，烧毁设备、计算机系统、控制调节系统等。 1) 电效应 巨大的雷电流流经防雷装置时会造成防雷装置的电位升高，这样的高电位作用在电气线路、电气设备或金属管道上，它们之间产生放电，这种现象叫反击。它可能引起电气设备绝缘被破坏，造成高压窜入低压系统，可能直接导致接触电压和跨步电压造成事故。 由于雷电流的迅速变化，在其周围空间里会产生强大而且变化的磁场，处于磁场中的导体会感应出很高的电动势，此电动势可使闭合回路的金属导体产生很大的感应电流，引起发热和其他危害。 当雷电流入地时，在地面上可引起跨步电压，造成人身伤亡事故。 2) 热效应 巨大的雷电流通过雷击点，在极短的时间内转换为大量的热量。雷击点的发热量约为500～2000J，造成易爆物品燃烧或造成金属熔化、飞溅而引起火灾或爆炸事故。 3) 机械效应 当被击物遭受巨大的雷电流通过时，由于雷电流的温度很高，一般在6000～20000摄氏度，甚至高达数万度，被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气体，因而在被击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏或发生爆炸。 4) 静电感应 当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感应出大量的电荷，雷云放电后，云与大地间的电场虽然消失，但金属物上所感应聚积的电荷却来不及立即逸散，因而产生很高的对地电压，称为静电感应电压。静电感应电压往往高达几万伏，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电，因此，对于存放可燃性物品及易燃、易爆物品的场所是很危险的。 5) 电磁感应 电磁感应是由于雷击时，巨大的雷电流在周围空间产生变化迅速的磁场，使处于变化磁场中的金属导体感应出很大的电动势。若导体闭合，金属物上仅产生感应电流，若导体有缺口或回路上某处接触电阻较大，由于很大的感应电动势，所以在缺口处会产生火花放电或在接触电阻大的部位产生局部过热，从而引燃周围可燃物。 6) 雷电波侵入 雷电在架空线路、金属管道上会产生冲击电压，使雷电波沿线路或管道迅速传播。若侵入建筑物内，可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿，产生短路，或使建筑物内易燃、易爆物品燃烧和爆炸。 7) 对人造成伤害 雷击电流迅速通过人体，可立即使呼吸中枢麻痹，心室纤颤或心跳骤停，以致使脑组织及一些主要器官受到严重损害，出现休克或突然死亡。雷击时产生的电火花，还可使人遭到不同程度的烧伤。 8) 防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用 当防雷装置受到雷击时，在接闪器、引下线和接地体上都具有很高的电压。如果防雷装置与建筑物内外的电气设备或其他金属管道的相隔距离很近，它们之间就会产生放电，这种现象称为反击。反击可能使电气设备绝缘破坏，金属管道烧穿，甚至造成易燃、易爆物品着火和爆炸。 9) 浪涌 最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成及操作过电压浪涌的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入计算机或数据设备。 （1）电源浪涌：电源浪涌并不仅源于雷击，当供电系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌，电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当远距离外发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压很短只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁电脑通信设备，但是对于通信设备内部的半导体元件却有很大的损害，随着这些损害的加深，通信设备也逐渐变得越来越不稳定，可能造成重要数据的丢失。 （2）信号系统浪涌：信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体（如电话线）受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。 2. 通信系统防雷配置和要求 信息产业部发布了专门的通信电源防雷标准，对各种通信站的电源防雷提出了具体要求，主要是两条：一是电力电缆应有金属屏蔽层，且必须埋地进出通信局站。二是在电源上逐级加装电源避雷器，实现多级防护。 1) 电源系统的多级保护 （1）电源系统的一级保护电源系统 一级过电压保护器通常采用60～120 kA （8/20 μs 波形）的氧化锌防雷箱，一般安装在低压配电柜的电源入口或变压器低压侧，其主要用途是拦截由供电线路直接进入的雷电过压。 为了防火和切断后续电流，在保护器各相引线上必须串接空气开关或熔丝，其大小要小于前级保险丝。特别要注意的是，所串接的开关或保险丝必须小于系统的短路故障电流，否则在保护器故障时无法起到保护作用。 为防止电源电压波动造成的过电压保护的非正常损坏，在供电电压不稳定的地区，选择动作电压较高的过电压保护器（交流有效值为320 ～ 385V ）。 如果保护器接地点与变压器地网相互连通时，宜将各相保护器直接对地连接；保护器接地点与变压器地网不连通时，应将各相保护器先对零线连接，再对地连接。 （2）电源系统的二级保护电源系统 二级过电压保护器通常采用15～40 kA （8/20μs 波形）的氧化锌保护器，一般安装在电源柜内的电源入口处。它的主要作用是降低一级过电压保护器的雷电残压，消除一、二级保护器间线路感应的雷电过压，防止地网的电位不平衡。 一般可使用 32A 空气开关做保护，对TN系统宜采用四个氧化锌模块对地连接，对TN系统宜采用 3 + NPE 的连接方式。有动力监控系统时，可选用遥信模块。工作电压的选取与一级相同。 （3）电源系统的三级保护 当设备配置分散或有较高要求时，可增加第三级保护。第三级过电压保护器一般安装在设备电源入口处，可根据情况选用氧化锌、半导体放电管、（SAD）等器件，通流量为10～ 15 kA 。 （4）电源系统的四级保护－直流电源的保护 直流过电压保护器一般安装在直流屏、直流配电盘内，多采用 10～15 kA 氧化锌过电压保护器，并串接 16A 空开作保护。其主要作用是防止直流线路上的雷电感应，消除地网电位不平衡的影响。在直流保护器的安装过程中要充分做好绝缘保护，以免发生短路。 2) 通信电源防护注意事项 进局电力电缆的防雷容易引起重视，而其他进出通信站的电力线常常被忽视，如照明路灯线、塔灯电力线、非通信设施租用通信电力线等。其他出局电力线应在防雷系统的保护范围内，否则应采取专门的防雷措施。 避雷器的防雷能力与安装方式有密切关系，主要是引线电感会产生额外的残压，应尽可能地缩短电力线与避雷器的连线和避雷器与接地汇接板连线的长度。 多级布置避雷器可减小引线电感带来的额外残压，因为前级避雷器已将大部分雷电流泄放入地，在后级的避雷器只泄放少部分雷电流，雷电流的减小必然导致引线上的附加残压减小。为保证避雷器由前到后顺序泄放，避雷器的动作电压应是后级不高于前级。避雷器之间的电力电缆长度不小于15m 。 |
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