通信局站等電位連接系統詳解

1 等電位連接的定義

等電位連接是指：通過可靠的電氣連接，使兩個彼此分離的導體間的電位差趨于零。實際上就是使用導線或導體將近距離的不同導體連接起來，使其電氣上導通并最大限度地消除導體之間的電位差。

如圖1所示，通信局（站）的等電位連接系統就是接地系統中的地線子系統，一般由接地引入線、各級接地匯集線（接地匯流排）、各級接地線組成。

圖1 接地系統及等電位連接系統的組成

等電位連接系統作為接地系統的一部分，主要作用包括：

（1）為電氣設備提供參考電位；

（2）作為接地故障的保護線，提供人生安全保護；

（3）等電位連接系統還具有電磁屏蔽和雷電保護的作用。

人們常見的例如：高壓操作服、特斯拉線圈高壓表演中的等電位服等都是應用了等電位連接可以消除導體之間的電位差的原理來達到保護操作人員人身安全的目的。

如圖2所示，通信局（站）的等電位連接分為：直接等電位和瞬態等電位。走線架、空調室外機外殼、輸水管道等不帶電（或者說電位為0 V）的金屬物體采用直接等電位，應直接連接至接地匯集線。其他例如：電源線、信號傳輸線等帶電不允許直接接地的金屬物體則通過SPD來實現雷擊時的瞬態等電位。

圖2 通信局（站）等電位連接示意

2 通信局站等電位連接方式分類

2.1 基本的等電位連接方式

在國際電信聯盟 ITU的 K.27 建議書《電信大樓內的連接結構和接地》中，對包括通信局（站）在內的現代建筑的連接結構和接地系統在結構上做了具體的描述和建議，如圖3所示，基本的等電位連接方式分為星型（S）結構和網型（M）結構，也可稱為星狀結構和網狀結構。

按等電位連接系統與通信局（站）聯合地網（建筑物共用接地系統CBN）之間的連接方式不同，通信局（站）等電位連接系統又可分為圖4中的3種基本結構。

第一種，內部星型隔離連接（STAR-IBN）：內部采用星型連接，但與CBN只有一個點連接。

圖3 基本的等電位連接方式

第二種，內部網型隔離連接（MESH-IBN）：內部采用網型連接，但與CBN只有一個點連接。

第三種，內外網型多點連接（MESH-BN）：內部采用網型連接，與CBN也是多點網狀連接。

更深入來說，等電位連接系統連接結構其實可以從整個通信局（站）和單個設備系統兩個層次來理解。

（1）從宏觀方面看：指整個通信局（站）內各種設備系統群之間的地線連接方式，比如：供電系統、傳輸系統、數據系統、無線系統等，它們的接地與CBN的連接方式是星型還是網型連接方式。

（2）從微觀方面看：指一個設備系統群內的地線連接方式，比如交換機系統內諸多機框之間以及機框內部是采用星型還是網型連接方式。

對整個通信局（站）來看，圖4中的小方塊就是一個系統；而對單獨一個系統來說，圖中的小方塊就是一臺設備或一個機框。

圖4 通信局（站）等電位連接系統的基本結構

2.2 結構的等電位連接方式

從實際應用來看，在一些大型綜合性通信局（站），經常會有幾種不同接地方式組合在一起才滿足各種通信設備等電位連接要求的情況。比如：有的通信系統要求使用內部星型隔離連接法，而另外的通信系統則要求采用網型多點連接法。為了適應這些情況，需要采用圖5中的組合結構的等電位連接方式：

第一種，星型連接的變種：星星組合連接或樹干狀連接，不同樓層的星型連接系統分別在自己樓層連接專門接地匯流排或主干地線上。

第二種，網星網組合連接：內部網型隔離連接系統和網型多點連接系統通過專門接地點連接起來。

第三種，星網組合連接：內部星型隔離等電位連接系統和網型等電位連接系統通過專門的一個接地點（接地總匯集線）連接起來。

第四種，網型多點連接的變種：網網組合連接，不同樓層的網型多點連接系統分別在自己樓層與建筑鋼結構（均壓環）網型多點連接。

表1 不同的等電位連接方式的優缺點

2.3 不同等電位連接方式的比較

不同的等電位連接方式各有優缺點，網型多點連接由于各個設備從不同方式就近接地，因此等電位效果較好，組成的等電位連接網絡對高頻電磁干擾有相對較好的衰減效果，缺點是由于等電位連接系統較復雜，異常電流的路徑和方向很難確定，也容易引入低頻干擾。

圖5 組合型等電位連接方式

相對的，星狀連接系統中各個設備之間的接地相對獨立、相互之間干擾很小，系統工作狀態比較穩定，低頻干擾屏蔽效果較好，缺點是為了保證各個設備的地都單獨連接至接地匯流排，就必須做好設備的絕緣處理，否則機殼金屬與建筑鋼結構或設備走線架有電氣接觸，相當于由多條地線與接地匯流排連接。而合理的采用混合型（M-S）等電位連接方式則可以兼具兩者的優點。

3 通信局站等電位連接實例

3.1 大型通信局（站）的樹狀等電位連接系統

作為星型隔離等電位連接方式的變種，樹狀等電位連接方式在我國很多高層通信大樓中應用。所謂的樹狀連接如圖6所示：是指用一條扁銅帶作為接地總匯集線（也稱為垂直接地主干線VR），從接地總匯集線（匯流排MET）一直引到大樓最高層，供各樓層所有通信設備等電位連接使用。同時，在各樓層、各機房按需設置樓層接地匯集排（FEB）或機房接地匯集排（局部等電位匯流排LEB）。需要注意的是，VR應通過絕緣子安裝、固定，以保持與建筑物鋼結構的隔離。通信大樓的樹狀等電位連接具有可以大量減少星狀隔離等電位系統中連接FEB/LEB和MET之間的等電位連接導線，節約線槽空間，簡化等電位系統等優點。

3.2 無線通信基站的等電位連接系統

（1）無線通信基站的網狀等電位連接：

圖6 高層通信大樓的樹狀等電位連接

一般來說，無線通信基站的上方或旁邊會有較高的天線鐵塔，而且很多基站還建在高山上，因此，基站通過鐵塔引來直接雷擊的概率較大，這些直擊雷的電流幅值很大，一般在幾十kA、甚至上百kA，而基站所在位置的土壤地質條件往往很差，導致地網接地電阻值較大，這種地網條件差的基站有這么大的雷電流要通過地網泄放，地電位差問題非常突出，為了盡可能消除機房設備之間的地電位差，基站可采用如圖7所示的以環形接地匯集線為主的網狀等電位連接方式來平衡設備之間的電位差。環形接地匯集線一般沿走線架或機房墻壁設置，基站主設備、電源、防雷器等通過導線就近與環形接地匯集線連接，環形接地匯集線又與室外環形地網在機房建筑四周保持多點連接，保證非正常進入室內的大電流能就近下地，減少設備之間的電位差。

圖7 無線通信基站的網狀等電位連接示意

（2）無線通信基站的星型等電位連接：

如圖8所示，當無線通信基站采用星型隔離等電位連接方式時，宜設置總接地匯流排，并通過接地引入線與地網單點連接，總接地匯流排應設在交流配電箱和第一級電源浪涌保護器（SPD）之間，開關電源以及其他設備的接地排母線均由總接地匯流排接引。如果設備機架與總接地匯流排相距較遠，可采用兩級匯流排。基站星型等電位系統采用兩級匯流排時，第一級電源浪涌保護器、交流配電箱及光纜加強芯和金屬護層的接地線，應從總接地匯流排接引；其他設備從第二級匯流排接引。目前，我國無線通信基站大多采用星型等電位連接系統。

圖8 無線通信基站的星型等電位連接示意

無線基站宜在機房饋線口的室外側設置室外匯流排（饋線接地排）作為饋線的接地點，室外匯流排應與室內地線系統電氣隔離，并就近與基站地網連接?？紤]到防盜，室外匯流排也可設置在室內，但上述要求不變。

3.3 總接地匯流排的設置

對于具有市話功能的局站如接入網點、模塊局等，由于架空銅纜（用戶線）引雷的原因，為減少系統電位差，總接地匯流排（總地排）應如圖9所示盡可能設置在總配線架（MDF）附近，總接地匯流排與地網的連線越短越好。這也是為什么總配線架機房（測量室）常常設置在通信大樓一樓的原因。

圖9 總接地匯流排的設置示意

4 等電位連接系統各部分的具體要求

4.1 接地引入線

地網與接地總匯集線之間相連的導電體稱為接地引入線。

接地引入線宜采用40 mm×4 mm或50 mm×5 mm的熱鍍鋅扁鋼或截面積不小于95 mm2的多股銅線，且長度不宜超過30 m。

接地引入線不宜與暖氣管同溝布放，埋設時應避開污水管道和水溝，且其出土部位應有防機械損傷的保護措施和絕緣防腐處理。

接地引入線應從地網兩側就近引入。高層通信樓地網與垂直接地匯集線連接的接地引入線應采用截面積不小于240 mm2的多股銅線，并應從地網的兩個不同方向引入。

接地引入線應避免從作為雷電引下線的柱子附近引入。

如選用樓柱鋼筋作為接地引入線，應選取全程焊接連通的鋼筋。

對于樓頂有鐵塔的機房，接地引入線不宜通過建筑立柱鋼筋下地，而應單獨接入到地網中去。

4.2 接地匯集線

接地匯集線指作為接地導體的條狀銅排或熱鍍鋅扁鋼等，在通信局（站）內通常作為接地系統的主干線，按敷設方式可分為水平接地匯集線、垂直接地匯集線、環形接地匯集線或條形接地匯集線。

接地匯集線宜采用環形接地匯集線或接地匯流排（接地匯流排是接地匯集線的一種形態，是與接地母線相連，作為各類接地線連接端子的矩形銅排）方式。環形接地匯集線宜安裝在大樓地下室、底層或相應機房內，移動通信基站或其他小型機房可設置在走線架上，其距離墻面（柱面）宜為50 mm，匯流排可安裝在不同樓層的機房內。接地匯集線與接地線采用不同金屬材料互連時，應防止電化腐蝕。

接地匯集線可采用截面積不小于90 mm2的銅排，機房內的接地總匯集線應采用截面積不小于120 mm2的銅排或熱鍍鋅扁鋼，高層建筑物的垂直接地匯集線應采用截面積不小于3002的銅排。

接地匯集線可根據通信機房布置和大樓建筑情況在相應樓層設置。

4.3 接地線

各類設備的接地端與接地匯集線（接地匯流排）之間的連接導線，稱為接地線。

通信局（站）內各類接地線應根據最大故障電流值和材料機械強度確定，宜選用截面積為16～95 mm2的多股銅芯絕緣導線（不準使用裸導線）。

一般設備或機架的接地線應使用截面積不小于16 mm2的多股銅線；當設備供電相線截面積S大于35 mm2時，設備接地線截面積應不小于S/2。

跨樓層或同層但距離較遠的接地連接線應采用截面積不小于70 mm2的多股銅線。

小型設備（如數據服務器、環境監控系統、數據采集器等）的接地線應采用截面積不小于4 mm2的多股銅線。

如圖10所示，光纜的金屬加強芯和金屬護層如果在進機房（通信大樓）前未斷開，并采用無金屬光纜直接進入機房，則必須進行接地處理。光纜的金屬加強芯和金屬護層應在分線盒或光纖配線架（ODF）的接地排連接（該接地排應與機架絕緣），并采用截面積不小于16 mm2的多股銅線引至本機房內第一級接地匯流排或直接連接至地網。

圖10 光纜金屬構件的接地

接地線宜采用外護套為黃綠相間顏色標識的電纜，由接地匯集線引出的接地線應設置明顯標志。

接地線兩端的連接點應確保電氣接觸良好。截面積在10 mm2以下的接地線可與設備直接連接，截面積在10 mm2以上的接地線與設備連接必須加裝線耳（銅鼻子），接地線與接地匯集線連接必須加裝線耳。線耳尺寸應與接地線線徑相吻合，壓（焊）接牢固。線耳與接地匯集線應采用鍍鋅螺栓連接并加裝平墊片和彈簧墊片，其接觸部分應平整、緊固，無銹蝕、氧化，不同材料連接時應涂抹凡士林或黃油防銹。

接地線中嚴禁加裝開關或熔斷器。

接地線應盡量短、直，多余的線纜應切斷，嚴禁盤繞。

4 結束語

等電位連接系統是通信接地系統中重要的組成部分，具有防止人身遭受電擊，保障通信設備正常運行，防止雷擊和靜電損害等作用，是通信局（站）中設備運行的基本保障。本文首先介紹了等電位連接系統的定義，接著詳細講解了通信局站等電位連接系統的不同的連接方式和優缺點，最后通過詳盡的實例和具體要求對通信局站的等電位連接系統進行了更進一步的闡述。通過這些技術在通信局站中的使用，保障了通信網絡的電氣安全。