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1、通信局（站）在用防雷系统的等电位连接研究论述文 2008-06-26 10:12:19 阅读94 评论0 字号：大中小订阅 (由于篇幅较长,在这里图和案例就不展开了,希望各博友批评和指正)摘要】本文依据IEC有关防雷标准IEC1312-1和国家有关防雷标准GB50057-1994（2000版）及YD/T1429-2006，对通信局（站）等电位连接中等问题逐一进行了阐述，并提出了有效和可靠的解决方案。【关键词】接地、等电位、等电位连接一、引言我国每年由雷电袭击所造成的直接经济损失高达35亿元人民币以上，而由此产生的间接损失和严重后果更是难以估量。其中网络电子设备的损失程度、涉及范围都相当大。直击
2、雷和感应雷可能会通过电源电缆线和电信通讯线路的架空或直埋方式进入建筑物内，冲击各种电子设备。随着通信技术的发展，通信局（站）内几乎无不设有复杂程度不同的微电子设备和计算机系统，而现代的电信设备对雷电较敏感，这样雷害问题就日益凸显出来。日常常见的通信局（站）类型有综合通信大楼、交换局、移动通信基站等。通信局（站）的接地在通信防护中起着非常重要的基础作用，等电位连接是防雷工程的一项极为重要的措施，整个工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取决于此。在用于通信局（站）的设备中，接地问题一直受到广大设计、建设和使用部门的格外重视。但是，通信局（站）频繁遭雷击损坏的事故中，仍有相当部分是因等电位连接不
3、当所致，严重影响了通信畅通和设备及人身安全，甚至给社会生产和人民生活带来不和谐的因素。二、等电位和等电位连接概念2.1 等电位等电位在物理学中是一个基本概念，它是电磁场理论中静电学范畴内一个理想化的产物。等电位在防雷领域和电磁场理论中是完全不同的两个物理概念，从防雷的角度看，通信局(站)防雷接地系统在未遇雷击和其他外界过电压情况下，可视为一个等位体。在发生雷击的情况下，整个接地系统的不同部位之间及与之相连的设备、金属物间有电位差，电位差的大小与雷击的强度，接地体的大小、结构，接地体所处的环境，雷电流的泄放途径在接地体上泄放的位置等因素有关。根据电磁场理论，防雷接地系统已经不是等电位体了。由此，
4、无论是作为地下等电位网的联合接地系统，还是地上由建筑物内钢筋、铁塔、机房内金属构件等组成的立体等电位网，瞬间在载体上产生的电位都是不等的。2.2 等电位连接等电位连接就是把建筑物内附近的所有金属物，如建筑物的基础钢筋、自来水管、煤气管及其金属屏蔽层，电力系统的零线、建筑物的接地系统，用电气连接的方法连接起来使整座建筑物成为一个良好的等电位体。配置有信息系统的机房内的电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、计算机直流地、防静电接地、屏蔽线外层、安全保护地及各种浪涌保护器等接地端均应以最短的距离就近与等电位网络可靠连接。2.3 两者关系和目的等电位的完成是靠等电位连接来实现的，是要通过可靠的电气连接
5、，以减小两个彼此分离的导体间的电位差。在防雷领域中提到的等电位、等电位连接，仅仅是一种工程手段。在雷击时只能趋向等电位，相对减小被连接体之间的电位差。完善和可靠的等电位连接目的就是为了防止设备与设备之间、系统与系统之间雷电流入侵造成的电位升高所产生的反击，最大限度地接近大地地电位，以确保人身与设备的安全。三、通信局（站）等电位连接的基本要求和作用3.1 联合接地通信局（站）内，应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式（图1）。3.2 共用接地共用接地是把需接地的各系统地网连接成一个统一的接地网。如机房地网、铁塔地网、配电变压器地网连接在一起（图2）。这是
6、两项最基本的通信局（站）等电位连接的要求，是整个立体防雷体系等电位网的基础，对于通信局（站）的防雷至关重要。3.3等电位连接的作用3.3.1 防雷击影响雷击保护IEC标准中指出，等电位连接是内部防雷措施的一部分。当雷击建筑物时，雷电传输有梯度，垂直相邻层金属构架节点上的电位差可能达到10kV量级，危险极大。将通信局（站）的各种设备金属外壳、金属管、电缆支架、金属线槽、电缆金属外皮、建筑物的钢筋网等金属体，就近与共用接地装置可靠连接，形成一个等电位连接网络，可防止直击雷、感应雷、或其他形式的雷，避免火灾、爆炸、生命危险和设备损坏。3.3.2 电磁干扰防护电磁干扰防护在供电系统故障或直击雷放电过程
7、中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物形成电磁感应，敏感电子设备处于其中，可以造成数据丢失、系统崩溃等。通常，屏蔽是减少电磁波破坏的基本措施，在机房系统分界面做的等电位连接。由于保证所有屏蔽和设备外壳之间实现良好的电气连接，最大限度减小了电位差，外部电流不能侵入系统，得以有效防护了电磁干扰。3.3.3 接地故障保护若相线发生完全接地短路，PE线上会产生出故障电压。有等电位连接后，与PE线连接的设备外壳及周围环境的电位都处于这个故障电压，因而不会产生电位差引起的电击危险。3.3.4 防止静电静电电量虽然不大，但电压很高，容易产生火花放电，引起火灾、爆炸或电击。等电位连接可以将静电电荷收集并传送到
8、接地网，从而消除和防止静电危害。需要说明的是，电火花或电弧虽不能立即引起火灾，但可能发生在电火花产生的一瞬间引起爆炸，且不能用切断电路的办法来防止，只能采用可靠的等电位连接避免产生电火花来防止爆炸。综上，由于电位反击很可能导致通信设备的一些接口引入过大的雷击过电压和过电流，即使接口部分有合理设计的防雷电路，但是由于电位反击的能量较大，通信设备本身的防雷电路在这种情况下不能有效防止设备遭受雷击损坏。等电位连接最根本的作用是为了防止通信局（站）内发生雷击时，不同的接地体之间产生电位反击。等电位连接还是防止人身遭受电击、发生电气火灾及电子设备抗电磁干扰的主要措施。四、通信局（站）遭雷击的原因及普遍存
9、在的问题4.1 很多通信局（站）经过多次扩容，未与原局内通信地网相连接，地网中原有通信机房工作接地、保护接地、建筑防雷地等都没按“均压等电位”的要求进行联合接地。4.2 有的移动基站铁塔高度超过了附近其它建筑物的高度，导致雷电通过铁塔放电的可能性增多，馈线（包括塔顶航空障碍信号灯馈线）没按规范接地或接地不符合要求，雷电从馈线引入机房。4.3 部分通信局（站）电源系统没有采取有效的防护措施或接地措施不合理，导致雷电从电源系统引入机房。4.4 通信局（站）内的通信信号电缆与电力电缆及其他管线达不到规定的安全距离，特别是建筑物楼顶上敷设的通信信号线、电力电缆或其他通信设施架设在避雷带上方，甚至捆扎在
10、避雷带上，而且没有采取有效的防护措施或接地措施，导致雷电从电缆等引入机房。4.5通信局（站）内接地分汇集线与设备相连的接地线线径过细，过长，部分设备设施没有接地，个别还采用裸导线作为接地线。4.6 有的通信局（站）多年未做定期的安全检查，接地线或接地引入线等被腐蚀，接点松动，甚至断开，以至接地电阻测试结果不合格。4.7 受到环境的限制，租借现有民用建筑方式越来越普遍，部分民用建筑的接地系统一般是不完善和不可靠的。这在客观上给接地的正确实施造成了很大困难。部分通信局（站）虽然做了独立的接地并自成体系，但未与民用建筑的地网相连接，发生雷击时，产生电位差，损坏民用建筑设施。以上对现行规范或规定的理解
11、、认识和执行不统一，未按“均压等电位”的要求进行联合接地的情况，是通信局（站）内产生电位差的主要原因。五、通信局（站）的防雷与等电位连接通信局（站）的防雷主要包括以下方面的内容：直击雷防护、等电位连接、屏蔽、综合布线、联合接地和安装各类SPD等。从防雷角度，等电位连接的目的在于减小需要防雷的空间内各金属物与系统之间的电位差，是整个防雷工程中最为重要措施。5.1 线路过电压、过电流损坏设备的原因及防护案例（在这里不展开了）雷击避雷针、避雷带、电源线、信号线产生感应过电压、过电流的现象是经常发生的。5.2 直击雷损坏设备的原因和防护案例（在这里不展开了）建筑物或防雷装置受雷击时，在雷电流通道上呈现
12、很高的冲击电压，可以击穿与邻近的导体之间的绝缘，如果建筑物内的电气设备、线缆和其它金属管线与防雷装置的距离不够时，它们之间就会产生剧烈放电。这种现象称之为反击。其结果可能引起电气设备和线缆绝缘破坏，金属管道烧穿，从而引起火灾、爆炸及电击等事故。5.3 电抗对电位的影响（在这里不展开了）1、由于接地导线的分布电感及线电阻在雷电流流过时，会造成接地导线上的寄存电感电压的现象，从而导致连接于该接地线上相互连网的设备因电位不等而受到损坏。电涌保护器安装的注意事项 1、第一级保护的电涌保护器应靠近建筑物的入户线的总等电位连接端子处，第二、三级保护的电涌保护器应尽量靠近被保护设备安装。设备与电涌保护器之间
13、建立等电位连接。 2、电涌保护器接至等电位连接的导线要尽可能短而直。即：电源用电涌保护器接线端子与相线或零线间的线长应不大于1m；其接地线截面积不小于16mm2的多股铜线，长度应不大于1m。数据信号线用电涌保护器的接地线截面积不小于2.5mm2的多股铜线，长度小于0.5m。5.4 光缆、天馈线与等电位接地5.4.1 光缆防雷接地在通信局（站）内由于光缆往往是在外部暴露空间架空走线，如果光缆加强芯和金属护层没有做接地处理，有的利用设备外壳接地，引入到分线盒的接地线线径过细，截面积小于4mm2的多股铜线。这些事例我们在通信局（站）现场勘察时很常见。雷击时光缆内的加强芯和金属护层可以感应非常高的雷击
14、过电压，加强芯和金属护层很可能对接地物体发生绝缘击穿，从而产生瞬间高温，严重时可以使光纤融化。具体要求： 1) 光缆加强芯和金属护层应在分线盒内可靠连接。2) 采用截面积不小于16mm2的多股铜线单独引到站内接地总汇流排或者与地网直接连接。5.4.2 天馈线的防雷接地铁塔上架设的同轴电缆馈线是感应雷的进入机房来源地，天馈线、电涌保护器的安装和等电位接地是一个很重要的问题，应符合规范规定中的要求。然而，部分通信局（站）室外无接地汇流排；进入机房入口处的馈线的金属外护层未按规范要求连接到室外汇流排接地，有的则连接在走线架上；有的馈线电涌保护器接地端子无接地线引入，形同虚设。具体要求： 1）铁塔金属
15、电气连接可靠，天馈线的金属外护层（包括塔顶航空障碍信号灯馈线的金属外护层）应在塔顶、离塔处和机房外侧分别做接地处理，机房外侧接地点应由馈线窗外的室外汇流排接地。高于60m的铁塔应在塔身中部增加接地点。2） 室外汇流排应直接与地网就近连接，接地线应尽量短直。同时馈线破口处必须做好防水处理。 3）经走线架上塔的馈线及同轴电缆，应在其转弯处上方0.51m范围内作良好接地。4）室外走线架始末两端均应和接地线、避雷带或地网连接。 5） 馈线进入机房后应安装馈线电涌保护器，馈线电涌保护器接地端子应就近引接到室外馈线窗外的室外汇流排上。5.5 防雷等电位与接地电阻值 联合接地可以解决防雷等电位问题，而对于正在运行的设备，接地电阻值的大小对其技术参数以及信号传输质量没有任何影响。即接地电阻值是大还是小，都不会影响到设备的正常工作。 从防雷保护角度上讲，接地电阻值是越小越好。这主要是因为接地系统流过雷电流时会使地电位升高，从而产生危险的接触电压和跨步电压。但是，同低的接地电阻值相比，正确的等电位连接措施显得更为重要。通过采用均衡大地电位、实施共用接地以及改进接地线敷设等方法，这样设备内部或设备之间没有危险的电位差出现，从而可以确保通信局（站）设备和人身的安全。六、租用民用建筑物实施等电位连接通信局（站）地网的概念在民用建筑中是不可能存在的，不同类别的建筑物使用的目的是不同的，明明是
