1   引 言

众所周知,通信局(站)的接地系统是保证通信系统正常、稳定、可靠、安全运行不可缺少的。合格的接地系统可以有效地进行雷电保护、故障保护和提高系统抗干扰能力、提供稳定的信号基准。

接地系统的首要目的是保障人身和设备的安全。能够影响人身和设备安全的两个重要的现象是雷电和电源系统故障,这两个现象都会产生较大的环流,导致设备结构中产生危险电压。雷电电流是从外部引入到设备中的,大地(土壤)是雷电电流泄放的唯一通道。电源故障电流也会通过大地或保护地线返回电源。接地系统的任务就是提供雷电和电源系统故障电流返回的低电阻(阻抗)通道。从而使雷电电流在大地中迅速消散,或使电源故障电流保护装置(断路器、熔断器)动作,迅速切断故障回路。以避免产生危险电压和设备的损坏。

接地系统的第二个目的是减少干扰。合格的接地系统可以减少信号回路中的噪声,提供静电放电的回路,为各种电子和电气设备提供公共的稳定的电压基准。当然,稳定的电压基准仅仅在理论上可以得到,因此常常用“等电位”一词来描述两点之间零电压差的理想目标。然而,电位的概念仅适用于静电和直流,所以,感应仍会使任意两点之间的电压大于零,造成干扰。接地系统能使干扰减少,是因为接地系统是干扰源和灵敏设备系统之间的电流返回通道,同时也作为保护装置(如滤波器等)的电压基准。

此外,过去的电信系统曾利用大地作为通信信号返回的通道,但现代通信系统已不采用了。因为通信系统的大地环路中常常引入很大的干扰,特别是采用高频系统时,传输衰减较大,接收到信号很小,因而对干扰更加灵敏,应避免采用大地作为信号返回通道。

接地系统能否达到预期目的,关键在于如何正确地设计和建设通信局(站)接地系统。我国曾多年沿袭前苏联的接地系统做法,有些设计和建设单位的做法比较混乱,甚至对于一些不合理的做法已习以为常。

2005年我国发布了中讯邮电咨询设计院修订主编的邮电行业标准YD5098-2005《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》,提出了通信局(站)防雷接地系统规范做法,包括综合通信楼、交换局、大型数据中心、模块局、市话接入网点、宽带接入点、移动通信基站、卫星地球站、光缆中继站、微波站等的防雷接地设计。该标准2011年上升为国家标准GB50689《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》。毫无疑问,通信局(站)防雷接地工程设计应遵循上述两个标准。然而目前电信工程设计和施工中仍有不规范做法,有些存在着安全隐患,有必要根据相关标准,更新设计观念,废止过时的做法,采取先进合理的做法。此外,IEC和ITU国际标准对接地系统要求的规定常常有所改进和更新,不断跟踪国际接地技术发展动向,改进我国通信局(站)的接地设计也是十分必要的。

本文阐述通信局(站)接地和连接的基本概念,讨论重要的联合接地理论,防雷和电源故障保护接地,并介绍近年来IEC、ITU关于接地的新概念,新做法,并结合当前实际工程存在的问题,提出建议,供有关技术人员参考。

2   设备接地系统的分类

通信局(站)内的各种设备均应可靠地有效接地,构成各种设备接地系统。通信局(站)内的设备接地系统主要有三类:建筑防雷接地、故障保护接地和信号基准(功能)接地系统。

防雷接地系统的目的是使雷电能量在大地中消散,需要多点连接到接地体,要求传递大功率的能力很强,雷电电流通道阻抗很低,雷电发生时不产生危险电压,自身也不会损坏。

故障保护接地系统的目的是提供故障电流通道，使设备保护装置(断路器、熔断器)迅速动作,切断故障电路，并使设备机壳电压保持在接近地电位。

信号基准接地系统的目的是减少信号电路中的噪声，提供静电泄放电路，并确定信号的电压基准。

3   联合接地方式

通信局(站)内设备的接地方式主要有两种,即独立接地方式(也称为分散接地/分设接地)和联合接地方式(也称为综合接地)。现代通信局(站)必须采用联合接地方式。

过去一些电信设备采用独立接地方式,即对其中不同的设备分别采用不同的独立接地体(或由多组接地体互相连接构成的独立的接地网)的接地方式,例如,计算机和电信设备“干净”的(信号基准)接地采用一组独立的接地体,电源系统(故障保护)接地采用另一组独立的接地体,防雷接地系统再接一组独立的接地体(如图1所示)。独立接地体的定义是:“当一个独立接地体流过可能的最大的电流时,对其他独立接地体的电位不会产生很大的影响。”因此,在理论上计算机和电信系统与电源系统、防雷装置的接地系统似乎是没有联系的,比较安全的。但是,实践证明独立接地的概念和做法是错误的。独立接地不但不能改善EMC性能,而且还会产生对人身和设备的危险电压。因为在一个独立接地系统的设备中,总会有通过土壤或通过寄生元件(寄生电容或互感)与其他独立接地系统中设备的连接。在雷电和电源故障发生时,某个独立的接地系统设备和其他独立接地系统设备之间就会产生危险的瞬态过电压。

图1  独立接地方式(独立的接地体或接地网络)

由于多个用于不同目的的独立接地系统所带来的不安全因素日益严重,不同接地导体间的耦合影响也难以避免,会引起相互干扰,因此,应避免或禁止采用这种独立接地方式,而采用联合接地方式。

现代电信设施必须采用联合接地方式,即电信设备、电源设备,建筑物防雷设备等接地系统共用一组接地网络的接地方式,如图2所示。要求每个接地体相互连接;每个楼层的所有接地系统设备相互连接,构成一个统一的接地网络。接地体一般可利用建筑物基础的钢筋结构,并沿建筑物四周距离基础1m左右的位置埋设环形接地体,环形接地体应由水平和垂直接地体组成,并与建筑物基础内钢筋焊接相连。

图2  联合接地方式(相互连接的接地体和接地网络)

联合接地要求不同接地体或地网之间最少要有两点连接(冗余),以防止一根导体断开时部分地网被隔离。

4   接地电阻

接地电阻是指接地体对地的电阻值,定义为接地体连接点与远方大地之间的电阻。

其数值等于接地体相对远方大地的电压与通过接地体流入大地的电流的比值。理想情况下的接地电阻应为零。但任何接地体都会有一定的接地电阻。接地体系统的接地电阻应满足各种设备接地系统的要求。为安全起见,通信建筑的接地电阻一般不应超过几十欧姆。我国过去的相关标准曾明确规定了各类通信局(站)接地装置的接地电阻值的要求,但在实际应用中存在着一些问题。我国标准YD5098提出了与前不同的设计观念。（御风）