通信大樓接地方式的應用分析

歐陽華偉，俞 濤

（中國聯合網絡通信有限公司武漢市分公司，湖北 武漢 430071）

0 引 言

通信大樓接地工作包括防雷接地和供電接地。它們通過各種形式的接地裝置、防雷接地與供電接地，最終連接成等電位聯結體。它是通信基礎設施，是通信設備安全工作的組成部分，包括正確選擇接地方式、接地裝置和合適的安裝方式。它關系到工作人員的人身安全和設備運行安全，因此從事通信機房電源工作的技術人員必須掌握通信大樓的各種接地技術。

1 通信機房接地技術

接地是指設備某一金屬部分通過接地裝置與大地緊密連接起來。接地裝置包括接地體和接地線。接地體可為外引式接地體或環路式接地體。接地體的形狀可以是管形、帶型或環形等。

通信機房的接地按照作用分為工作接地和安全接地兩大類。工作接地又有以下幾種情形：預防雷擊和過電壓對人身和設備造成損失的整個通信大樓的防雷接地，通信大樓供配電系統的電氣接地，通信電源及通信設備等的工作接地。安全接地則包括防靜電接地、電磁屏蔽接地以及為保護人身安全預防電力設備及設施絕緣損壞的保護接地等[1]。

1.1 通信大樓的防雷接地特點

典型的防雷接地系統由接閃器、引下線及接地裝置組成。接閃器又分為避雷針、避雷帶和避雷網。接地裝置由接地體、接地引下線、接地匯集排和接地支線組成。

某通信大樓的接地系統防雷接地系統，如圖1所示。圖1虛線涵蓋范圍為防雷保護范圍。需要說明的是，引下線可采用鍍鋅圓鋼或建筑內的鋼筋混凝土主筋引入接地體。防雷接地技術規范規定，引下線圓鋼直徑不小于8 mm或者是4 mm×12 mm鍍鋅扁鋼（單獨敷設的扁鋼）；如果利用主筋內的鋼筋，直徑不小于16 mm，上下焊接在一起。通信大樓的防雷接地系統將雷擊產生的雷擊電流通過接地體發散到大地中。此外，防雷接地系統往往與整個通信大樓的交流供電系統的中性點共用接地裝置[2]。

圖1 通信大樓防雷接地示意圖

1.2 通信機房供電系統電氣接地方式和安全保護作用

常用電氣接地方式有5種，分別是TN-S方式、TN-C方式、TN-C-S方式、TT方式和IT方式。電氣接地方式字母標示的含義：第1個字母T表示變壓器零線中性線直接接地，字母I表示所有帶電部分與地絕緣或經一點阻抗接地；第2個字母N表示系統外露導電部分與低壓系統的接地點直接電氣連接（在交流系統中，接地點通常就是中性點），字母T表示負載側電氣設備進行接地保護；第3個字母S表示分別引出N線和PE線，除在變壓器中性點處連接外，其他地方分離，字母C表示中性線和保護線是合一的（PEN）線。

通信機房采用的標準電氣接地方式是TN-S三相五線制[3]。某通信機房的交流供電接地方式，如圖2所示。

從接地方式看出，變壓器引入地線與通信局樓總接地網是地線重復接地的。地線重復接地即從變壓器中性線引出接地線與大樓的總地網做一次重復接地，以避免機房內通信設備長距離的防雷接地而導致避雷器殘壓過高。重復接地這種方式不僅能預防雷擊和過電壓對人身和設備造成損失，還可以減輕人身觸電危險[3]。對供電電網來看，雷擊產生的雷擊電流不會通過中性線反串回電網，零線上的諧波電流和因三相不平衡產生的電流也不會通過大地流向系統內其他設備。這樣的地線重復接地系統關鍵在于大樓的總地網必須是變壓器地網與機房主地網在地下聯合成一個地網，而地線入地是重復的。一是變壓器地線入地點，而中性線在這頭入地；二是機房接地匯集處。

TN-S接地方式重要的一點是通信大樓防雷接地、系統內總接地、中性線接地以及設備導電外殼、金屬管道、金屬橋架以及光纜保護芯等做成等電位聯結以防止人身遭受電擊。通過等電位聯結可以降低接觸電壓，防止TN系統相地短路等原因造成故障電壓電擊事故[4]。

假設當交流電源某一相因某種原因接地（如相線碰殼、相線脫落等），將產生很大的對地短路電流，地線和零線電壓因此而升高，地電壓將大于安全電壓。此時，由于通信機房重復接地方式，機房內設備外殼、PE線、中性線等聯結成等電位體。當工作人員觸及外殼甚至中性線時，人的身體與地電壓基本處于等電位，不會發生觸電事故。由于重復接地，加快了過流保護斷路器動作，切斷電源有利于保護人身安全[3]。采用TN-S重復接地方式時，相線對地短路人身保護示意圖如圖3所示。

圖2 通信局樓電氣接地方式地線重復接地TN-S系統

圖3 TN-S重復接地方式人身保護圖

如圖3所示，某處相線對地短路，短路電流對地短路電流Id經過等效接地電阻Rd產生地電壓Vd。機房內機殼與地電位均為Vd，因此人不會遭受電擊。

Vd是雷擊產生或是相線短路時產生的地電壓；Id是接地電流或者接地短路電流；Rd是等效接地電阻。

2 四極開關在通信供電系統中的應用

在三相四線制中，當建筑供電系統因外市出現電高壓接地故障時，低壓側相線接地斷路器沒有動作，三相不平衡等原因在中性線上產生危險電壓，存在危及人員安全、損壞設備的風險。因此，為保護檢修人員的安全，檢修時使用隔離中性線的四極開關。四極開關相比三極開關，在中性線上增加了一對觸頭，四極開關分斷三相電源的同時，也分斷零線。它的主要作用是切斷因各種原因導致的中性線高電壓引入途徑。

此外，《民用建筑電氣設計規范》6.1.2.7款規定：嚴禁發電機組與電力系統并網運行，為防止誤并網，防止電力系統中性線電位升高等因素，應適用四極隔離轉換開關隔離發電機組[5]。

三相四線制的工作方式如TT接地方式，中性線沒有與總等電位聯結相通，存在中性線對地高電壓風險。因此，在TT電氣接地工作方式，需使用四極開關。但是，并不是所有的電氣隔離需要使用四極開關，因為四極開關在切換時因觸頭不同步會導致在切換瞬間出現“斷零”，而斷零是有風險的，會引起中性點漂移，相線對零線電壓升高而燒壞設備。例如，TN-S電氣接地工作方式中，因中性線與總等電位聯結連通，不需要使用四極開關[6]。

3 發電機組接地方式與ATS四極開關使用

通信樞紐機房一類的交流供電方式是兩路市電和一路后備柴油發電機組保障。市電引入后，低壓側電氣接地多采用TN-S重復接地方式，而后備柴油發電機組通過ATS柜與主備供市電倒換。圖4為某機房低壓供電系統圖。

圖4 某機房低壓供電系統部分圖

如圖4所示，低壓進線柜采用三極開關而非四極開關。正是由于交流供電接地方式采用了TN-S重復接地方式，以及等電位聯結使得中性線對地電壓始終處在同一電位水平，避免了地電壓升高使中性線帶電引發的觸電事故。因此，低壓進線開關無需分離中性線。而油機市電倒換柜（即ATS柜）采用了四極開關，相當于隔離了市電公共電網與柴油發電機組，符合以上關于兩個不同電源系統相隔離的分析。

如圖4所示，柴油發電機組中性線由于與總等電位聯結，柴油發電機組地網與大樓總地網連通，油機實際電氣接地方式也是TN-S方式，因此油機輸出屏也沒有使用四極開關。

但是，很多情況下，通信機房大樓內不適合安裝大型柴油發電機組，往往使用室外集裝箱式柴油發電機組。它的電氣接地方式往往采用TT接地方式，即發電機組接地沒有與大樓總接地聯結，而柴油發電機組輸出柜與柴油發電機組有相當的距離，中性線是在柴油發電機組的基礎地網接地，不會與機房總接地聯結。當油機N線帶電，由于油機N并沒有與總等電位聯結，故障點電壓將引入機房對工作人員產生觸電風險。因此，TT接地方式在油機電源輸出柜采用四極開關。圖5為采用TT接地方式柴油發電機組示意圖。

考慮到將不同源的柴油發電機組的發電系統與電力供電系統相隔離的規定，無論是采用TN-S電氣接地方式或是采用TT電氣接地方式，油機市電倒換柜（即ATS柜）均應使用四極開關。

圖5 采用TT接地方式柴油發電機組示意圖

4 結 論

通信樞紐局應采用標準TN-S接地工作方式，并做好各樓層供用電設備的等電位聯結，而市電引入變壓器低壓側的進線柜不需要使用四極開關。柴油發電機組如安裝在通信大樓內，應采用TN-S接地方式，且發電機組的中性線與總等電位聯結相通，輸出開關只需要使用三級開關。如果如柴油發電機組安裝在單獨較遠處或者是集裝箱式機組，機組采用TT接地方式應使用四極輸出開關。為了與市電網絡分離，市電油機倒換柜應用四極ATS開關。