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通信局(站)防雷接地中的等电位
2017-03-12 05:52:25   来源:   评论:0 点击:

一、对等电位概念的理解  国家和信息产业部(包括原邮电部)颁布的一些防雷设计规范中普遍提到等电位的概念,并把它作为指导原则。*等电位
一、对等电位概念的理解

     国家和信息产业部(包括原邮电部)颁布的一些防雷设计规范中普遍提到等电位的概念,并把它作为指导原则。

*等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的金属构件、金属装置、外来的导体物、电气和电信装置等连接起来。

*采取泄放、消峰、均压等电位的联合接地设计原理,全面系统地做好基站的防雷与接地设计。

*移动通信基站应按均压、等电位的原理,将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。

*通信局(站)雷电过电压保护工程应建立在联合接地、均压等电位分区保护的基础上 。


     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。把金属引入电场之初,金属导体内的自由电子必然受外电场力的作用而移动,此时导体内形成电场,自由电子不停地运动(指宏观运动),一直到它的表面上出现的电荷分布形成的电场与外电场相互抵消,使得导体内的电场为零,达到静电平衡,此时该导体是等电位体。只要导体位置一变,或外电场发生变化,静电平衡就被破坏,导体内的电场不再为零,导体就不再是等电位体,导体表面的感应电荷就要重新分布以达到新的静电平衡。

     显然,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、交变电磁场(下统称雷击)情况下,可视为一个等位体。在发生雷击的情况下,根据电磁场理论,防雷接地系统已经不是等电位体了。

     分析一个防雷接地系统是否有效,更注重雷击时出现的状态。等电位是在需要防雷保护的空间内,把相关的设备、金属和接地系统用导体或过电压保护器(即电涌保护器)连接起来。这是一种手段.或者说是一种方式。其目的是使导体或电涌保护器连接起来的相关设备、金属和接地系统,在雷击时趋向等电位(即所谓均压),来减小雷电防护范围内与接地系统相连的相关设备、金属构件电位差,以确保人员与设备的安全。

     实际情况是,出现雷击时,整个接地系统的不同部位之间及与之相连的设备、金属物间有相当大的电位差,正是这个电位差危及人与设备的安全。这个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。可采用搭接(或称均衡连接或等电位连接)的方法来减小这个电位差。也就是把各种金属物用粗的铜导线焊接起来,或把它们直接焊接起来,但这种等电位连接,只能够减小被搭接体在雷电发生时产生的电位差,而不能达到真正的等电位。在等电位连接中.其搭接体可以在地上或地下.可以是工程上常用的角钢、扁钢、铜条、多股铜导线,也可以是金属构件,如走线架、槽道、金属支撑物等。

     理论和实践都可证明:地面上的带状或条状金属导体,由于存在电感。高频雷电流通过时,在感抗作用下(忽略电阻)会产生电压,而且该电压与雷电流对时间的变化率大小成正比。以地面上常见的金属构件铁塔为例.当雷电大电流通过铁塔入地时,铁塔从上至下形成一个呈梯度分布的电位,离地面越高,它与铁塔地网之间的电位差越大。

     地下搭接体最常见的是地网的水平接地体,通常是角钢或扁钢,并作为接地装置的一部分。在分析雷电流的影响时,除了考虑角钢、扁钢本身电感因素外,还应考虑地下环境因素。当发生雷击时,由于流过接地装置的电流密度增大,以至土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等处发生火花放电现象.使得土壤的电阻率变小和土壤与接‘地极间的接触面积增大。结果,相当于加大接地极的尺寸,降低了冲击电阻值。长度较长的带状接地装置,由于电感的作用当超过一定长度时,冲击电阻不再减小。可见接地体在雷电流流经时仍会产生电位差。

     总之.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,只能相对减小被连接体之间的电位差,而不是真正的等电位。

二、等电位的基础——联合接地系统

     近年来.在山区基站工程设计中采用联合接地方式.并按均压等电位和法拉第的概念。规范规定“基站地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成,同时应利用机房建筑物的基础(含地桩)及铁塔基础内的主要钢筋作为接地体的一部分。当变压器设置在机房外。且距机房地网边缘30m以内时.变压器地网与机房地网或与铁塔地网之间,应每间隔3~5 m相互焊接连通(至少有两处连通),以相互组成一个周边封闭的地网。”可见,存防雷工程上,把联合接地系统作为地的等电位网。是整个立体防雷体系等电位网的基础。

     事实上,在发生雷击时,由于雷电流的存在,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,各处的电位都是不等的。

对地面上的金属构件而言,电化的分布状况取决于以下两个因素:

*雷电的高频电磁波产生的感幢电压( 金属体形成回路时,产生感应电流);

*雷电流通过雷电流引下线、铁塔和其他泄流途径入地时,瞬间在载体上产生的电位差。

  对地下的联合接地系统而吉,在雷电流入地瞬间,除垂直方向外,水平方向上各点的电位也是不等的,其分布规律是以雷电流在联合接地系统上的入地点为中心,其电位由最高(相对于大地的参考零电位)向四周逐步递减。当雷电流由多途径在联合接地系统不同位置入地时,地网水平方向上某点的电位是各点入地雷电流分别产生的电位在该点的叠加值。

三、通信没备防雷的特点

  防雷的目的主要是确保建筑物、人员和设施的安全。在当前高度电子集成信息化的社会,确保由大规模集成电路组成的计算机及通信设备的安全尤为重要。对于建筑物的防雷,自200多年前富兰克林发明避雷针之后,建筑物得到了有效的保护。对于人类自身的安全,大家都知道,雷雨天室外行走时,要注意跨步电压对人身安全的影响,更确切地,应该是在某一时刻,人的肢体在三维空间能接触到的带电体的最大电位差是否在安全电压范围以内。决定人身安全的是加在人体上的相对电位差,而与人体所处的绝对电位高低无关。根据这一原理,检修人员可以带电作业,也就是说,人体可以脱离地电位“浮”起来。

  在建筑防雷工程中,充分利用人员在某个局部小环境基本等电位(允许有一个小的电位差)的原理进行防雷工程设计。

  关于通信设备防雷问题,必须分析与设备相关联的一些因素。主要是与设备相连接的电源线和传输线。以及设备所处的电磁环境。为防止雷电电磁波对设备正常工作的影响,已采取将建筑物的外侧钢筋与周边的金属构件相连后。再与接地体相连组成屏蔽网。减弱雷电电磁波的影响。同时将设备的金属外壳接地,以加强对空间电磁波的屏蔽效果。下面着重分析电源线的问题。

  电源线对设备的影响与机房的交流电配电方式密切相关。YD 5078—98规定:“通信局(站)的交流供电系统应采用三相五线制供电方式。”即进入机房的供电线有三根相线、一根零线(中性线)和一根地线(保护地)。IEC和信息产业部的相关规范都规定.在机房内零线与地线不能相连。低压供电的相电压以大地为参考电位体,将变压器低压侧的交流零线就近接地。当三相交流电处于完全平衡的理想状态时,零线上电流为零,零线上电位与地电位一致。当三相电不平衡或出现缺相、倒相时.零线上出现电流,并对地产生电位差。

  对于交流设备(包括交流电源设备和使用交流电供电的设备)而言,它与其他通信设备一样.将其外导体与接地汇集线相连作为保护接地,当它的零线和地线的电位差在一定范围内时,不会影响设备正常工作或损坏元器件。但是,如果由于某种原因.与设备相连的零线和地线之间的电位差超过了设备於光鑫:浅议通信局(站)防雷接地中的等电位概念’能够承受的极限,将对设备造成危害。由此可见,机房内接地汇集线上的电位允许与大地地电位有一定的电位差(设备能承受),但是它不能完全脱离大地地电位“浮”起来。这就是通信防雷的特点,也是通信防雷与建筑防雷根本区别所在。因此,在处于雷击状态时.使接地汇集线(机房内保护地、直流工作地)的电位尽量接近大地地电位是通信局(站)防雷接地系统设计原则之一。

1、 接地引入线在地网上引入点的选取

为满足接地汇集线上的电位在雷击时最大限度地接近大地地电位,接地汇集线在地网上引入点的选取十分关键。YD 5068—98规定:“接地引入线由地网中

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