通信防雷與接地—理論

1、通信接地與防雷通信接地與防雷 主要內(nèi)容主要內(nèi)容v 接地的必要性；v 接地系統(tǒng)的組成；v 接地系統(tǒng)常用的材料；v 接地系統(tǒng)的作用；v 接地系統(tǒng)的分類；v 接地電阻；v 接地體及其施工方法。接地的必要性接地的必要性 v 接地系統(tǒng)是通信電源系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅直接影響通信的質(zhì)量和電源系統(tǒng)的正常運行，還起到保護人身安全和設備安全的作用。v 在通信局站中，接地技術牽涉到各個專業(yè)的通信設備、電源設備和房屋建筑等方面。我們主要研究通信和電力設備接地技術問題，至于房屋建筑避雷防護等接地要求，則應遵照相關專業(yè)的規(guī)定。 v 在通信局站中，通信和電源設備由于以下原因需要接地：接地的必要性接地的必要性v 設備的

2、工作接地 為射頻電流提供均勻和穩(wěn)定的導體，穩(wěn)定電路的對地電位，為瞬態(tài)功率噪聲提供天然的排泄途徑。v 設備的保護接地 保護接地是為防止絕緣損壞造成設備帶電危及人身安全，消除機殼上的靜電和高頻電位。v 防雷接地 為雷電流提供排泄入地的通路，保護設備和人身避免因雷電放電造成的危害。GSM站點及設備位置較高，更需要防雷保護。接地的必要性接地的必要性v 交流三相四線制中性點接地 在交流電力系統(tǒng)中，將三相四線制的中性點接地，并采用接零保護，以便在發(fā)生接地故障時迅速將設備切斷。也可以降低人體可能觸及的最高接觸電壓，降低電氣設備和輸電線路對地的絕緣水平。接地系統(tǒng)的組成接地系統(tǒng)的組成 v 地 接地系統(tǒng)中所指的地

3、，即一般的土地，不過它有導電的特性，并具有無限大的容電量，可以用來作為良好的參考電位。v 接地體（Earthing Body） 埋入地下并直接與大地接觸的導體（包括：垂直接地體、水平接地體、泄流板）。 環(huán)形接地裝置 (Earthing ring) 圍繞移動通信基站機房四周，按規(guī)定深度埋設于 地下的封閉環(huán)形接地體(含水平接地體和垂直接地體 )。 地網(wǎng) (Earthing net) 由水平接地體或由水平接地體和垂直接地體聯(lián)合、 按照一定要求組合的、周邊封閉的網(wǎng)格狀接地體。接地系統(tǒng)的組成接地系統(tǒng)的組成v 接地引入線 把接地電極連接到地線盤（或地線匯流排）上去的導線。在室外與土地接觸的接地電極之間的連

4、接導線則形成接地電極的一部分，不作為接地引入線。v 地線排(或地線匯流排) 專供接地引入線匯集連接的小型配電板或母線匯接排。v 接地配線 把必須接地的各個部分連接到地線盤或地線匯流排上去的導線。由以上接地體、接地引入線、地線排或接地匯接排、接地配線組成的總體稱為接地系統(tǒng)。電氣設備或金屬部件對一個接地連接稱為接地。 接地系統(tǒng)常用的材料接地系統(tǒng)常用的材料 v 接地體（Earthing Body） 水平接地體（Earthing Horizontal Bar）： 404mm鍍鋅扁鋼，或 253mm 銅條，長度由需要 定。 垂直接地體(Earthing Vertical Rod)： 50505 mm鍍鋅

5、角鋼，長度一般為：2000 2500mm。 或 503.5mm鍍鋅鋼管，長度一般為： 20002500mm。 鐵塔用的泄流板(Earthing Plate)： 120060010mm鍍鋅鋼板 或6006006mm銅板接地系統(tǒng)常用的材料接地系統(tǒng)常用的材料v 接地引入線（Earthing Leadin） 404mm鍍鋅扁鋼（我國用），長度由需要定。 或95mm2的銅導線（西方用），長度由需要定。v 接地排 （Earthing Bar） 一般采用截面不小于120mm2的銅排（常用、首選），或一段具有相同截面的鍍鋅扁鋼v 設備地線（Equipment Earthing Cable ） 保護接地線采用3

6、595mm2多股銅導線，推薦使用50mm2多股銅導線。 接地系統(tǒng)的作用接地系統(tǒng)的作用 v 通信局站蓄電池正極或負極接地的作用 電話局蓄電池組48或24V系正極接地，其原因是減少由于繼電器或電纜金屬外皮絕緣不良時產(chǎn)生的電蝕作用，因而使繼電器和電纜金屬外皮受到損壞。因為在電蝕時，金屬離子在化學反應下是由正極向負極移動的。繼電器線圈和鐵芯之間的絕緣不良，就有小電流i流過，電池組負極接地時，線圈的導線有可能蝕斷。反之，如電池組正極接地，雖然鐵芯也會受到電蝕，但線圈的導線不會腐蝕，鐵芯的質(zhì)量較大，不會招致可察覺的后果。正極接地也可以使外線電纜的芯線在絕緣不良時免受腐蝕。 v 保護人身和設備安全 接地系統(tǒng)

7、的作用接地系統(tǒng)的作用v 觸電對人體的危險性 根據(jù)研究認為，流經(jīng)人體的電流，當交流在15到20mA以下或直流在50mA以下時，對人身不發(fā)生危險，因為這對大多數(shù)人來說，是可以不需別人幫助而自行擺脫帶電體的。但是即使是這樣大小的電流，如長時間地流經(jīng)人體，依然是會有生命危險的。根據(jù)環(huán)境條件的不同，我國規(guī)定的安全電壓值為：在沒有高度危險的建筑物中為65V；在高度危險的建筑物中為36V；在特別危險的建筑物中為12V。 接地系統(tǒng)的作用接地系統(tǒng)的作用 根據(jù)多次的試驗證明：100mA左右的電流流經(jīng)人體時，毫無疑問是要使人致命的。容許通過心臟的電流與流經(jīng)電流時間的平方根成正比，其關系為： 式中T為秒。 I116T

8、(mA)接地系統(tǒng)的作用接地系統(tǒng)的作用v 保護接地的作用 以上談到觸電的危險性，為了避免觸電事故，需要采取各種安全措施，而其中最簡單有效和可靠的措施是采用接地保護。就是將電氣設備在正常情況下不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接。 在討論保護接地時，先對接觸電壓和跨步電壓的概念，加以說明。接觸電壓 在接地電流回路上，一人同時觸及的兩點間所呈現(xiàn)的電位差，稱為接觸電壓。接觸電壓在愈接近接地體處時其值則愈小，距離接地體或碰地處愈遠時則愈大。在距接地體處或碰地處約20m以外的地方，接觸電壓最大，可達電氣設備的對地電壓。 接地系統(tǒng)的作用接地系統(tǒng)的作用跨步電壓 當電氣設備碰殼或交流電一相碰地時，則有電

9、流向接地體或著地點四周流散出去，而在地面上呈現(xiàn)出不同的電位分布，當人的兩腳站在這種帶有不同電位的地面上時，兩腳間呈現(xiàn)的電位差叫跨步電壓。 保護接地的作用如下保護接地的作用如下： 如未設保護接地時，人體觸及絕緣損壞的電機外殼時，由于線路與大地間存在電容，或線路上某處絕緣不好，如果人體觸及此絕緣損壞的電氣設備外殼，則電流就經(jīng)人體而成通路，這樣就會遭受觸電的危害。 有接地措施的電氣設備。當絕緣損壞外殼帶電時，接地短路電流將同時沿著接地體和人體兩路通路流過。流過每一條通路的電流值將與其電阻的大小成反比。即 接地系統(tǒng)的作用接地系統(tǒng)的作用式中Id沿接地體流過的電流；IR流經(jīng)人體的電流；rR人體的電阻；rd

10、接地體的接地電阻。 從上式中可以看出，接地體電阻愈小，流經(jīng)人體的電流也就愈小。通常人體的電阻比接地體電阻大數(shù)百倍，所以流經(jīng)人體的電流也就比流經(jīng)接地體的電流小數(shù)百倍。當接地電阻極為微小時，流經(jīng)人體的電流幾乎等于零，也就是IR0。因而，人體就能避免觸電的危險。 IIrrRddR接地系統(tǒng)的作用接地系統(tǒng)的作用v 接零的作用在通信局站中，220/380V交流電源，采用中性點直接接地的系統(tǒng)，電力設備的外殼一般均采用接零的方法，即TN系統(tǒng)中接零型式。在三相TN系統(tǒng)中，只所以采用接零的方法，是因為電壓在1000V以上中性點接地良好系統(tǒng)中，無論電氣設備采取保護接地與否，均不能防止人體遭受觸電的危險，以及短路電流

11、達不到保證保護設備可靠地動作，即短路電流達不到自動開關整定電流的1.5倍或熔斷器額定電流的4倍，故采用接零保護。常用交流供電系統(tǒng)分為TN-C系統(tǒng)（三相四線制）和TNS（三相五線制）系統(tǒng)等。 接地系統(tǒng)的作用接地系統(tǒng)的作用v 重復接地的作用在TN系統(tǒng)中要求電源系統(tǒng)有直接接地點，我國強調(diào)重復接地，以防止因保護線斷線而造成的危害，增設重復接地是有作用的。水電部電力設備接地設計技術規(guī)程（SDJ879）第22條規(guī)定：在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，零線應在電源處接地。電纜和架空線在引入車間或大型建筑物處零線應重復接地（但距接地點不超過50m者除外），或在室內(nèi)將零線與配電屏、控制屏的接地裝置相連。 接地系統(tǒng)

12、的分類接地系統(tǒng)的分類 v 直流接地系統(tǒng) 按照性質(zhì)和用途的不同，直流接地系統(tǒng)可分為工作接地和保護接地兩種，工作接地用于通信設備和直流通信電源設備的正常工作，而保護接地則用于保護人身和設備的安全。下列部分接到直流接地系統(tǒng)上：蓄電池組的正極或負極（不接地系統(tǒng)除外）；通信設備的機架；總配線架的鐵架；通信電纜的金屬隔離層；通信線路的保安器；程控交換機室防靜電地面。 接地系統(tǒng)的分類接地系統(tǒng)的分類v 交流接地系統(tǒng) 交流接地系統(tǒng)用于由市電和油機發(fā)電設備供電的設備，也可以分為工作接地和保護接地兩種。在接地的交流電力系統(tǒng)中，如380/220V三相TN制供電系統(tǒng)，其中性點必須接地組成接零系統(tǒng)，作為工作接地，同時具有

13、保護人身安全作用。 接地系統(tǒng)的分類接地系統(tǒng)的分類 下列部分接到交流接地系統(tǒng)上： 1、380/220V三相TN制電力網(wǎng)的中性點： 2、變壓器、電機、整流器、電器和攜帶式用電器具等的底座 和外殼； 3、互感器的二次繞組； 4、配電屏與控制屏的框架； 5、室內(nèi)外配電裝置的金屬構架和鋼筋混凝土框架以及靠近帶 電部分的金屬圍欄和金屬門。 6、交直流電力電纜和控制電纜的接線盒、終端盒和外殼和電 纜的金屬護套、穿線的鋼管等。 7、微波天線塔的鐵架。 在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，重復接地也是交流接地系統(tǒng)的一部分。 接地系統(tǒng)的分類接地系統(tǒng)的分類v 測量接地系統(tǒng) 在較大型的通信局站工程中，為了測量直流地線的接

14、地電阻，設置固定的接地體和接地引入線，單獨作為測試儀表的輔助接地用。 v 防雷接地系統(tǒng) 為了防止建筑物或通信設施受到直擊雷、雷電感應和沿管線傳入的高電位等引起的破壞性后果，而采取把雷電流安全泄掉的接地系統(tǒng)，有關建筑物和通信線路等設施的防雷接地，應遵照相關專業(yè)的規(guī)定設計。 接地系統(tǒng)的分類接地系統(tǒng)的分類v 聯(lián)合接地 在通信系統(tǒng)工程設計中，通信設備受到雷擊的機會較多，需要在受到雷擊時使各種設備的外殼和管路形成一個等電位面，而且在設備結構上都把直流工作接地和天線防雷接地相連，無法分開，故而局站機房的工作接地、保護接地和防雷接地合并設在一個接地系統(tǒng)上，形成一個合設的接地系統(tǒng),系統(tǒng)結構如圖所示。 圖1 接

15、地系統(tǒng)結構示意圖 接地系統(tǒng)的分類接地系統(tǒng)的分類 在按分設的原則設計的接地系統(tǒng)中，往往存在下列問題： 有些微波機，直流接地、交流保護接地和防雷接地不能分開； 交流電源設備外殼的交流保護接地線和直流接地由于走線架、鉛包電纜等連接，也難于分開； 由于隨機的和無法控制的連接，并由于大電流的耦合，各種接地極常常是不可能確保分開的。 因為與不同的接地極相連接的各部分之間有可能產(chǎn)生電位差，故有著火和危害人的生命的危險。 接地電阻接地電阻 v 概念 接地裝置的接地電阻是指電氣設備接地部分的對地電壓與接地電流之比。v 接地系統(tǒng)的電阻 接地系統(tǒng)的電阻是以下幾部分電阻的總和：（1）土壤電阻；（2）土壤電阻和接地體之

16、間的接觸電阻；（3）接地體本身的電阻；（4）接地引入地線、地線盤或接地匯流排、接地匯集線和接地線的電阻。影響接地電阻的主要因素是土壤電阻。接地電阻接地電阻v 土壤電阻率 土壤的電阻率是衡量土壤電阻大小的物理量，是表示土壤導電狀況的一個重要參數(shù)。表示符號為，單位為m或cm。土壤的電阻率主要與以下因素有關。 不同的土質(zhì)的土壤電阻率土壤的類型對電阻起重要的作用，不同的土質(zhì)，土壤電阻率不同。 含水量對土壤電阻率的影響影響土壤電阻率最主要因素是土壤含水量。含水量增加，土壤的電阻率急劇下降，當土壤含水量達到一定程度（20%25%以上）時，電阻率呈飽和狀態(tài)，將保持穩(wěn)定。接地電阻接地電阻 溫度對土壤電阻率的影

17、響 土壤電阻率隨著溫度的下降而升高。在攝氏零度以下時，土壤中的水分開始結冰，電阻率隨著溫度下降急劇上升。 季節(jié)對土壤電阻率的影響 一般冬季土壤電阻率最大，夏季最小。 化學成份對土壤電阻率的影響 當土壤中含有鹽、酸、堿成分時，電阻率會顯著下降。 物理性質(zhì)對土壤電阻率的影響 土壤中的物理因素可使電流密度分布的情況改變，尤以含有金屬成份的影響最大。此外，土壤本身的顆粒越緊密，電阻率就越低。接地電阻接地電阻v 人工降低接地電阻的方法 采用人工降低接地電阻的辦法即增大地網(wǎng)面積、置換土壤、埋深電極、使用降阻劑、地網(wǎng)外引到附近土壤電阻率較低的地帶等方法來改善接地條件。 換土法 層疊法 化學降阻劑法v化學降阻

18、劑的種類很多，可以分為兩大類：高分子樹脂類和無機化合物類。接地體及其施工方法接地體及其施工方法 v 單根接地棒 組成 只有一根垂直接地體(或叫接地棒)的系統(tǒng)。 施工方法 挖一個90cm深的坑，將一根50505 2500mm的鍍鋅角鋼（一端削尖），打入坑底土層，上端預留20cm，焊接接地引入線404mm鍍鋅扁鋼，焊縫長度應為扁鋼長邊的兩倍，焊接部位作防腐處理。然后夯填90cm的土，即埋深為70cm。 測試接地電阻。接地體及其施工方法接地體及其施工方法 接地電阻計算： 上式中：R接地電阻（） 平均電阻率（.cm） L接地體的長度（cm） r 接地體的等效半徑（cm） k 接地體面積與埋深關系的系數(shù)，在0.91.4 之間取值v 單根接地棒的局限在于：地