通信綜合樓的防雷與接地技術

胡行會

1 概述

雷電是一種強烈的大氣放電現象,自古以來就是威脅人類生命財產的一大自然現象。近些年來,隨著建筑智能化的迅速發(fā)展,建筑物內信息系統的防雷保護問題日益受到關注并已成為整個建筑物防雷設計的一個重要組成部分,對防雷問題也提出了更高、更苛刻的要求。直到今天,接地仍然是應用最廣泛的并且無法替代的電氣安全措施之一。

通信機房配備著信息系統和各種電子設備,其過電壓耐受能力是有限的。當雷電侵入波從戶外的電源線、信號線和各種金屬管道侵入建筑物后,很容易使室內的電子設備損壞或造成永久性損傷,從而造成一定的經濟損失。雷電對通信設備具有很強的破壞性,在破壞形式上主要有直擊雷、雷電感應、雷電波侵入和地電壓反擊等,尤以感應雷為常見。

2 通信系統接地的作用

1)抑制噪聲。噪聲也就是電磁干擾,無處不在,只是強弱不同,或是對通信系統的影響程度不同而已。要想完全消除噪聲在實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]。在通信系統中,消除或是減小電磁干擾涉及耦合路徑和接地系統的重要功能。

2)提供參考電位。一個電路只能有一個參考地,并以這個參考地來進行電路分析。不允許有兩個參考地,因為它們代表不同的地電位,會導致噪聲。

3)提供工作地。許多電子設備都要求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,還與具體接地點土壤的電特性有關。可靠、有效的接地可使通信系統更加可靠地工作。

3 通信綜合樓的防雷

3.1 防雷原則

1)外部保護,即通過在建筑物上裝設接閃器(避雷針、避雷網、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泄散;2)內部保護及過電壓保護,即：阻塞沿電源線、數據線、電纜線引入的過電壓;3)過電壓保護,即限制保護設備上浪涌過電壓幅值。這三道防線相互配合、各行其責、缺一不可。

3.2 通信樓的防雷保護系統

1)直擊雷保護系統。一定高度的金屬導體會使大氣電場畸變,這樣雷云就容易向該導體放電,且能量越大的雷就越容易被金屬導體吸引。接閃器防雷就是因為將雷電引向自身而防止了被保護物被雷電擊中。然后通過引下線將接閃器接閃的雷電流安全地導引入地。引下線一般不得少于兩根,并應沿建筑物四周對稱均勻的布置。

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

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

3.3 建立聯合接地系統,形成等電位防雷體系

所謂聯合接地,從功能來看,即將電子設備的工作接地、保護接地、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的接地方式,如圖1所示[3]。從建筑物的施工來看,即將建筑物的基礎鋼筋,梁柱鋼筋,金屬框架,建筑物防雷引下線等連接起來,形成閉合良好接地的法拉第籠,將綜合通信樓內各部分的交流工作地,安全保護地,直流工作地,防雷接地與建筑物法拉第籠良好連接,各點形成等電位,消除感應過電壓產生的因素,如圖2所示。

處在防雷區(qū)的計算機機房內的所有設備,均應做等電位聯結。從等電位的角度出發(fā),地網只是一個電位基準點,不是絕對的零電位點。電位均衡聯結,就是使導體良好的導電性聯結,使它們達到電位相等,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

對電源系統的防雷應采取多重保護、層層設防的原則,一般來說,電源系統應采取三級～四級的保護措施進行防雷,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器,作為第一級保護,又稱為泄流保護級。一般要求該級電源保護器具備100 kA/相以上的最大沖擊容量,并要求限制電壓應小于1 500 V。

在向重要或敏感用電設備供電的分路配電設備處安裝電壓開關型防浪涌保護器(SPD),作為第二級保護,又稱為過壓保護級。這些SPD對于通過了第一級保護的剩余浪涌能量進行更完善地吸收,對于瞬態(tài)過電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防浪涌保護器要求的最大沖擊容量為45 kA/相以上,要求的限制電壓應小于1 200 V。

在用電設備內部電源部分使用一個內置式的電源防浪涌保護器,作為第三級保護,又稱為浪涌抑制級,以達到完全消除微小的瞬態(tài)過電壓的目的。該處使用的電源防浪涌保護器要求的最大沖擊容量為 20 kA/相或更低一些,要求的限制電壓應小于1 000 V。對以上三方面防雷建設的任何一方面的忽略,都可能導致機房雷擊事件的發(fā)生。

5 光纜、電纜的接地

1)進入通信局站的光纜,若光纜中含有金屬加強筋和鋼帶愷裝層,則加強筋和鋼帶愷裝層在機房內應可靠的連接到機房的保護接地排。

2)所有進出局站的線纜都應采用埋地敷設方式,并應選用具有金屬外護套的電纜。對于長途架空明線進局的線纜,應在進入室內之前至少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,應將它們穿過埋地的鐵管后進局。電纜的金屬外護套或鐵管兩端應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加裝浪涌保護器。保護器的連接線應盡可能短,其接地端應就近與電纜的屏蔽層以及桿塔的接地導體相連。

3)所有進出建筑物的線纜應考慮加裝浪涌保護器。

4)從電磁兼容(EMC)的觀點來看,保護器最好安裝于線纜在建筑物的入口處,但考慮到實際運行環(huán)境和安裝的方便,建議將保護器安裝于被保護設備附近,保護器的連接線應盡可能短,其接地端應就近與地網及電纜的屏蔽層相連。電纜內的空線對也應與屏蔽層及保護器的接地端相連。

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

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

7)未用的用戶外線電纜應在配線架處做接地處理。

6 通信機房接地系統的幾個誤區(qū)

1)有人認為,為了保護通信設備免受雷擊,設備的接地就應該采取單獨的“通信地”,需要和建筑物的防雷接地分開。實際上,各種相關規(guī)范規(guī)定,通信設備的接地、保護接地和建筑物防雷接地應共用一個地網,即采用聯合接地的方式。實踐證明,同一個機房的兩個分開地網之間并非孤立,分開接地也是造成地電位反擊的根本原因。

2)也有人認為,埋在地下的金屬構件都是自然接地體,甚至將暖氣管道、電桿拉線等當作自然接地體。實際上,所謂自然接地體,是指與大地有可靠接觸的金屬導體,應有足夠的散流面積和深度,并且其接地電阻值不應大于5 Ω。

3)終端設備接地是接交流電源線的專用地線還是接機房的接地排,通常,機房內的用電設備不能以交流電源線的中性線作保護地線(PE線),在建筑物內,交流電源中的PE線應和樓內各種接地排的接地最終共用同一個接地網。所以,在建筑物內,PE線和機房的接地排從原理上沒有本質差別。在防雷方面,將終端設備斷開PE線,通過機房接地排作為保護接地,可以實現終端設備和主設備之間的等電位聯結,防雷效果較好。

7 結語

在通信工程中,防雷與接地系統往往被忽視,但其實它是保證通信系統正常運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建大樓中,都應參照執(zhí)行聯合接地方式,認真細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[M].北京：化學工業(yè)出版社,2008.

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

[3] 沈稼樹.對實施聯合接地方式的探討[J].通信電源技術,1997(3)：34-38.

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