通信防雷与接地—理论剖析

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1、通信接地与防雷 主要内容 v 接地的必要性； v 接地系统的组成； v 接地系统常用的材料； v 接地系统的作用； v 接地系统的分类； v 接地电阻； v 接地体及其施工方法。 接地的必要性 v 接地系统是通信电源系统的重要组成部分，它不仅直接影 响通信的质量和电源系统的正常运行，还起到保护人身安 全和设备安全的作用。 v 在通信局站中，接地技术牵涉到各个专业的通信设备、电 源设备和房屋建筑等方面。我们主要研究通信和电力设备 接地技术问题，至于房屋建筑避雷防护等接地要求，则应 遵照相关专业的规定。 v 在通信局站中，通信和电源设备由于以下原因需要接地： 接地的必要性 v 设备的工作接地 为射

2、频电流提供均匀和稳定的导体，稳定电路的对地电 位，为瞬态功率噪声提供天然的排泄途径。 v 设备的保护接地 保护接地是为防止绝缘损坏造成设备带电危及人身安全 ，消除机壳上的静电和高频电位。 v 防雷接地 为雷电流提供排泄入地的通路，保护设备和人身避免因 雷电放电造成的危害。GSM站点及设备位置较高，更需 要防雷保护。 接地的必要性 v 交流三相四线制中性点接地 在交流电力系统中，将三相四线制的中性点接地，并采 用接零保护，以便在发生接地故障时迅速将设备切断。也 可以降低人体可能触及的最高接触电压，降低电气设备和 输电线路对地的绝缘水平。 接地系统的组成 v 地 接地系统中所指的地，即一般的土地，

3、不过它有导电的 特性，并具有无限大的容电量，可以用来作为良好的参考 电位。 v 接地体（Earthing Body） 埋入地下并直接与大地接触的导体（包括：垂直接地体 、水平接地体、泄流板）。 环形接地装置 (Earthing ring) 围绕移动通信基站机房四周，按规定深度埋设于 地下的封闭环形接地体(含水平接地体和垂直接地体 )。 地网 (Earthing net) 由水平接地体或由水平接地体和垂直接地体联合、 按照一定要求组合的、周边封闭的网格状接地体。 接地系统的组成 v 接地引入线 把接地电极连接到地线盘（或地线汇流排）上去的 导线。在室外与土地接触的接地电极之间的连接导线则形 成接

4、地电极的一部分，不作为接地引入线。 v 地线排(或地线汇流排) 专供接地引入线汇集连接的小型配电板或母线汇接排 。 v 接地配线 把必须接地的各个部分连接到地线盘或地线汇流排 上去的导线。由以上接地体、接地引入线、地线排或接地 汇接排、接地配线组成的总体称为接地系统。电气设备或 金属部件对一个接地连接称为接地。 接地系统常用的材料 v 接地体（Earthing Body） 水平接地体（Earthing Horizontal Bar）： 404mm镀锌扁钢，或 253mm 铜条，长度由需要 定。 垂直接地体(Earthing Vertical Rod)： 50505 mm镀锌角钢，长度一般为：2

5、000 2500mm。 或 503.5mm镀锌钢管，长度一般为： 20002500mm。 铁塔用的泄流板(Earthing Plate)： 120060010mm镀锌钢板 或6006006mm铜板 接地系统常用的材料 v 接地引入线（Earthing Leadin） 404mm镀锌扁钢（我国用），长度由需要定。 或95mm2的铜导线（西方用），长度由需要定。 v 接地排 （Earthing Bar） 一般采用截面不小于120mm2的铜排（常用、首选），或 一段具有相同截面的镀锌扁钢 v 设备地线（Equipment Earthing Cable ） 保护接地线采用3595mm2多股铜导线，推荐

6、使用 50mm2多股铜导线。 接地系统的作用 v 通信局站蓄电池正极或负极接地的作用 电话局蓄电池组48或24V系正极接地，其原因是减 少由于继电器或电缆金属外皮绝缘不良时产生的电蚀作用 ，因而使继电器和电缆金属外皮受到损坏。因为在电蚀时 ，金属离子在化学反应下是由正极向负极移动的。继电器 线圈和铁芯之间的绝缘不良，就有小电流i流过，电池组 负极接地时，线圈的导线有可能蚀断。反之，如电池组正 极接地，虽然铁芯也会受到电蚀，但线圈的导线不会腐蚀 ，铁芯的质量较大，不会招致可察觉的后果。正极接地也 可以使外线电缆的芯线在绝缘不良时免受腐蚀。 v 保护人身和设备安全 接地系统的作用 v 触电对人体的

7、危险性 根据研究认为，流经人体的电流，当交流在15到20mA 以下或直流在50mA以下时，对人身不发生危险，因为这 对大多数人来说，是可以不需别人帮助而自行摆脱带电体 的。但是即使是这样大小的电流，如长时间地流经人体， 依然是会有生命危险的。 根据环境条件的不同，我国规定的安全电压值为： 在没有高度危险的建筑物中为65V； 在高度危险的建筑物中为36V； 在特别危险的建筑物中为12V。 接地系统的作用 根据多次的试验证明：100mA左右的电流流经人体时 ，毫无疑问是要使人致命的。容许通过心脏的电流与 流经电流时间的平方根成正比，其关系为： 式中T为秒。 接地系统的作用 v 保护接地的作用 以上

8、谈到触电的危险性，为了避免触电事故，需要采取 各种安全措施，而其中最简单有效和可靠的措施是采用接 地保护。就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分 与接地体之间作良好的金属连接。 在讨论保护接地时，先对接触电压和跨步电压的概念， 加以说明。 接触电压 在接地电流回路上，一人同时触及的两点间所呈现的电位 差，称为接触电压。接触电压在愈接近接地体处时其值则 愈小，距离接地体或碰地处愈远时则愈大。在距接地体处 或碰地处约20m以外的地方，接触电压最大，可达电气设 备的对地电压。 接地系统的作用 跨步电压 当电气设备碰壳或交流电一相碰地时，则有电流向接地体 或着地点四周流散出去，而在地面上呈现出不同

9、的电位分 布，当人的两脚站在这种带有不同电位的地面上时，两脚 间呈现的电位差叫跨步电压。 保护接地的作用如下： 如未设保护接地时，人体触及绝缘损坏的电机外壳 时，由于线路与大地间存在电容，或线路上某处绝缘不好 ，如果人体触及此绝缘损坏的电气设备外壳，则电流就经 人体而成通路，这样就会遭受触电的危害。 有接地措施的电气设备。当绝缘损坏外壳带电时， 接地短路电流将同时沿着接地体和人体两路通路流过。流 过每一条通路的电流值将与其电阻的大小成反比。即 接地系统的作用 式中 Id沿接地体流过的电流； IR流经人体的电流； rR人体的电阻； rd接地体的接地电阻。 从上式中可以看出，接地体电阻愈小，流经人

10、体的电流也 就愈小。通常人体的电阻比接地体电阻大数百倍，所以流 经人体的电流也就比流经接地体的电流小数百倍。当接地 电阻极为微小时，流经人体的电流几乎等于零，也就是 IR0。因而，人体就能避免触电的危险。 接地系统的作用 v 接零的作用 在通信局站中，220/380V交流电源，采用中性点直接 接地的系统，电力设备的外壳一般均采用接零的方法 ，即TN系统中接零型式。 在三相TN系统中，只所以采用接零的方法，是因为电 压在1000V以上中性点接地良好系统中，无论电气设 备采取保护接地与否，均不能防止人体遭受触电的危 险，以及短路电流达不到保证保护设备可靠地动作， 即短路电流达不到自动开关整定电流的

11、1.5倍或熔断器 额定电流的4倍，故采用接零保护。 常用交流供电系统分为TN-C系统（三相四线制）和 TNS（三相五线制）系统等。 接地系统的作用 v 重复接地的作用 在TN系统中要求电源系统有直接接地点，我国强调重 复接地，以防止因保护线断线而造成的危害，增设重 复接地是有作用的。 水电部电力设备接地设计技术规程（SDJ879） 第22条规定：在中性点直接接地的低压电力网中，零 线应在电源处接地。电缆和架空线在引入车间或 大型建筑物处零线应重复接地（但距接地点不超过 50m者除外），或在室内将零线与配电屏、控制屏的 接地装置相连。 接地系统的分类 v 直流接地系统 按照性质和用途的不同，直流

12、接地系统可分为工作接地 和保护接地两种，工作接地用于通信设备和直流通信电源 设备的正常工作，而保护接地则用于保护人身和设备的安 全。 下列部分接到直流接地系统上： 蓄电池组的正极或负极（不接地系统除外）； 通信设备的机架； 总配线架的铁架； 通信电缆的金属隔离层； 通信线路的保安器； 程控交换机室防静电地面。 接地系统的分类 v 交流接地系统 交流接地系统用于由市电和油机发电设备供电的设备， 也可以分为工作接地和保护接地两种。在接地的交流电力 系统中，如380/220V三相TN制供电系统，其中性点必须 接地组成接零系统，作为工作接地，同时具有保护人身安 全作用。 接地系统的分类 下列部分接到交

13、流接地系统上： 1、380/220V三相TN制电力网的中性点： 2、变压器、电机、整流器、电器和携带式用电器具等的底座 和外壳； 3、互感器的二次绕组； 4、配电屏与控制屏的框架； 5、室内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土框架以及靠近带 电部分的金属围栏和金属门。 6、交直流电力电缆和控制电缆的接线盒、终端盒和外壳和电 缆的金属护套、穿线的钢管等。 7、微波天线塔的铁架。 在中性点直接接地的低压电力网中，重复接地也是 交流接地系统的一部分。 接地系统的分类 v 测量接地系统 在较大型的通信局站工程中，为了测量直流地线的接地 电阻，设置固定的接地体和接地引入线，单独作为测试仪 表的辅助接地用。

14、v 防雷接地系统 为了防止建筑物或通信设施受到直击雷、雷电感应和沿 管线传入的高电位等引起的破坏性后果，而采取把雷电流 安全泄掉的接地系统，有关建筑物和通信线路等设施的防 雷接地，应遵照相关专业的规定设计。 接地系统的分类 v 联合接地 在通信系统工程设 计中，通信设备受到雷 击的机会较多，需要在 受到雷击时使各种设备 的外壳和管路形成一个 等电位面，而且在设备 结构上都把直流工作接 地和天线防雷接地相连 ，无法分开，故而局站 机房的工作接地、保护 接地和防雷接地合并设 在一个接地系统上，形 成一个合设的接地系统 ,系统结构如图所示。 图1 接地系统结构示意图 接地系统的分类 在按分设的原则设

15、计的接地系统中，往往存在 下列问题： 有些微波机，直流接地、交流保护接地和防雷接地 不能分开； 交流电源设备外壳的交流保护接地线和直流接地由 于走线架、铅包电缆等连接，也难于分开； 由于随机的和无法控制的连接，并由于大电流的耦 合，各种接地极常常是不可能确保分开的。 因为与不同的接地极相连接的各部分之间有可能产 生电位差，故有着火和危害人的生命的危险。 接地电阻 v 概念 接地装置的接地电阻是指电气设备接地部分的对地电压 与接地电流之比。 v 接地系统的电阻 接地系统的电阻是以下几部分电阻的总和： （1）土壤电阻； （2）土壤电阻和接地体之间的接触电阻； （3）接地体本身的电阻； （4）接地引

16、入地线、地线盘或接地汇流排、接地汇集线和接地 线的电阻。影响接地电阻的主要因素是土壤电阻。 接地电阻 v 土壤电阻率 土壤的电阻率是衡量土壤电阻大小的物理量，是表示土壤 导电状况的一个重要参数。表示符号为，单位为m或 cm。土壤的电阻率主要与以下因素有关。 不同的土质的土壤电阻率 土壤的类型对电阻起重要的作用，不同的土质，土壤电阻 率不同。 含水量对土壤电阻率的影响 影响土壤电阻率最主要因素是土壤含水量。含水量增加， 土壤的电阻率急剧下降，当土壤含水量达到一定程度（ 20%25%以上）时，电阻率呈饱和状态，将保持稳定 。 接地电阻 温度对土壤电阻率的影响 土壤电阻率随着温度的下降而升高。在摄氏零度以下时 ，土壤中的水分开始结冰，电阻率随着温度下降急剧上 升。 季节对土壤电阻率的影响 一般冬季土壤电阻率最大，夏季最小。 化学成份对土壤电阻率的影响 当土