通信工程中设备防雷接地抗干扰设计

2020-01-06刘东坤宋仕泽汪恒旭乔志明

通信电源技术 2020年13期

刘东坤，宋仕泽，汪恒旭，乔志明，罗钦

（山东科技大学济南校区，山东济南 250031）

0 引言

在通信工程设备防雷接地工作开展过程中，由于工作认识存在误区，使得防雷接地抗干扰系统未能发挥出相应作用，间接影响通信工程运行的可靠性。通过对设备雷电侵入途径进行分析，针对性进行设备防雷接地抗干扰设计，主动消除雷电侵入风险，可保证通信设备的运行可靠性。

1 工作认识误区

1.1 工作理念落后

部分工作人员工作理念落后，对通信工程设备防雷接地工作没有足够认知，使得防雷工作未能充分发挥作用，影响设备运行安全性。

1.2 防雷接地系统不完善

部分通信工程进行设备防雷时，没有建构科学完善的防雷接地系统，使得防雷工作存在短板，无法保证通信设备稳定运行。

1.3 整体防雷接地意识缺乏

由于人员主观意识偏差，缺乏整体防雷接地意识，在进行防雷接地抗干扰设计工作时，没有突出各个防护技术的融合，没有实现预期防雷接地工作效果。

2 雷电侵入途径

2.1 天馈线引入

雷电击中通信铁搭后，产生的高压电流会沿着天馈线泄放。由于天馈线与部分设备相连接，将导致部分设备受到雷击，影响设备运行安全。

2.2 交流配电引入

部分通信工程采取架空方式进行线路引入，但在交流配电运行过程中，可能会使得雷电引入，对内部通信设备产生物理损坏[1]。

2.3 直流系统引入

通信站内的很多设备都采取直流供电，一旦雷电沿着直流系统引入，将对通信设备产生巨大破坏，直接影响通信工作的安全性。

2.4 信号传输线引入

开展通信工作时，需使用大量通信传输线，雷电由信号传输线引入后，会对相关连接设备产生直接损坏。

2.5 接地系统引入

如果接地系统没有达到设计要求，当雷击问题出现时，将可能沿着接地系统引入，对相关设备产生直接损坏，影响通信工程的运行安全性与稳定性。

3 防雷接地抗干扰设计原理及要求

3.1 设计原理

进行设备防雷接地抗干扰设计时，应科学连接信号源地面与信号测量装置，确保模拟信号的面积、连接趋于一致，提高系统的整体抗干扰能力。进行继电器、驱动电机设备设计时，为保证设备运行安全性，需保证设备分离独立运行。为将模拟型号与数字信号的干扰控制在最低，需设计相关地线，使得两者控制处于不同界面。

3.2 设计要求

进行通信工程设备防雷接地抗干扰设计时，应遵循以下设计要求：（1）高压防护接地装置，应与机架的耐电压大于3 000 V，避免击穿、飞弧问题的出现；（2）机架高压防护装置设计时，应保证防护架与接地设备之间的绝缘电阻大于1 000 Ω，保证设备系统的整体运行安全性与可靠性；（3）高压机架的防护接地设备，应与其连接端子的截面积大于35 m2；（4）机架高压防护装置设计时，应对相关线路进行金属绝缘防护，接地连接线的截面积应在6 m2以上。

在通信工程运行过程中，为保证设备的运行安全与质量，进行设备高压雷击防护设计时，为实现设备的防雷接地抗干扰要求，应对设计的防护技术方案进行试验，测试设备的防雷接地保护效果，进而根据试验数据对设计方案进行优化[2]。

4 防雷接地抗干扰设计要点

4.1 分流散流设计

接地工作的开展对设备防雷工作非常重要。高效可靠的接地系统，可提高雷电泄流的速度，缩短雷电产生电流、电压在设备仪器中的停留时间，有效保护设备仪器运行安全。

进行接地电阻设计时，根据接地体到接地设备的接地母线距离，计算接地表面与土壤的接地电阻，分析接地电阻设计方案的可行性，选择合适的电阻材质、大小和技术方案，保证接地电阻可发挥出一定价值。

为实现分流散流设计工作目标，可进行散流电阻的设计，基于接地体向周边扩散20 m，分析覆盖土壤的散流效果。通过分析可知，影响散流效果的主要因素为土壤含水量。为降低接地电阻，应从接地体的最佳埋深、不等长技术、化学降组等领域入手，实现预期降低电阻工作目标。

垂直接地体的合理埋深，可将散流电阻控制在一定范围内。在对垂直接地体的埋深数据进行设计时，应考量三维地网因素，三维地网指接地体的埋深与接地网的等值半径。处于同一数量级的接地网，应根据三维接地网的特点，选择埋深范围内的最大值，实现降低电阻的预期工作目标。

进行分流散流设计时，可合理应用不等长接地体技术。因为接地网中各个接地体之间存在埋深间距，而且埋深间距为接地体长度的2倍左右。若电流流入单一接地体时，受到接地体之间的相互制约，则会阻滞电流的流散。该种电流流散现象，即为不等长接地体的屏蔽作用。基于不等长接地体技术的合理应用，可有效解决单一接地体的屏蔽问题，提高多个接地体的利用效率，有效降低接地体的散流电阻，实现设备防雷接地抗干扰工作预期目标[3]。

4.2 等电位联结设计

为实现设备防雷接地抗干扰工作要求，可合理应用等电位联结技术。等电位联结技术的应用主要涉及以下部分：外部与设备之间的等电位、建筑物内部的等电位、等电位联结措施等。进行设备等电位联结设计时，基于通信工程设备的金属外壳，直接与等电位母排进行电气联结，或者直接与接地基准平面进行电气联结，设备中的用电线路将通过电涌保护器与设备外壳进行等位联结。例如，对银行机房的通信系统进行等电位设计时，采取M型等电位连接技术方案，避免设备运行过程中受到低频电流的干扰，保证在雷电环境下设备处于等电位状态下，规避雷电对设备的损坏。

4.3 接地与屏蔽设计

在通信工程设备运行过程中，为实现防雷接地工作要求，应进行正确接地与雷电屏蔽，提高设备的抗干扰能力。例如，用电设备的高压侧加装专业避雷针，避免雷电进入设备的低压区域而影响设备的运行安全。

设备低压侧进行接地保护设计时，需保证低压侧出线电缆的钢铠有效可靠接地，并设计多路接地，保证设备高效接地。例如，在通信工程设备运行过程中，需利用室外通信线进行工作，为避免雷电侵入，可在进线侧设计相应的雷电电涌保护器，避免交换机设备受到雷击而影响通信工程的整体运行安全性。同时，应确保避雷针独立引入大地，保证避雷针的接地安全性与可靠性。

在对微机设备进行保护时，为避免雷电沿通信信号线侵入设备，应对通信信号线进行保护，采取双绞层屏蔽电缆对通信信号线进行屏蔽处理，有效抑制雷电侵入问题。铺设通信信号线时，应将其与强电导向分开铺设，避免强电导线产生的电场谐波影响设备运行安全。例如，进行通信工程的设备仪器控制时，同时拥有模拟电路与数字电路，必须将数字电路与模拟电路分开。若两者线路控制没有进行有效分离，在实际运行过程中不仅会相互干扰，而且会对设备产生严重损害，直接影响通信工程的整体运行安全性。

4.4 浪涌保护器设计

在通信工程设备运行过程中，一旦出现雷电侵入问题，将对相关设备、开关、继电器产生瞬态浪涌过电压，浪涌电压的出现会导致设备的运行安全性、可靠性下降，直接影响通信工程的整体运行可靠性[4]。

进行设备防雷接地抗干扰设计时，为有效预防浪涌电压问题，应配备浪涌保护器设备。浪涌保护器采用等电位理论，将浪涌电流泄放到大地。浪涌电压出现时，瞬变电压抑制二极管，可以首先做出技术动作，开始对浪涌电流进行泄放，将输出钳位控制于截止电压，主动规避过载电压对设备的物理损害。当抑制二极管的放电电流逐渐上升时，使得充气式放电器端电压超过其点火电压，发生相关技术动作，同步开始泄放电流。此时，充气式放电器处于低阻状态，端电压仅为10～30 V，可避免长时间浪涌电压导致抑制二极管烧毁。

进行浪涌保护器设计时，不仅需要配置气体放电管与抑制二极管，而且需要配置压敏电阻、奇纳二极管、金属间隙等元件。通过融合各个设备的优点，进而发挥出浪涌保护器的工作效能，保证通信工程中设备的运行安全性。

4.5 接地系统设计

4.5.1 TN-C-S系统

TN-C-S系统主要应用于区域变电所引线给用电设备领域，如通信工程设备用电时，为避免雷击风险，应根据设备运行特点选择对应接地系统。例如，用电接入前采用TN-C系统，在用电接入时进行重复接地，进而成为TN-S系统。通过对该接地系统进行分析可知，该系统中的保护接地线PE所连接的通信工程设备外壳在工程正常运行过程中不带电，其中中性线N会带电，有效提高了设备运行安全性与可靠性。

当N线与PE线的引线均从接地体的同一位置引出时，应选择正确的接地电阻值，使得不同电气设备获得相同的接地基准电位点，保证设备整体接地，主动规避雷击风险，保证通信工程运行可靠。

4.5.2 TN-S系统

若通信工程设备用电运行过程中需在建筑场所内配置独立的配电所，为保证设备运行安全性，则可应用TN-S系统，TN-S接地系统具有安全可靠的基准电位。通过对TN-S接地系统进行分析可知，在该系统运行过程中，系统的保护接地线PE没有电流通过，因此对应接入的设备外壳没有对地电压，使得该系统具有非常强的电磁适应性。出现突发雷电事故时，可快速切断设备电源，保证通信设备整体安全。若通信工程设备运行环境较为恶劣，频繁受到雷电侵入，则可应用TN-S接地系统，有效保证精密电气设备的运行安全[5]。

4.5.3 TT系统

TT系统，即三相四线接地系统，该接地系统可在通信工程设备防雷接地抗干扰工作中发挥一定作用。通过对TT系统进行分析可知，在电力系统运行过程中，不论三相负荷是否平衡，中性线是否带电，保护接地线PE线均不会带电，用电设备外露导电部分也不会带电，可确保设备安全稳定运行。

当接地系统中发生单相接地故障时，则会导致设备带电，影响设备运行安全。为避免设备带电且受到雷电袭击，应利用残留电流开关设置为用电设备的保护装置，提高设备的整体防雷接地抗干扰性能。

在TT接地系统运行过程中，可有效保护设备与人身安全，而且该系统可取得一定基准接地电位，使得通信工程中的设备具有一定防雷接地抗干扰功能，保证通信工程的运行可靠性。

4.5.4 TN-C系统

TN-C接地系统主要应用于三相负载相对平衡的用电领域。在通信工程的设备运行过程中，三相负载相对平衡，则可合理应用该接地系统，实现防雷接地抗干扰工作预期目标[6]。

当接地系统的PEN线产生不平衡电流时，设备线路中可能会出现高次谐波，并在中性线上进行叠加，进而导致中性线带电，使得中性线的接地电位处于不稳定状态。该种运行条件下，设备外壳带电，会诱发雷电侵入风险。为保证通信工程设备的运行安全，应对设备的多种运行工况进行剖析，进而选择适宜的接地系统，实现设备防雷接地抗干扰设计工作目标。