通信工程接地及防雷

1、通信工程中的接地與防雷探討通信工程中的接地與防雷探討四川公眾通信建設監(jiān)理公司四川公眾通信建設監(jiān)理公司康忠學康忠學2009-4 歡迎各位專家、學者、同仁參加歡迎各位專家、學者、同仁參加 通信工程中的接地與防雷探討通信工程中的接地與防雷探討 康忠學康忠學 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 基站建設中的接地與防雷 機房建設中的接地與防雷基站系統(tǒng)的組成 基站由以下系統(tǒng)組成： 傳輸線路系統(tǒng)； 塔桅系統(tǒng)； 天饋系統(tǒng)； 供電系統(tǒng)； 地網(wǎng)系統(tǒng)； 室內(nèi)設備等系統(tǒng)組成。 已建工程中基站的接地與防雷缺乏系統(tǒng)性 由于組成基站的各系統(tǒng)都是分專業(yè)進行的設計和施工，因此，無論設計或施工，都是按本專業(yè)和自己的理解對本專業(yè)的接地與防雷進行

2、設計或施工，對基站工程建設中的接地與防雷缺乏全局性的系統(tǒng)考慮。 我們在對上萬計基站建設的監(jiān)理過程中，發(fā)現(xiàn)了一些接地不規(guī)范的案例，本文引用工程中的實際案例對相關各系統(tǒng)的接地與防雷進行探討。通信鐵塔的結(jié)構(gòu)通信鐵塔的結(jié)構(gòu)獨立避雷針獨立避雷針通信鐵塔的組成如圖1所示。通信鐵塔由避雷針、避雷針雷電流引下線（扁鋼）、塔體組成。避雷針用金屬緊固件與塔體頂部直接相連接，雷電流引下線（扁鋼）與避雷針連接，并從上至下用金屬件與鐵塔相連接。從圖1的結(jié)構(gòu)明顯可見：避雷針、避雷針雷電流引下線、鐵塔，從電氣連接上已經(jīng)成為一個整體。因此，通信鐵塔實際上就是高聳于地面的獨立避雷針。通信鐵塔實際上就是高聳于地面的獨立避雷針。通

3、信鐵塔結(jié)構(gòu)示意圖通信鐵塔結(jié)構(gòu)示意圖地網(wǎng)塔體避雷針雷電流引下線1 饋線屏蔽層如何接地？饋線屏蔽層如何接地？ 同軸電纜結(jié)構(gòu)同軸電纜結(jié)構(gòu) 首先了解用于基站的同軸電纜結(jié)構(gòu)。如照首先了解用于基站的同軸電纜結(jié)構(gòu)。如照片所示，用于基站的同軸電纜由片所示，用于基站的同軸電纜由 1.電纜芯線、電纜芯線、 2.發(fā)泡填充層、發(fā)泡填充層、 3.屏蔽層、屏蔽層、 4.絕緣層組成絕緣層組成.。1同軸電費芯線同軸電費芯線3屏蔽層屏蔽層2發(fā)泡填充層發(fā)泡填充層4絕緣層絕緣層實際工程中的模擬連接實際工程中的模擬連接 將饋線、鐵塔、基站設備作模擬連接如圖2所示。（未作離塔處的連接） 在實際工程中，將饋線屏蔽層直接與塔體連接（如圖2

4、所示）。將這種連接的后果作如下分析：天天 線線SPD避雷針避雷針避雷針雷電流引避雷針雷電流引下線下線雷 電雷 電流流屏蔽層與鐵塔連屏蔽層與鐵塔連接點接點N芯線芯線A端端機房入口接機房入口接地排地排地網(wǎng)地網(wǎng)芯線芯線 B端端芯線感應電流芯線感應電流由塔體引入屏蔽層的雷電流由塔體引入屏蔽層的雷電流殘壓電流殘壓電流鐵塔塔體鐵塔塔體I1I2I感感雷電流引下線與鐵塔連雷電流引下線與鐵塔連接件接件饋線屏蔽層在鐵塔上的實際連接圖系統(tǒng)連接分析 由于鐵塔頂端的避雷針是與鐵塔直接連接的，用于避雷針專用雷電流引下線（扁鋼）也是和鐵塔直接連通的，因此，避雷針、避雷針專用雷電流引下線、鐵塔已經(jīng)組成一個不可分割的高聳于地面

5、的引雷體。 電流走向分析 當避雷針遭受直擊雷、或鐵塔遭受側(cè)擊雷時，雷電流至屏蔽層與鐵塔連接點屏蔽層與鐵塔連接點N時，時，將分兩支電流I1和I2，其中電流I1通過鐵塔直接流入地網(wǎng)；I2則從饋線A端屏蔽層流入，經(jīng)全線流至B端后再經(jīng)機房入口處的接地排流入地網(wǎng)。當I2流入饋線屏蔽層時，饋線芯線產(chǎn)生強大的感應電流I感感 從A端流至B端 進入SPD；當I感感將SPD擊毀的瞬間，仍有強大的殘壓電流進入基站的收發(fā)信機，將基站設備損壞。2 吊線（鋼絞線）如何接地？吊線（鋼絞線）如何接地？ 工程中常見的光纜進站方式工程中常見的光纜進站方式 在實際工程中，將鐵塔作為光纜線路的終端桿，將鋼絞線和光纜捆綁于鐵塔上然后引

6、進機房的作法常有發(fā)生。 如圖3-1和圖3-2所示。圖圖3-1 鋼絞線的錯誤連接和預留光纜的錯誤盤放鋼絞線的錯誤連接和預留光纜的錯誤盤放鋼絞線上雷電流的形成鋼絞線上雷電流的形成當雷雨發(fā)生時，由于靜電感應和電磁感應，通信線路的鋼絞線、信號線、輸電線、通信鐵塔及其他金屬導體將產(chǎn)生強大的沖擊過電壓，這種雷電感應過電壓可以對電子器件、通信設備造成破壞，甚至造成火災或人身傷害。架空鋼絞線上的靜電感應：架空鋼絞線上的靜電感應：圖圖1 鋼絞線上的感應束縛電荷鋼絞線上的感應束縛電荷帶負電荷的雷云由于靜電感應，當帶正（或負）電荷的雷云接近地面建筑物或其他物體時，都能使其表面感應而帶異性電荷，如圖1所示。圖1 鋼絞

7、線上的感應束縛電荷 架空鋼絞線上的電磁感應：架空鋼絞線上的電磁感應：圖圖2 雷云放電后鋼絞線上形成的脈沖電壓雷云放電后鋼絞線上形成的脈沖電壓 根據(jù)電磁感應原理，架空鋼絞線在雷云放電產(chǎn)生靜電感應過電壓的同時還會產(chǎn)生強大的電磁感應脈沖電壓。因此，架空鋼絞線上感應的雷電過電壓應當是靜電感應和電磁感應兩個分量的迭加。這種過電壓沖擊波如果不通過接地裝置及時引入大地，將對連接在通信線路兩端的設備造成破壞。根據(jù)相關部門的實際觀測，高壓架空輸電線路上的感應過電壓可達數(shù)百千伏，低壓架空輸電線路、通信線路架空鋼絞線上的感應過電壓不會超過20Kv。然而，如果鋼絞線遭受直擊雷時，鋼絞線上產(chǎn)生的雷電過電壓將遠遠大于感應

8、過電壓。圖2 雷云放電后鋼絞線上形成的脈沖電壓 架空鋼絞線上的直擊雷：架空鋼絞線上的直擊雷：當架空鋼絞線（吊線）遭受雷擊時，雷電流將沿鋼絞線從兩個方向流入大地。由于鋼絞線感抗和接地裝置的接地電阻的存在，鋼絞線被雷擊時將產(chǎn)生很高的電位。 d電桿50m50m50m50m接地線接地線接地線圖3 鋼絞線遭受直擊雷時將產(chǎn)生高電位 鋼絞線呈現(xiàn)的感抗L0、鋼絞線的接地間隔d兩個參數(shù)是U值的決定因素；鋼絞線的直流電阻率r對U值的影響較小。 在實際工程中，只要路由選擇合理，通信線路遭受直擊雷的概率還是很小的。 因此，勘察設計和施工，在選擇通信線路路由時，應盡可能避開礦藏地、河灘地、無樹林的禿嶺山坡，減少通信線路

9、遭受直擊雷的概率；在多雷區(qū)應盡可能減小架空吊線（鋼絞線）的接地隔距。 架空鋼絞線的接地方案架空鋼絞線的接地方案為了減小雷電過電壓對通信設施的損害，通常采用吊線接地的方法將雷電流就近引入大地。常用的接地方法如圖4所示。采用2.6/7的鋼絞線作為接地線，上端與吊線纏繞或用線卡壓接，下端與延伸式接地裝置連接，用鐵絲將地線捆綁在電桿上。圖4這種接地裝置，用于地線的鋼絞線從上到下捆綁在電桿上，容易遭到破壞。特別是在一些經(jīng)濟落后的地區(qū)，接地線被破壞的情況尤為突出，對這種傳統(tǒng)的接地方式的可靠性提出了挑戰(zhàn)。電桿電桿扎線扎線吊線（鋼絞線）吊線（鋼絞線）接地線接地線延伸式接地裝置延伸式接地裝置圖圖3-1 、3-2

10、連接分析 用于傳輸光纜的吊線（鋼絞線）按圖3-1和圖3-2的兩種連接方式或其他架空引入方式，無異于將遠方的雷電引入基站。其原因是：（根據(jù)靜電感應、電磁感應原理）位于光纜上方的鋼絞線是一條架設在空中的長長的引雷線，若不將鋼絞線和光纜在基站外引入地下埋設，則基站至鋼絞線最近的一個接地點間的區(qū)域發(fā)生雷電時，將有可能通過將有可能通過鋼絞線將雷電引入基站。鋼絞線將雷電引入基站。正確的光纜進站與吊線接地正確的光纜進站與吊線接地 局（站）間的傳輸光纜線路，光纜的吊線應每隔300m利用電桿避雷線或拉線接地，每隔1Km左右加裝絕緣子進行電氣斷開。光纜進入基站前，應從基站外的終端桿引下埋地進入機房。基站位于雷暴日

11、較多的區(qū)域、或當終端桿位置的土壤電阻率較高難以達到接地電阻值的要求時，終端桿應作延伸式地線，終端桿的拉線應加裝絕緣子。3 交流供電線路的進站與接地交流供電線路的進站與接地 常見的交流供電線路進站方式常見的交流供電線路進站方式不規(guī)范的交流供電線路進站方式繁多，僅列舉以下兩種。圖圖4-1交流供電線盤繞于鐵塔上然后進入機房交流供電線盤繞于鐵塔上然后進入機房圖4-1、圖4-2連接分析 圖4-1和圖4-2，均將交流供電線從空中引入基站鐵塔然后進入機房，并將鐵塔作為供電線路的終端桿；架空變壓器未做地網(wǎng)，且變壓器高壓端也未用鎧裝電纜，輸電線上方未安裝防雷線。供電線路的正確進站與接地供電線路的正確進站與接地

12、變壓器應做地網(wǎng)變壓器應做地網(wǎng) 變壓器應做地網(wǎng)，并與機房地網(wǎng)、鐵塔地 網(wǎng)連接形成聯(lián)合地網(wǎng)，如圖5所示。變壓器地網(wǎng) 鐵塔地網(wǎng) 機房地網(wǎng)水平接地體 垂直接地體 圖圖5. 基站聯(lián)合地網(wǎng)組成圖基站聯(lián)合地網(wǎng)組成圖供電電纜埋地進入基站供電電纜埋地進入基站 供電線路進入基站前，應從站外終端桿上供電線路進入基站前，應從站外終端桿上 引下埋地進入基站；進入基站的電纜應加引下埋地進入基站；進入基站的電纜應加 裝鋼管保護；鋼管的兩端應可靠接地。裝鋼管保護；鋼管的兩端應可靠接地。 供電系統(tǒng)接地不規(guī)范的后果：供電系統(tǒng)接地不規(guī)范的后果： 根據(jù)有關部門的統(tǒng)計，被雷擊基站總量的75%以 上，是由于供電系統(tǒng)引起的。 在基站建設中

13、，供電系統(tǒng)的接地與防雷應引起足 夠的重視。4 接地線和接地接地線和接地 工程中常見的饋線接地連接工程中常見的饋線接地連接如圖如圖6所示，工程中將接地線作成所示，工程中將接地線作成“U”形彎、形彎、用饋線固定卡作接地連接的現(xiàn)象時有發(fā)生。用饋線固定卡作接地連接的現(xiàn)象時有發(fā)生。用饋線卡將多條接地線疊壓連接用饋線卡將多條接地線疊壓連接將接地線作成將接地線作成U形彎形彎合理可靠的饋線接地合理可靠的饋線接地 接地線應短直，接地端子與接地點的連接應順直電流的方向，不能盤繞或作成“U”形彎。多層疊壓相當于多個接觸電阻的串聯(lián)，且隨著時間的推移，壓接點間氧化物的增加其接觸電阻還將增大。因此，每條饋線的接地線端子應

14、分別與地排可靠連接，不應用饋線卡將多條接地線疊壓壓接。 工程中有多種不同的接地方式，但應以相關規(guī)范為準，確保基站防雷接地的可靠性 產(chǎn)生上述錯誤的原因產(chǎn)生上述錯誤的原因： 由于專業(yè)的分工，在大規(guī)模的建設中，設計、施工、防雷、接地各行其是，對防雷與接地缺乏科學系統(tǒng)的統(tǒng)籌設計和施工。5機房建設中的接地與防雷機房建設中的接地與防雷 機房建設中的接地存在著嚴重錯誤機房建設中的接地存在著嚴重錯誤 主要表現(xiàn)在主要表現(xiàn)在：接地的隨意性、將走線架作為 接地體、接地線過長、走線架及鋼梁節(jié)間未 作電氣連接- 將走線架作為接地體將走線架作為接地體通信局（站）接地設計規(guī)范中明確規(guī)定：防止通過走線架或鋼梁在電氣上連通。然

15、而，像照片所示的將走線架作為接地體將走線架作為接地體的情況在一些小型機房內(nèi)還隨處可見。如圖- 接地的隨意性接地的隨意性，典型案例如圖所示。機房 的可靠接地是人員及設備安全的重要保證。圖中所示的隨意接地不僅是不符合規(guī)范要求，更重要的是人們的生命、財產(chǎn)將受到威脅。隨意地用一塊扁鋼作為機房總接地排。隨意地用一塊扁鋼作為機房總接地排。再隨意地用一根電纜作為機房總接地線再隨意地用一根電纜作為機房總接地線機房總接地線機房總接地線 走線架及鋼梁節(jié)間未作電氣連接走線架及鋼梁節(jié)間未作電氣連接很多大中型機房（中心局、匯接局），走線架及鋼梁節(jié)間未作電氣連接。不符合規(guī)不符合規(guī)范要求范要求 機房接地線普遍太長機房接地線普遍太長 位于2樓以上的機房，有的機房甚至在5樓或以上樓層，從機房地網(wǎng)到機房的總接地線長達30m以上的普遍可