通信设备防雷接地系统分析

1神华准能公司通信系统介绍

神华准能公司通信系统分为中心局、露天矿、铁路三大部分,中心局与露天矿的维护工作由准能公司信息处负责,铁路通信隶属大准铁路公司管辖。铁路、露天矿为端局,中心局为汇接局。中心局机房设备包括华为公司1万门CC08数字程控交换机、OSN2500光传输系统、艾默生动力环境监控系统以及综合业务接入等设备,露天矿机房设备较少,但相应安全装置同样不可或缺。目前中心局机房正在进行软交换设备的安装与调试。原因为伴随着互联网的高速发展,公司现有ADSL上网方式已经不能满足用户访问互联网的需求,结合目前住宅小区智能化的建设趋势,使用光纤到户(FTTH)方式选择NGN和PON接入技术组网,实现用户上网速度的提升,满足用户需求。由于中心区设备较多,安全工作至关重要,设备的安全防护措施主要是接地,而人员的安全则是按规程操作,良好的接地及保护措施可以防止雷电的袭击,规范的操作可以避免不必要的意外发生。CC08数字程控交换机设备的保护由外及里,层层防护,外线电缆进入机房配线架,在上架前要对电缆进行接地,上架后,内线与外线之间有保安装置,单板上有过压保护,通过这一道道防线,切实做到保护设备安全运行的目的。中心局机房设备的接地方式为联合接地,也就是说交换、传输、接入等设备统一接到一个接地排上采取联合接地。

2防雷接地基础知识

雷电的产生首先是雷云的形成,地面气体(湿度较大)受热上升与高空冷空气相遇形成积云,云层负电荷从而吸附其他云层的电荷,在运动中使电荷大量聚集。而云层中的电荷分布是不均匀的,当不同电荷的积云相互靠近时,或带电积云对大地的静电感应而产生异性电荷时,宇宙间将发生巨大的电脉冲放电,这样就产生了雷电现象。通过统计分析,雷电具有一定的特性,大多数雷电放电发生在云内,少数发生在雷云与大地之间,而90％左右的雷是负极性的。雷电的过压会造成相当严重的后果,电磁污染、电磁干扰、设备损坏甚至系统崩溃。雷击分为感应雷和直击雷两种形式。感应雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应所产生的雷击。直击雷是雷电直接击中电气设备或线路,造成强大的雷电流通过击中的物体泄放入地,所以,直击雷的破坏性很大,大部分雷击为感应雷,其伤害相对直击雷较小,但如果防护措施不当,也会给设备和人员带来极大的危险。因此,有效的防雷措施是保护设备和人员的必要手段。常见的防雷元器件有接闪器、消雷器和避雷器,大体上,雷电的防护分为外部防雷和内部防雷,外部防雷主要采取接闪器、引下线及接地装置,内部防雷主要有屏蔽、过压保护、合理布线以及安全距离。通过种种合理的措施与办法,通信机房设备与人员的安全得到了切实的保障。

3中心局联合接地系统

通信局中接地装置或接地系统中的“地”指的就是我们通常说的大地,因为其面积的幅员辽阔,因此具有无限大的电容量,可以作为良好的参考零电位。“接地”就是将通信设备中的接地端子,通过接地装置与大地作连接,并把该部位的的电荷导入大地,达到降低危险电压和防止电磁干扰的目的。在掌握联合接地系统之前,有必要了解一下接地的分类及作用。通信电源接地系统根据其性质和用途的不同,可以分为,交流接地和直流接地,工作接地系统和保护接地系统和防雷接地系统。其中防雷接地系统又划分为设备防雷和建筑防雷。交流接地系统分为工作接地和保护接地,工作接地是指低压交流电网中将三相电源中的中性点直接接地。交流工作接地的作用是将三相交流负荷不平衡引起的在中性线上的不平衡电流泄放于地,从而来减小中性点电位的偏移,使各相设备能够正常运行正常运行。平时说的零线,就是接地后的中性线。保护接地是指在正常情况下将受电设备与带电部分绝缘的金属部分与接地装置做良好的电气连接,这样设备即使绝缘装置遭到损害,也不会发生触电的危险。直流接地系统由工作接地和保护接地两部分组成,这两者都起保护作用。工作接地保护通信设备和直流通信电源设备的正常运转；保护接地保护人身和设备的安全。在通信电源的直流供电系统中,为了保护通信设备的正常运行、保障通信质量而设置的电池一极接地,称为直流工作接地,通常为48V和24V的正极接地。直流工作接地作用很大；①利用大地做良好的参考零电位,保证在各通信设备间参考点位没有差异,确保设备正常工作；②减少因用户线路对地绝缘异常时所造成的通信回路单音。直流保护接地是将设备的金属外壳和金属护套部分接地,主要作用有1、直流设备绝缘损坏时不致于发生触电危险,从而保证维护人员的安全；③减小设备和线路中的电磁感应,防止静电发生。减小杂音,达到屏蔽目的。一般情况下,直流的工作接地和保护接地合二为一,继而出现了更为科学的联合接地系统。采用联合接地方式使所有接地系统联合组成低接地电阻值的均压网优点显著,具体表现为:(1)地电位均衡,同层各地线系统电位大体相同,消除危及设备的电位差；(2)公共接地母线为全局建立了基准零电位点。全局按一点接地原理而用一个接地系统,基本上不存在电位差；(3)消除了地线系统的干扰。依据各种不同电特性设计多种地线系统,使其相互影响,而采用一个接地系统后,成功地做到了无干扰；(4)电磁兼容性能变好。由于强、弱电,高频及低频电都等电位,又采用分屏蔽设备及分支地线等方法,所以电磁兼容性能获得提高。联合接地装置包括地、接地体、接地引入线、地线排和接地配线,把接地装置tongguo接地线与设备的接地端子连接起来就构成了接地系统。如图1所示。接地装置系统中,接地电阻尤为重要,它是接地体对地电阻和接地引线电阻的总和,一般由接地引线电阻、接地体本身电阻、接地体与土壤的接触电阻以及接地体周围呈现电流区域的散流电阻这四部分组成。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地装置流入大地电流的比值。衡量土壤电阻大小的物理量是电阻率,土壤电阻率,即电流通过体积为1m3土壤的这一面到另一面的电阻值,符号为ρ,单位Ω•m,土壤电阻率的大小与以下几个因素有关:(1)土壤的性质。不同土壤的性质对土壤的电阻率影响差别很大,一般来讲,土壤含有化学物质较多时,其土壤电阻率也较小。同一块土壤,大地表面部分土壤电阻率较大,距离地面越深,电阻率越小,而且有稳定的趋势。所以在世纪工作中,应根据世纪情况的不同,选择好接地装置的位置,尽量将接地体埋在较理想的土壤中。(2)土壤的温度。当土壤的温度在0℃以上时,随着土壤温度的升高,土壤电阻率减小,但不明显,当土壤温度上升到100℃时,由于土壤中水分的蒸发反而使土壤的电阻率有所增强。但是当土壤的温度在0℃以下时,土壤中水分结冰,其土壤电阻率急剧上升,而且当温度继续下降时,土壤电阻率增加十分明显。因此,在实际应用中,往往将接地体埋设在冻土层以下,以避免产生很大的接地电阻。同时,对于同一接地装置系统在一年中的不同季节里,其接地电阻不同,这除了土壤温度的因素,还与土壤的湿度有关。(3)土壤的湿度。土壤电阻率随土壤湿度的变化有着明显的差别,一般来讲,湿度增加会使土壤电阻率明显减小。所以,一方面接地体的埋设应尽量选择地势低洼、水分较大之处；另一方面,平时在测量系统接地电阻时,应选择在干季测量,以保证一年中接地电阻最大的时间里系统的接地电阻仍然能够满足设备要求。(4)土壤的密度。土壤的密度即土壤的紧密程度。土壤受力越大,越密实,电阻率就越小。因此,在接地体的埋设方法上,不用采取挖掘土壤后再埋入接地体的方法,可采用直接打入接地体的方法,这样既施工简单,又可以使接地电阻下降。(5)土壤的化学成分。土壤中含有某些特定化学成分(如酸、减、盐等)时,土壤电阻率就会明显变小,在实际工作中,要想减小土壤的电阻率,可以试用在土壤中深入食盐,或者添加其他的化学降阻剂。

4接地电阻测试

测试接地装置的接地阻抗时电流极要布置的越远越好,一般情况下,电流极与被测试接地装置边缘的距离应为被试接地装置最大对角线长度的4至5倍,电压引线长度为电流引线长度0.618倍。接地网肩负着工作接地和保护接地的双重作用,当接地电阻过大发生接地故障时,使中性点电压偏移增大,可能使健全相和中性点电压过高,远远超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。在雷击时,由于电流很大,会产生很高的残压,使附近的设备受到反击的威胁,并降低接地网本身保护设备带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而至使设备损坏。同时合格的接地系统的接地电阻可以保证维护人员安全;但由于土壤中含有的某些化学成分,会对对接地装置造成腐蚀,随着时间的推移,如果接地装置被腐蚀,就会影响到通信局设备的安全运行;因此,对地网接地电阻的定期测试必须加大力度;运行中通信局地网接地电阻的测量,如果受到系统流入地网电流的干扰以及试验引线线间的干扰,测试结果就会产生较大的误差。如果对地网接地电阻测试不准确,不仅损坏设备,而且会造成不必要的损失,通过多年接地电阻测试经验,现总结如下:接地电阻测试仪型号ZC-8测试图连接:测试步骤:(1)首先要清楚被测地网的形状、大小和具体尺寸；确定被测地网的对角线长度D,仪表端所有接线应正确无误。(2)在距离地网的2D处,打下地阻仪的电流极棒C和电压极棒P,探针入地不小于40cm,测试两次。(3)保持接地摇表水平放置并使倍率调整检流计机械归零,把倍率开到最大档,摇动摇表手柄并匀速加快摇柄速度,达到120r/min,同时调整仪表电位器刻度盘,使接地电阻测试仪处于平衡状态。(4)在检流计指针偏向某一方向时,转动刻度盘,让检流计归到“0”点。这个时候,刻度盘上的读数乘上倍率档就是被测电阻值。(5)如果刻度盘读数小于1时,检流计指针却仍然没有平衡,那么,就把倍率开关开小一档,通过大小调节,直到完全平衡为止。注意事项:(1)测量前,对于辅助电极的布极位置选择有严格要求,所选择的布极点必须没有其他电流的干扰,并且辅助电压极和接地体边缘三者之间各自的距离不小于20m。(2)为保证测量精度,尽可能把接地体和它上脸的设备断开,防止接地体上泄露的杂散电流影响测量精度。(3)不允许测试极棒松动,土壤必须密实。测量时,可通过调整辅助电极上下位置来防止地阻仪灵敏度过高。如果地阻仪灵敏度过低,那么就通过在辅助电极周围胶水,来减小辅助电极的接触电阻。(4)尽量不在雨天或者雨后来测量接地电阻因为地面湿度大会造成接地电阻减小的情况。(5)禁止在被测物体带电时测量,另外,当测试现场是斜坡时,电流极棒和电压极棒距地网的距离应是水平距离投影到斜坡上的距离。在现实的工作当中,测试接地电阻存在诸多安全方面的问题,人孔井盖开启后,井中有大量有毒气体,测试时要求将气体释放一段时间后技术人员再下到井中作业,否则很容易造成窒息现象。测试时一人操作另外一人负责监护,避免发生其他意外。所有实地测量,除了是为整改提供依据以外,都是为了为作业人员寻求最有效的人身安全保障。同时,也能充分防止设备的进一步损坏。这样通信设备就可以正常运行,设备维护人员的工作环境也更为可安全靠。所以在每年的春季安全检查工作中,接地电阻测试是一项必不可少的工作。

5结语

虽然说雷电的产生不可避免,但是科学的进步会使雷电对设备的伤害以及给人们生活带来的不便日益减小。采取各种有效的手段防止设备、人员遭受雷击是目前应对雷电的主要工程,也是科研领域研究的重要课题。作为通信设备的维护人员,学习与设备各方面相关的知识是提高专业技能和维护水平的关键,只有了解、掌握维护、安全常识才能确保设备安全、可靠、稳定运行。

作者：孙萍 单位：神华准能公司信息处