通信局站等电位连接系统详解

1 等电位连接的定义

等电位连接是指：通过可靠的电气连接，使两个彼此分离的导体间的电位差趋于零。实际上就是使用导线或导体将近距离的不同导体连接起来，使其电气上导通并最大限度地消除导体之间的电位差。

如图1所示，通信局（站）的等电位连接系统就是接地系统中的地线子系统，一般由接地引入线、各级接地汇集线（接地汇流排）、各级接地线组成。

图1 接地系统及等电位连接系统的组成

等电位连接系统作为接地系统的一部分，主要作用包括：

（1）为电气设备提供参考电位；

（2）作为接地故障的保护线，提供人生安全保护；

（3）等电位连接系统还具有电磁屏蔽和雷电保护的作用。

人们常见的例如：高压操作服、特斯拉线圈高压表演中的等电位服等都是应用了等电位连接可以消除导体之间的电位差的原理来达到保护操作人员人身安全的目的。

如图2所示，通信局（站）的等电位连接分为：直接等电位和瞬态等电位。走线架、空调室外机外壳、输水管道等不带电（或者说电位为0 V）的金属物体采用直接等电位，应直接连接至接地汇集线。其他例如：电源线、信号传输线等带电不允许直接接地的金属物体则通过SPD来实现雷击时的瞬态等电位。

图2 通信局（站）等电位连接示意

2 通信局站等电位连接方式分类

2.1 基本的等电位连接方式

在国际电信联盟 ITU的 K.27 建议书《电信大楼内的连接结构和接地》中，对包括通信局（站）在内的现代建筑的连接结构和接地系统在结构上做了具体的描述和建议，如图3所示，基本的等电位连接方式分为星型（S）结构和网型（M）结构，也可称为星状结构和网状结构。

按等电位连接系统与通信局（站）联合地网（建筑物共用接地系统CBN）之间的连接方式不同，通信局（站）等电位连接系统又可分为图4中的3种基本结构。

第一种，内部星型隔离连接（STAR-IBN）：内部采用星型连接，但与CBN只有一个点连接。

图3 基本的等电位连接方式

第二种，内部网型隔离连接（MESH-IBN）：内部采用网型连接，但与CBN只有一个点连接。

第三种，内外网型多点连接（MESH-BN）：内部采用网型连接，与CBN也是多点网状连接。

更深入来说，等电位连接系统连接结构其实可以从整个通信局（站）和单个设备系统两个层次来理解。

（1）从宏观方面看：指整个通信局（站）内各种设备系统群之间的地线连接方式，比如：供电系统、传输系统、数据系统、无线系统等，它们的接地与CBN的连接方式是星型还是网型连接方式。

（2）从微观方面看：指一个设备系统群内的地线连接方式，比如交换机系统内诸多机框之间以及机框内部是采用星型还是网型连接方式。

对整个通信局（站）来看，图4中的小方块就是一个系统；而对单独一个系统来说，图中的小方块就是一台设备或一个机框。

图4 通信局（站）等电位连接系统的基本结构

2.2 结构的等电位连接方式

从实际应用来看，在一些大型综合性通信局（站），经常会有几种不同接地方式组合在一起才满足各种通信设备等电位连接要求的情况。比如：有的通信系统要求使用内部星型隔离连接法，而另外的通信系统则要求采用网型多点连接法。为了适应这些情况，需要采用图5中的组合结构的等电位连接方式：

第一种，星型连接的变种：星星组合连接或树干状连接，不同楼层的星型连接系统分别在自己楼层连接专门接地汇流排或主干地线上。

第二种，网星网组合连接：内部网型隔离连接系统和网型多点连接系统通过专门接地点连接起来。

第三种，星网组合连接：内部星型隔离等电位连接系统和网型等电位连接系统通过专门的一个接地点（接地总汇集线）连接起来。

第四种，网型多点连接的变种：网网组合连接，不同楼层的网型多点连接系统分别在自己楼层与建筑钢结构（均压环）网型多点连接。

表1 不同的等电位连接方式的优缺点

2.3 不同等电位连接方式的比较

不同的等电位连接方式各有优缺点，网型多点连接由于各个设备从不同方式就近接地，因此等电位效果较好，组成的等电位连接网络对高频电磁干扰有相对较好的衰减效果，缺点是由于等电位连接系统较复杂，异常电流的路径和方向很难确定，也容易引入低频干扰。

图5 组合型等电位连接方式

相对的，星状连接系统中各个设备之间的接地相对独立、相互之间干扰很小，系统工作状态比较稳定，低频干扰屏蔽效果较好，缺点是为了保证各个设备的地都单独连接至接地汇流排，就必须做好设备的绝缘处理，否则机壳金属与建筑钢结构或设备走线架有电气接触，相当于由多条地线与接地汇流排连接。而合理的采用混合型（M-S）等电位连接方式则可以兼具两者的优点。

3 通信局站等电位连接实例

3.1 大型通信局（站）的树状等电位连接系统

作为星型隔离等电位连接方式的变种，树状等电位连接方式在我国很多高层通信大楼中应用。所谓的树状连接如图6所示：是指用一条扁铜带作为接地总汇集线（也称为垂直接地主干线VR），从接地总汇集线（汇流排MET）一直引到大楼最高层，供各楼层所有通信设备等电位连接使用。同时，在各楼层、各机房按需设置楼层接地汇集排（FEB）或机房接地汇集排（局部等电位汇流排LEB）。需要注意的是，VR应通过绝缘子安装、固定，以保持与建筑物钢结构的隔离。通信大楼的树状等电位连接具有可以大量减少星状隔离等电位系统中连接FEB/LEB和MET之间的等电位连接导线，节约线槽空间，简化等电位系统等优点。

3.2 无线通信基站的等电位连接系统

（1）无线通信基站的网状等电位连接：

图6 高层通信大楼的树状等电位连接

一般来说，无线通信基站的上方或旁边会有较高的天线铁塔，而且很多基站还建在高山上，因此，基站通过铁塔引来直接雷击的概率较大，这些直击雷的电流幅值很大，一般在几十kA、甚至上百kA，而基站所在位置的土壤地质条件往往很差，导致地网接地电阻值较大，这种地网条件差的基站有这么大的雷电流要通过地网泄放，地电位差问题非常突出，为了尽可能消除机房设备之间的地电位差，基站可采用如图7所示的以环形接地汇集线为主的网状等电位连接方式来平衡设备之间的电位差。环形接地汇集线一般沿走线架或机房墙壁设置，基站主设备、电源、防雷器等通过导线就近与环形接地汇集线连接，环形接地汇集线又与室外环形地网在机房建筑四周保持多点连接，保证非正常进入室内的大电流能就近下地，减少设备之间的电位差。

图7 无线通信基站的网状等电位连接示意

（2）无线通信基站的星型等电位连接：

如图8所示，当无线通信基站采用星型隔离等电位连接方式时，宜设置总接地汇流排，并通过接地引入线与地网单点连接，总接地汇流排应设在交流配电箱和第一级电源浪涌保护器（SPD）之间，开关电源以及其他设备的接地排母线均由总接地汇流排接引。如果设备机架与总接地汇流排相距较远，可采用两级汇流排。基站星型等电位系统采用两级汇流排时，第一级电源浪涌保护器、交流配电箱及光缆加强芯和金属护层的接地线，应从总接地汇流排接引；其他设备从第二级汇流排接引。目前，我国无线通信基站大多采用星型等电位连接系统。

图8 无线通信基站的星型等电位连接示意

无线基站宜在机房馈线口的室外侧设置室外汇流排（馈线接地排）作为馈线的接地点，室外汇流排应与室内地线系统电气隔离，并就近与基站地网连接。考虑到防盗，室外汇流排也可设置在室内，但上述要求不变。

3.3 总接地汇流排的设置

对于具有市话功能的局站如接入网点、模块局等，由于架空铜缆（用户线）引雷的原因，为减少系统电位差，总接地汇流排（总地排）应如图9所示尽可能设置在总配线架（MDF）附近，总接地汇流排与地网的连线越短越好。这也是为什么总配线架机房（测量室）常常设置在通信大楼一楼的原因。

图9 总接地汇流排的设置示意

4 等电位连接系统各部分的具体要求

4.1 接地引入线

地网与接地总汇集线之间相连的导电体称为接地引入线。

接地引入线宜采用40 mm×4 mm或50 mm×5 mm的热镀锌扁钢或截面积不小于95 mm²的多股铜线，且长度不宜超过30 m。

接地引入线不宜与暖气管同沟布放，埋设时应避开污水管道和水沟，且其出土部位应有防机械损伤的保护措施和绝缘防腐处理。

接地引入线应从地网两侧就近引入。高层通信楼地网与垂直接地汇集线连接的接地引入线应采用截面积不小于240 mm²的多股铜线，并应从地网的两个不同方向引入。

接地引入线应避免从作为雷电引下线的柱子附近引入。

如选用楼柱钢筋作为接地引入线，应选取全程焊接连通的钢筋。

对于楼顶有铁塔的机房，接地引入线不宜通过建筑立柱钢筋下地，而应单独接入到地网中去。

4.2 接地汇集线

接地汇集线指作为接地导体的条状铜排或热镀锌扁钢等，在通信局（站）内通常作为接地系统的主干线，按敷设方式可分为水平接地汇集线、垂直接地汇集线、环形接地汇集线或条形接地汇集线。

接地汇集线宜采用环形接地汇集线或接地汇流排（接地汇流排是接地汇集线的一种形态，是与接地母线相连，作为各类接地线连接端子的矩形铜排）方式。环形接地汇集线宜安装在大楼地下室、底层或相应机房内，移动通信基站或其他小型机房可设置在走线架上，其距离墙面（柱面）宜为50 mm，汇流排可安装在不同楼层的机房内。接地汇集线与接地线采用不同金属材料互连时，应防止电化腐蚀。

接地汇集线可采用截面积不小于90 mm²的铜排，机房内的接地总汇集线应采用截面积不小于120 mm²的铜排或热镀锌扁钢，高层建筑物的垂直接地汇集线应采用截面积不小于3002的铜排。

接地汇集线可根据通信机房布置和大楼建筑情况在相应楼层设置。

4.3 接地线

各类设备的接地端与接地汇集线（接地汇流排）之间的连接导线，称为接地线。

通信局（站）内各类接地线应根据最大故障电流值和材料机械强度确定，宜选用截面积为16～95 mm²的多股铜芯绝缘导线（不准使用裸导线）。

一般设备或机架的接地线应使用截面积不小于16 mm²的多股铜线；当设备供电相线截面积S大于35 mm²时，设备接地线截面积应不小于S/2。

跨楼层或同层但距离较远的接地连接线应采用截面积不小于70 mm²的多股铜线。

小型设备（如数据服务器、环境监控系统、数据采集器等）的接地线应采用截面积不小于4 mm²的多股铜线。

如图10所示，光缆的金属加强芯和金属护层如果在进机房（通信大楼）前未断开，并采用无金属光缆直接进入机房，则必须进行接地处理。光缆的金属加强芯和金属护层应在分线盒或光纤配线架（ODF）的接地排连接（该接地排应与机架绝缘），并采用截面积不小于16 mm²的多股铜线引至本机房内第一级接地汇流排或直接连接至地网。

图10 光缆金属构件的接地

接地线宜采用外护套为黄绿相间颜色标识的电缆，由接地汇集线引出的接地线应设置明显标志。

接地线两端的连接点应确保电气接触良好。截面积在10 mm²以下的接地线可与设备直接连接，截面积在10 mm²以上的接地线与设备连接必须加装线耳（铜鼻子），接地线与接地汇集线连接必须加装线耳。线耳尺寸应与接地线线径相吻合，压（焊）接牢固。线耳与接地汇集线应采用镀锌螺栓连接并加装平垫片和弹簧垫片，其接触部分应平整、紧固，无锈蚀、氧化，不同材料连接时应涂抹凡士林或黄油防锈。

接地线中严禁加装开关或熔断器。

接地线应尽量短、直，多余的线缆应切断，严禁盘绕。

4 结束语

等电位连接系统是通信接地系统中重要的组成部分，具有防止人身遭受电击，保障通信设备正常运行，防止雷击和静电损害等作用，是通信局（站）中设备运行的基本保障。本文首先介绍了等电位连接系统的定义，接着详细讲解了通信局站等电位连接系统的不同的连接方式和优缺点，最后通过详尽的实例和具体要求对通信局站的等电位连接系统进行了更进一步的阐述。通过这些技术在通信局站中的使用，保障了通信网络的电气安全。