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通信工程中的接地与防雷探讨四川公众通信建设监理公司——康忠学2009-4•欢迎各位专家、学者、同仁参加通信工程中的接地与防雷探讨——康忠学主要内容：•基站建设中的接地与防雷•机房建设中的接地与防雷基站系统的组成基站由以下系统组成：•传输线路系统；•塔桅系统；•天馈系统；•供电系统；•地网系统；•室内设备等系统组成。已建工程中基站的接地与防雷缺乏系统性•由于组成基站的各系统都是分专业进行的设计和施工，因此，无论设计或施工，都是按本专业和自己的理解对本专业的接地与防雷进行设计或施工，对基站工程建设中的接地与防雷缺乏全局性的系统考虑。•我们在对上万计基站建设的监理过程中，发现了一些接地不规范的案例，本文引用工程中的实际案例对相关各系统的接地与防雷进行探讨。•通信铁塔的结构——独立避雷针通信铁塔的组成如图1所示。通信铁塔由避雷针、避雷针雷电流引下线（扁钢）、塔体组成。避雷针用金属紧固件与塔体顶部直接相连接，雷电流引下线（扁钢）与避雷针连接，并从上至下用金属件与铁塔相连接。从图1的结构明显可见：避雷针、避雷针雷电流引下线、铁塔，从电气连接上已经成为一个整体。因此，通信铁塔实际上就是高耸于地面的独立避雷针。通信铁塔结构示意图地网塔体避雷针雷电流引下线1馈线屏蔽层如何接地？•同轴电缆结构•首先了解用于基站的同轴电缆结构。如照片所示，用于基站的同轴电缆由•1.电缆芯线、•2.发泡填充层、•3.屏蔽层、•4.绝缘层组成.。1．同轴电费芯线3．屏蔽层2．发泡填充层4．绝缘层实际工程中的模拟连接•将馈线、铁塔、基站设备作模拟连接如图2所示。（未作离塔处的连接）•在实际工程中，将馈线屏蔽层直接与塔体连接（如图2所示）。将这种连接的后果作如下分析：天线SPD收发信机避雷针避雷针雷电流引下线雷电流屏蔽层与铁塔连接点N芯线A端机房入口接地排地网芯线B端芯线感应电流由塔体引入屏蔽层的雷电流残压电流铁塔塔体I1I2I感雷电流引下线与铁塔连接件馈线屏蔽层在铁塔上的实际连接图系统连接分析•由于铁塔顶端的避雷针是与铁塔直接连接的，用于避雷针专用雷电流引下线（扁钢）也是和铁塔直接连通的，因此，避雷针、避雷针专用雷电流引下线、铁塔已经组成一个不可分割的高耸于地面的引雷体。电流走向分析•当避雷针遭受直击雷、或铁塔遭受侧击雷时，雷电流至屏蔽层与铁塔连接点N时，将分两支电流I1和I2，其中电流I1通过铁塔直接流入地网；I2则从馈线A端屏蔽层流入，经全线流至B端后再经机房入口处的接地排流入地网。当I2流入馈线屏蔽层时，馈线芯线产生强大的感应电流I感从A端流至B端进入SPD；当I感将SPD击毁的瞬间，仍有强大的残压电流进入基站的收发信机，将基站设备损坏。2吊线（钢绞线）如何接地？•工程中常见的光缆进站方式在实际工程中，将铁塔作为光缆线路的终端杆，将钢绞线和光缆捆绑于铁塔上然后引进机房的作法常有发生。如图3-1和图3-2所示。图3-1钢绞线的错误连接和预留光缆的错误盘放钢绞线上雷电流的形成•当雷雨发生时，由于静电感应和电磁感应，通信线路的钢绞线、信号线、输电线、通信铁塔及其他金属导体将产生强大的冲击过电压，这种雷电感应过电压可以对电子器件、通信设备造成破坏，甚至造成火灾或人身伤害。•架空钢绞线上的静电感应：•图1钢绞线上的感应束缚电荷•带负电荷的雷云由于静电感应，当带正（或负）电荷的雷云接近地面建筑物或其他物体时，都能使其表面感应而带异性电荷，如图1所示。图1钢绞线上的感应束缚电荷•架空钢绞线上的电磁感应：•图2雷云放电后钢绞线上形成的脉冲电压•根据电磁感应原理，架空钢绞线在雷云放电产生静电感应过电压的同时还会产生强大的电磁感应脉冲电压。因此，架空钢绞线上感应的雷电过电压应当是静电感应和电磁感应两个分量的迭加。这种过电压冲击波如果不通过接地装置及时引入大地，将对连接在通信线路两端的设备造成破坏。根据相关部门的实际观测，高压架空输电线路上的感应过电压可达数百千伏，低压架空输电线路、通信线路架空钢绞线上的感应过电压不会超过20Kv。然而，如果钢绞线遭受直击雷时，钢绞线上产生的雷电过电压将远远大于感应过电压。图2雷云放电后钢绞线上形成的脉冲电压•架空钢绞线上的直击雷：当架空钢绞线（吊线）遭受雷击时，雷电流将沿钢绞线从两个方向流入大地。由于钢绞线感抗和接地装置的接地电阻的存在，钢绞线被雷击时将产生很高的电位。d电杆50m50m50m50m接地线接地线图3钢绞线遭受直击雷时将产生高电位•钢绞线呈现的感抗L0、钢绞线的接地间隔d两个参数是U值的决定因素；钢绞线的直流电阻率r对U值的影响较小。•在实际工程中，只要路由选择合理，通信线路遭受直击雷的概率还是很小的。•因此，勘察设计和施工，在选择通信线路路由时，应尽可能避开矿藏地、河滩地、无树林的秃岭山坡，减少通信线路遭受直击雷的概率；在多雷区应尽可能减小架空吊线（钢绞线）的接地隔距。•架空钢绞线的接地方案为了减小雷电过电压对通信设施的损害，通常采用吊线接地的方法将雷电流就近引入大地。常用的接地方法如图4所示。•采用2.6/7的钢绞线作为接地线，上端与吊线缠绕或用线卡压接，下端与延伸式接地装置连接，用铁丝将地线捆绑在电杆上。图4这种接地装置，用于地线的钢绞线从上到下捆绑在电杆上，容易遭到破坏。特别是在一些经济落后的地区，接地线被破坏的情况尤为突出，对这种传统的接地方式的可靠性提出了挑战。电杆扎线吊线（钢绞线）接地线延伸式接地装置图3-1、3-2连接分析•用于传输光缆的吊线（钢绞线）按图3-1和图3-2的两种连接方式或其他架空引入方式，无异于将远方的雷电引入基站。其原因是：（根据静电感应、电磁感应原理）位于光缆上方的钢绞线是一条架设在空中的长长的引雷线，若不将钢绞线和光缆在基站外引入地下埋设，则基站至钢绞线最近的一个接地点间的区域发生雷电时，将有可能通过钢绞线将雷电引入基站。正确的光缆进站与吊线接地•局（站）间的传输光缆线路，光缆的吊线应每隔300m利用电杆避雷线或拉线接地，每隔1Km左右加装绝缘子进行电气断开。光缆进入基站前，应从基站外的终端杆引下埋地进入机房。基站位于雷暴日较多的区域、或当终端杆位置的土壤电阻率较高难以达到接地电阻值的要求时，终端杆应作延伸式地线，终端杆的拉线应加装绝缘子。3交流供电线路的进站与接地•常见的交流供电线路进站方式不规范的交流供电线路进站方式繁多，仅列举以下两种。图4-1交流供电线盘绕于铁塔上然后进入机房图4-1、图4-2连接分析•图4-1和图4-2，均将交流供电线从空中引入基站铁塔然后进入机房，并将铁塔作为供电线路的终端杆；架空变压器未做地网，且变压器高压端也未用铠装电缆，输电线上方未安装防雷线。供电线路的正确进站与接地•变压器应做地网变压器应做地网，并与机房地网、铁塔地网连接形成联合地网，如图5所示。变压器地网铁塔地网机房地网水平接地体垂直接地体图5.基站联合地网组成图供电电缆埋地进入基站•供电线路进入基站前，应从站外终端杆上引下埋地进入基站；进入基站的电缆应加装钢管保护；钢管的两端应可靠接地。•供电系统接地不规范的后果：根据有关部门的统计，被雷击基站总量的75%以上，是由于供电系统引起的。在基站建设中，供电系统的接地与防雷应引起足够的重视。4接地线和接地•工程中常见的馈线接地连接如图6所示，工程中将接地线作成“U”形弯、用馈线固定卡作接地连接的现象时有发生。用馈线卡将多条接地线叠压连接将接地线作成U形弯合理可靠的馈线接地•接地线应短直，接地端子与接地点的连接应顺直电流的方向，不能盘绕或作成“U”形弯。多层叠压相当于多个接触电阻的串联，且随着时间的推移，压接点间氧化物的增加其接触电阻还将增大。因此，每条馈线的接地线端子应分别与地排可靠连接，不应用馈线卡将多条接地线叠压压接。•工程中有多种不同的接地方式，但应以相关规范为准，确保基站防雷接地的可靠性产生上述错误的原因：•由于专业的分工，在大规模的建设中，设计、施工、防雷、接地各行其是，对防雷与接地缺乏科学系统的统筹设计和施工。5机房建设中的接地与防雷•机房建设中的接地存在着严重错误主要表现在：接地的随意性、将走线架作为接地体、接地线过长、走线架及钢梁节间未作电气连接---•将走线架作为接地体《通信局（站）接地设计规范》中明确规定：防止通过走线架或钢梁在电气上连通。然而，像照片所示的将走线架作为接地体的情况在一些小型机房内还随处可见。如图----•接地的随意性，典型案例如图所示。机房的可靠接地是人员及设备安全的重要保证。图中所示的随意接地不仅是不符合规范要求，更重要的是人们的生命、财产将受到威胁。随意地用一块扁钢作为机房总接地排。再随意地用一根电缆作为机房总接地线机房总接地线•走线架及钢梁节间未作电气连接很多大中型机房（中心局、汇接局），走线架及钢梁节间未作电气连接。——不符合规范要求•机房接地线普遍太长位于2楼以上的机房，有的机房甚至在5楼或以上楼层，从机房地网到机房的总接地线长达30m以上的普遍可见，从列头机架到接地排的接地线（普遍为16m2）在10m以上的情况普遍存在。当雷电发生时，这么长的缆线感抗产生的残压足以击毁机房设备，这就是每次雷雨过后，很多设备不能工作的主要原因。结束语上述案例和分析，仅供与会专家、学者、同仁共同探讨。通信工程中的防雷与接地，应以国家强制性标准和国家行业标准为准绳。谢谢康忠学KZX028@yahoo.com.cn13808062392