胡行會(huì)

1 概述

雷電是一種強(qiáng)烈的大氣放電現(xiàn)象,自古以來(lái)就是威脅人類生命財(cái)產(chǎn)的一大自然現(xiàn)象。近些年來(lái),隨著建筑智能化的迅速發(fā)展,建筑物內(nèi)信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)問(wèn)題日益受到關(guān)注并已成為整個(gè)建筑物防雷設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分,對(duì)防雷問(wèn)題也提出了更高、更苛刻的要求。直到今天,接地仍然是應(yīng)用最廣泛的并且無(wú)法替代的電氣安全措施之一。

通信機(jī)房配備著信息系統(tǒng)和各種電子設(shè)備,其過(guò)電壓耐受能力是有限的。當(dāng)雷電侵入波從戶外的電源線、信號(hào)線和各種金屬管道侵入建筑物后,很容易使室內(nèi)的電子設(shè)備損壞或造成永久性損傷,從而造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。雷電對(duì)通信設(shè)備具有很強(qiáng)的破壞性,在破壞形式上主要有直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波侵入和地電壓反擊等,尤以感應(yīng)雷為常見(jiàn)。

2 通信系統(tǒng)接地的作用

1)抑制噪聲。噪聲也就是電磁干擾,無(wú)處不在,只是強(qiáng)弱不同,或是對(duì)通信系統(tǒng)的影響程度不同而已。要想完全消除噪聲在實(shí)際中幾乎是不可能的,只能尋找一些降低噪聲的方法,盡可能地減少它的影響[1]。在通信系統(tǒng)中,消除或是減小電磁干擾涉及耦合路徑和接地系統(tǒng)的重要功能。

2)提供參考電位。一個(gè)電路只能有一個(gè)參考地,并以這個(gè)參考地來(lái)進(jìn)行電路分析。不允許有兩個(gè)參考地,因?yàn)樗鼈兇聿煌牡仉娢?會(huì)導(dǎo)致噪聲。

3)提供工作地。許多電子設(shè)備都要求1 Ω～5 Ω的直流接地電阻。接地電阻的大小是由接地極、接地體等材料共同決定的,還與具體接地點(diǎn)土壤的電特性有關(guān)。可靠、有效的接地可使通信系統(tǒng)更加可靠地工作。

3 通信綜合樓的防雷

3.1 防雷原則

1)外部保護(hù),即通過(guò)在建筑物上裝設(shè)接閃器(避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶)、引下線、接地裝置,將絕大部分雷電流直接引入地下地網(wǎng)泄散;2)內(nèi)部保護(hù)及過(guò)電壓保護(hù),即：阻塞沿電源線、數(shù)據(jù)線、電纜線引入的過(guò)電壓;3)過(guò)電壓保護(hù),即限制保護(hù)設(shè)備上浪涌過(guò)電壓幅值。這三道防線相互配合、各行其責(zé)、缺一不可。

3.2 通信樓的防雷保護(hù)系統(tǒng)

1)直擊雷保護(hù)系統(tǒng)。一定高度的金屬導(dǎo)體會(huì)使大氣電場(chǎng)畸變,這樣雷云就容易向該導(dǎo)體放電,且能量越大的雷就越容易被金屬導(dǎo)體吸引。接閃器防雷就是因?yàn)閷⒗纂娨蜃陨矶乐沽吮槐Ｗo(hù)物被雷電擊中。然后通過(guò)引下線將接閃器接閃的雷電流安全地導(dǎo)引入地。引下線一般不得少于兩根,并應(yīng)沿建筑物四周對(duì)稱均勻的布置。

2)感應(yīng)雷保護(hù)系統(tǒng)。感應(yīng)雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應(yīng)或靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的,其形成的幾率很高,且由于通信樓引出的各種纜線較多,加之樓內(nèi)設(shè)備大都采用了高集成度的微電子電路,故感應(yīng)雷對(duì)建通信樓內(nèi)的電氣設(shè)備,尤其是低壓電子設(shè)備威脅巨大,所以說(shuō)通信樓防雷主要是防壓感應(yīng)雷。

研究表明：雷云的靜電感應(yīng)引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應(yīng)引起的浪涌,因此感應(yīng)雷的破壞作用主要由靜電感應(yīng)引起。

3.3 建立聯(lián)合接地系統(tǒng),形成等電位防雷體系

所謂聯(lián)合接地,從功能來(lái)看,即將電子設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地、邏輯接地、屏蔽體接地、防靜電接地以及建筑物防雷接地等共用一組接地系統(tǒng)的接地方式,如圖1所示[3]。從建筑物的施工來(lái)看,即將建筑物的基礎(chǔ)鋼筋,梁柱鋼筋,金屬框架,建筑物防雷引下線等連接起來(lái),形成閉合良好接地的法拉第籠,將綜合通信樓內(nèi)各部分的交流工作地,安全保護(hù)地,直流工作地,防雷接地與建筑物法拉第籠良好連接,各點(diǎn)形成等電位,消除感應(yīng)過(guò)電壓產(chǎn)生的因素,如圖2所示。

處在防雷區(qū)的計(jì)算機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)的所有設(shè)備,均應(yīng)做等電位聯(lián)結(jié)。從等電位的角度出發(fā),地網(wǎng)只是一個(gè)電位基準(zhǔn)點(diǎn),不是絕對(duì)的零電位點(diǎn)。電位均衡聯(lián)結(jié),就是使導(dǎo)體良好的導(dǎo)電性聯(lián)結(jié),使它們達(dá)到電位相等,為雷電流提供低阻抗通道,以使它迅速泄流入地。

4 通信綜合樓電源的接地措施

對(duì)電源系統(tǒng)的防雷應(yīng)采取多重保護(hù)、層層設(shè)防的原則,一般來(lái)說(shuō),電源系統(tǒng)應(yīng)采取三級(jí)～四級(jí)的保護(hù)措施進(jìn)行防雷,即在電力引入通信樓的高壓端各相安裝大容量電源防浪涌保護(hù)器,作為第一級(jí)保護(hù),又稱為泄流保護(hù)級(jí)。一般要求該級(jí)電源保護(hù)器具備100 kA/相以上的最大沖擊容量,并要求限制電壓應(yīng)小于1 500 V。

在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電設(shè)備處安裝電壓開(kāi)關(guān)型防浪涌保護(hù)器(SPD),作為第二級(jí)保護(hù),又稱為過(guò)壓保護(hù)級(jí)。這些SPD對(duì)于通過(guò)了第一級(jí)保護(hù)的剩余浪涌能量進(jìn)行更完善地吸收,對(duì)于瞬態(tài)過(guò)電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的最大沖擊容量為45 kA/相以上,要求的限制電壓應(yīng)小于1 200 V。

在用電設(shè)備內(nèi)部電源部分使用一個(gè)內(nèi)置式的電源防浪涌保護(hù)器,作為第三級(jí)保護(hù),又稱為浪涌抑制級(jí),以達(dá)到完全消除微小的瞬態(tài)過(guò)電壓的目的。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的最大沖擊容量為 20 kA/相或更低一些,要求的限制電壓應(yīng)小于1 000 V。對(duì)以上三方面防雷建設(shè)的任何一方面的忽略,都可能導(dǎo)致機(jī)房雷擊事件的發(fā)生。

5 光纜、電纜的接地

1)進(jìn)入通信局站的光纜,若光纜中含有金屬加強(qiáng)筋和鋼帶愷裝層,則加強(qiáng)筋和鋼帶愷裝層在機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)可靠的連接到機(jī)房的保護(hù)接地排。

2)所有進(jìn)出局站的線纜都應(yīng)采用埋地敷設(shè)方式,并應(yīng)選用具有金屬外護(hù)套的電纜。對(duì)于長(zhǎng)途架空明線進(jìn)局的線纜,應(yīng)在進(jìn)入室內(nèi)之前至少20 m處改換成埋地電纜。如果采用普通的雙絞線或多芯電線,應(yīng)將它們穿過(guò)埋地的鐵管后進(jìn)局。電纜的金屬外護(hù)套或鐵管兩端應(yīng)分別就近與防雷的接地裝置相連。在上述電纜與架空線連接處應(yīng)加裝浪涌保護(hù)器。保護(hù)器的連接線應(yīng)盡可能短,其接地端應(yīng)就近與電纜的屏蔽層以及桿塔的接地導(dǎo)體相連。

3)所有進(jìn)出建筑物的線纜應(yīng)考慮加裝浪涌保護(hù)器。

4)從電磁兼容(EMC)的觀點(diǎn)來(lái)看,保護(hù)器最好安裝于線纜在建筑物的入口處,但考慮到實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和安裝的方便,建議將保護(hù)器安裝于被保護(hù)設(shè)備附近,保護(hù)器的連接線應(yīng)盡可能短,其接地端應(yīng)就近與地網(wǎng)及電纜的屏蔽層相連。電纜內(nèi)的空線對(duì)也應(yīng)與屏蔽層及保護(hù)器的接地端相連。

5)在雷擊建筑物或其附近時(shí),電力線、通信線等盡可能采用屏蔽電纜,屏蔽層兩端都應(yīng)接地。

6)在局站范圍內(nèi),嚴(yán)禁布放架空線纜。相鄰建筑物間的電力線、通信線等應(yīng)采用屏蔽線或穿過(guò)金屬管埋地走線,其屏蔽層或金屬管應(yīng)分別接在兩個(gè)地網(wǎng)以及建筑物的進(jìn)/出口處。

7)未用的用戶外線電纜應(yīng)在配線架處做接地處理。

6 通信機(jī)房接地系統(tǒng)的幾個(gè)誤區(qū)

1)有人認(rèn)為,為了保護(hù)通信設(shè)備免受雷擊,設(shè)備的接地就應(yīng)該采取單獨(dú)的“通信地”,需要和建筑物的防雷接地分開(kāi)。實(shí)際上,各種相關(guān)規(guī)范規(guī)定,通信設(shè)備的接地、保護(hù)接地和建筑物防雷接地應(yīng)共用一個(gè)地網(wǎng),即采用聯(lián)合接地的方式。實(shí)踐證明,同一個(gè)機(jī)房的兩個(gè)分開(kāi)地網(wǎng)之間并非孤立,分開(kāi)接地也是造成地電位反擊的根本原因。

2)也有人認(rèn)為,埋在地下的金屬構(gòu)件都是自然接地體,甚至將暖氣管道、電桿拉線等當(dāng)作自然接地體。實(shí)際上,所謂自然接地體,是指與大地有可靠接觸的金屬導(dǎo)體,應(yīng)有足夠的散流面積和深度,并且其接地電阻值不應(yīng)大于5 Ω。

3)終端設(shè)備接地是接交流電源線的專用地線還是接機(jī)房的接地排,通常,機(jī)房?jī)?nèi)的用電設(shè)備不能以交流電源線的中性線作保護(hù)地線(PE線),在建筑物內(nèi),交流電源中的PE線應(yīng)和樓內(nèi)各種接地排的接地最終共用同一個(gè)接地網(wǎng)。所以,在建筑物內(nèi),PE線和機(jī)房的接地排從原理上沒(méi)有本質(zhì)差別。在防雷方面,將終端設(shè)備斷開(kāi)PE線,通過(guò)機(jī)房接地排作為保護(hù)接地,可以實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和主設(shè)備之間的等電位聯(lián)結(jié),防雷效果較好。

7 結(jié)語(yǔ)

在通信工程中,防雷與接地系統(tǒng)往往被忽視,但其實(shí)它是保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行及人身安全保障的重要環(huán)節(jié)。新建綜合通信大樓與改擴(kuò)建大樓中,都應(yīng)參照?qǐng)?zhí)行聯(lián)合接地方式,認(rèn)真細(xì)致的做好防雷和接地工作。

[1] 吳薛紅,濮天偉,廖德利.防雷與接地技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[2] YD 5098-2005,通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 沈稼樹(shù).對(duì)實(shí)施聯(lián)合接地方式的探討[J].通信電源技術(shù),1997(3)：34-38.

[4] 黃仲開(kāi).淺談接地工作的施工誤區(qū)[J].山西建筑,2008,34(12)：189-190.