广播电视播出机房的接地系统设置研究

2023-10-04王卫

科技资讯 2023年17期

王卫

(威海市广播电视台山东威海 264200)

广播电视播出机房一般按功能区来划分，主要包括三部分：一是低压配电室，放置有低压配电柜、UPS不间断电源等；二是主机房,放置有视频服务器、数据库服务器、迁移服务器、串口服务器、字幕机、播控机、字幕数据库、各种交换机和信号转换器等，是综合布线和信息化网络设备的核心，也是信息网络的数据汇集中心，网络设备通常24 h 不间断运行；三是主控室，设有主控器计算机、大面积音频和视频监控墙等。因此，机房的建设与运行维护是一个系统工程，既要考虑为设备正常运行提供一个安全的空间，确保数据信息运行的安全性，也要为广播电视播出从业者创造一个安全的工作环境，所以设置好这些设施和场所的接地至关重要。如果接地设置不当，不仅可能埋下电气安全隐患、引发安全事故，还会增强干扰信号的引入、导致信息系统无法正常工作。

1 机房的接地种类

1.1 接地的概念

接地是指将系统、装置或设备的某一部分通过接地装置与大地相连接，达到安全和功能的目的。一般采用埋在地中的接地极，或设置在建筑物内的接地端子通过接地导线等与大地做电气性连接，即接大地；或是电气装置（如电子设备）与某一基准电位点（也可以是大地）做电气性连接，即接基准地。

1.2 接地的种类

广播电视播出机房一般需做以下接地：（电力）系统接地、电气装置保护接地、信号电路接地、屏蔽接地、防雷接地、防静电接地等。处于同一座广播电视大楼内的接地应采用共用接地系统。

1.2.1 功能性的接地

功能性的接地是指出于电气安全之外的目的的接地。例如：直流系统中的电源正极或中点接地、电力系统的中性点接地；广播电视设备及通信设备的正极接地、电视接收天线用户网络的接地、电子计算机设备的接地等。

1.2.2 保护性的接地

专指为了电气安全而设置的接地。保护性的接地还可以分为以下几种。

（1）保护接地。电气装置的外露可导电部分在线路绝缘损坏等故障情况下有可能带电，为防止这种电压危及人身和设备的安全而设置的接地。

（2）防雷接地。为防止雷电过电压对电气装置和人身安全的危害，将接闪器引入的雷电流泄入地中、将线路上传入的雷电流通过避雷器或放电间隙泄入地中、将雷云静电感应电荷引入地中以及防雷击电磁脉冲措施等[1]。

（3）防静电接地。将静电荷导入大地的接地。静电的能量虽小，但却可能产生较高的电位而发生静电放电，引起人体不同程度的电击感觉、损害对电压敏感的电子器件等。因此，接地是消除静电危害最有效和最简单的措施，但这仅对消除金属导体上的静电有效，对于机房中非导电物体，其防静电措施主要从防护材料的设计与安装中来解决。

1.2.3 功能与保护合一的接地

如屏蔽接地。屏蔽是电磁兼容性要求的基本保护措施之一，目的是防止电气装置因电磁感应或静电感应干扰而将其屏蔽体接地。屏蔽接地具有功能性（抗干扰）和保护性（抗损害）的双重含义。

1.3 共用接地

一座建筑物内通常有几种类型的接地，如果这些接地系统分别独立设置，不但实施起来有难度，而且不同系统的接地导体间会产生耦合干扰，不相等的地电位也会带来安全隐患等，因此共用接地系统应运而生。它不仅接地导体少、系统简单经济，而且低阻抗、系统可靠性高还维护方便[2]。

若多座建筑物之间要进行相互通信和有数据交换时，各个建筑物的接地极也应相互连接。当无法实施连接时，信息网络可采用电气分隔措施，如光纤连接。现实中很多广播电视台与有线电视网络公司不在同一栋楼上，则广播电视台播出机房的数据通常采用光纤进行传输。

2 机房的信号接地

2.1 信号地的定义

为使电子信息设备工作时有一个统一的基准电位，不致因浮动引起信号量的误差，避免内外有害电磁场的干扰，使设备稳定可靠地工作，为此电子信息设备中的信号电路须接地，简称为信号地，它属于功能性的接地。这个地可以是大地，也可以是电子设备的底板、金属外壳、等电位点或面等。

2.2 信号接地的做法

2.2.1 采用单点接地或多点接地

信号电路接地系统的型式一般可根据系统的工作频率及采用的接地体长度确定。为防止接地体成为辐射天线，导体长度不应超过0.02λ，且应避免采用阻抗是无穷大的长度，即λ/4或λ/4的奇数倍（其中，λ=v/f，λ为电子设备的工作波长，v为电磁波在真空中的传播速度，f为电子设备的工作频率）。若接地体长度小于0.02λ，采用单点接地，即信号电路以一接地端子为基准电位点，再由此点引出接地线与接地极相连；若接地导体长度大于0.02λ，采用多点接地，即信号电路分别以最短的接地线接至接地母线，并以此作基准电位。对于高频信号电路的接地，多点接地最为实用[3]。

2.2.2 建立功能等电位联结网络

功能等电位联结是指为信息系统抗电磁干扰及用于电磁兼容的等电位联结。其相互联结的可导电部分电位相等或相近，但相互之间仅传递电位而不传递电流。

（1）机房的电子信息设备是通过建立等电位联结网络实施接地的，其信号接地通常利用供电回路的保护线PE，保护线PE 与中性线N 在电源系统的低压出线侧，即独立设置，不相共用。

（2）功能等电位联结网络的楼层接地干线，通常是由建筑物的总接地端子延伸而来，这样可以使楼层的电子设备能从机房的任何一点以尽可能短的距离与总接地端子联结而接地。

（3）机房的等电位联结网络型式可根据信息设备的分布和机房面积、设备抗扰度以及设备内部的接地型式进行合理选择，采用直连室内设置的环形导体，或添加导体组成方形网格联结，在机房内部形成布满全部区域的共用星形网络。

2.2.3 功能接地和等电位联结导体

（1）功能接地（信号接地）导体可采用金属带、扁平编织线或具有圆形截面的电缆，并尽可能短接。工程实践中一般采用薄铜排（厚0.35～0.5 mm），并依据电子设备灵敏度、接地线的长度、电子设备的工作频率等在80～240 mm之间选择薄铜排宽度。

（2）功能等电位联结的环形网络导体，优先选用裸或绝缘的铜质材料，以处处可接近的方式安装，且不小于如下尺寸：铜带截面为30 mm×2 mm；铜棒直径为8 mm。

（3）功能等电位联结系统的接地母线，可从建筑内的总接地端子以最短捷的路径延伸而得，并设置成闭合环路，以消除等电位网络中任意两点间的电位差，保证各点之间的电位相等。接地母线一般也采用薄铜排，可根据电子设备工作频率、容量电流等来选择其规格。

3 机房的保护接地

3.1 配电系统的接地型式

低压配电系统的接地型式有TN 系统（TN 又可分为TN-S、TN-C、TN-C-S 三种型式）、TT 系统、IT 系统，其中，第一个字母表示电源的对地关系：T指电源端有一点直接接地；I指电源端所有带电部分不接地或有一点经高阻抗接地。第二个字母表示负荷侧电气装置的外露可导电部分的对地关系：T 指电气装置的外露可导电部分直接接地，其接地点在电气上是独立于电源端的接地点；N 指电气装置的外露可导电部分不直接接地，而是通过导线与电源接地点连接。短横线后的字母表示保护线PE 与中性线N 的配置组合情况：S 指保护线与中性线是分开的；C 指保护线与中性线是合一的。而播出机房的配电室一般由广电大楼内设的配电变电站引来380 /220 V 低压电源，因此机房的低压配电采用TN-S 系统，保护线PE 与中性线N 分别独立设置，这样正常的负荷电流只能沿中性线N流回，在保护线PE或者与PE线有连接的导体中就不会有负荷电流流过而干扰到正常运行的电气设备[4]。

3.2 配电系统的接地做法

（1）配电变电站供电电源线的铠装入户电缆应埋地引入，并将电缆两端铠装层接地。配电装置在电源进线处须作总等电位联结，且可同时触及的电气装置的外露可导电部分均接至同一接地系统。

（2）配电变电站高压侧应在靠近变压器处装设一组氧化锌避雷器，变压器低压侧加装电涌保护器（SPD），且高压侧避雷器和低压侧SPD 的接地端子应与变压器外壳、系统中性点及其他屏蔽物就近接地。

（3）机房交、直流配电设备和UPS双电源切换装置等还应满足相关耐雷电冲击指标的规定，并分级加装雷电电涌保护器。各级位SPD 的设置应根据雷电环境、供电系统、接地系统及等电位联结等情况综合确定。

李离惯会逗憨直的吴耕，两人一问一答，听得上官星雨捂着嘴乐不可支，直啐“死妮妮”！那边厢，一直皱着眉头送驴肉的老板娘也回过头来，冲着吴耕这个一本正经的黑小子莞尔一笑。她眼睛亮亮的，龙眼核一般，笑容明艳无比，袁安心里想，也许吴耕说得对，今晚去不了万花谷，也没什么了不起，黄梁驿是一个值得多住几天的地方，黄粱酒好喝，馒头驴肉好吃，这个老板娘小姐姐，又如此好看。

3.3 配电系统的保护线PE

保护线从广义上来说，泛指用于防护接地故障电压电击而连接外露可导电部分、装置外可导电部分、总接地端子（接地母排）、接地极、接地导体等。从狭义上来说，专指配电系统的电气回路保护线，即PE线，不包括与装置外可导电部分连接的等电位联结线和与接地极连接的接地线。

（1）按机械强度要求，电气回路保护线PE 若采用绝缘导线或裸导线，且敷设于套管、线槽等外护物内存在机械保护时截面应不小于2.5 mm2。

（2）按接地故障热稳定性要求，PE 线截面取值通常须与相线截面相配合：当相线截面不大于16 mm2时，取值等于相线；当相线截面在16 mm2与35 mm2之间时，取值16 mm2；当相线截面大于35 mm2时，取值为相线的一半。

3.4 电气装置的特殊接地要求

设置在主机房内的数据处理设备，可能会遭受高频无线电的干扰，影响电视节目的正常播出。为抑制这些射频干扰，它们常常被配置有大电容量的滤波器，这样其在正常工作时就可能存在较大的对地泄漏电流，若此时保护接地连接失效，则会形成较危险的接触电压。因此这类装置的接地具有特殊要求，应采取有效防电击措施。

3.4.1 大泄漏电流设备的安全防护

（1）数据处理设备过大的正常泄漏电流，以及接通电源时大电容的充电电流，都有可能引起剩余电流动作保护器（RCD）的误动作，因此此类设备难以安装RCD。为降低正常工作时的电击危险，数据处理设备应采用固定式的。

（2）当泄漏电流超过人体摆脱电流阈值10 mA时，应设置防止设备保护线中断引发危险的措施。首先，要提高保护线的机械强度，建立高度牢靠的保护接地回路，比如保护线若是单独设置的，则单保护线的截面不应小于10 mm2，双保护线的每根线截面不应小于4 mm2。其次，在电路中加装监测接地连续性的和当保护线出现断线故障时可以自动切断其供电的电器。最后，在前两项措施的基础上选用双绕组变压器，利用双绕组变压器来限制泄漏电流的流经范围，以及减少泄漏电流通路连续性被中断的可能性。

3.4.2 低干扰水平的接地设置

（1）数据处理设备的外露可导电部分应接至总接地端子做一点接地，严禁将机房内各设备的外露可导电部分接至不同接地极。如遇到总接地端子的干扰水平不能减到可接受的极端情况时，应采取其他降扰措施。

（2）数据处理设备的低扰接地设置还应满足一般安全接地要求，如保证过电流保护的有效性；防止设备上出现过高的接触电压，保证与所处环境内所有可导电物在正常或故障情况下始终保持等电位；防范对地大泄漏电流所带来的危险等。

4 机房的防雷接地

机房的直击雷防护可由广电大楼建筑的外部防雷装置提供，不需再单独另做。内部电气/电子信息系统主要考虑防雷击电磁脉冲的措施。

4.1 雷击电磁脉冲的危害

雷电是大气中带电云块之间或带电云层与地面之间所发生的一种强烈的自然放电现象。当雷电击中地面物体时，闪击放电在附近导体上所形成的闪电电磁脉冲，通过传导耦合和电磁感应耦合，可在电气/电子设备中产生危险的瞬态过电压及过电流。这种瞬态“电涌”释放出的高能量与高电压可能会损毁电气设备，特别是对建筑物中信息系统会造成致命的电磁辐射伤害。

4.2 雷击电磁脉冲的防护概要

4.2.1 建筑物建设的初期阶段

在还不明确建筑物内电子信息系统规模和具体位置的情况下应做到以下几方面。

（1）将楼建筑的金属框架、钢筋混凝土内钢筋、金属管道等自然金属构件及自然屏蔽体做好等电位联结，并与电气装置的保护接地系统和建筑物的防雷装置相互连通，构成一个共用接地系统。

（2）考虑在建筑物内一些合适的地方预埋等电位联结板，以供将来用来设置和完善电气/电子系统的防雷击电磁脉冲措施[5]。

4.2.2 机房信息系统的建设阶段

（1）机房房间屏蔽、线路屏蔽及以合适的路径敷设线路：在机房外部设置衰减雷击电磁场强度的屏蔽措施，并以合适的路径敷设线路及线路屏蔽措施以减少电磁干扰的感应电涌。

（2）机房及内部系统接地和等电位联结：雷电流由共用接地系统泄入大地，设置等电位联结网络以降低电位差、减少空间磁场强度。

（3）装设多级协调配合的电涌保护器：SPD既可以限制内外部的瞬态过电压、分流掉浪涌电流，还可通过SPD导通实现带电设施的瞬态等电位连接。

4.3 雷击电磁脉冲的防护措施

对闪电电磁脉冲的防护措施，随着电子元器件、设备、系统等应用场景的日益广泛而愈加丰富，如采用分流、均压（等电位）、接地、屏蔽、合理布线、保护（器件）等技术手段，为各种电子及信息系统提供更为全面的防护。

4.3.1 防雷击电磁脉冲的屏蔽

屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。这里的屏蔽主要是针对雷电磁场的屏蔽，对于电场一般可不予考虑，因为通常电场的耦合作用比磁场耦合作用要小得多。

（1）如前文所述，广电大楼在建设初期，一般已将钢筋混凝土构件内钢筋、金属框架、金属支撑物以及金属屋面板、外墙板及其安装的龙骨支架等金属体作好电气性连接，使其形成笼式格栅形屏蔽体或板式大空间屏蔽体，这也是防雷分区概念中的LPZ0 区和LPZ1区的边界（防雷区LPZ数值越高则电磁场强度越小）。

（2）安放电子信息设备的机房，一般设在建筑物内部电磁环境相对较好的位置（如LPZ2 区）。如若电磁环境仍达不到信息系统要求，可在房间墙体内埋入网格状金属材料进行屏蔽，并在孔洞处设置金属屏蔽网等措施。

（3）线路屏蔽及合理布线可有效减小闪电感应效应。机房信息线路当采用屏蔽电缆时，其屏蔽层至少应在两端并宜在LPZ 交界处做等电位联结；信号线缆与电力电缆之间应采取适当隔离措施，如间距或屏蔽，当不能满足间距要求时，应穿金属管或敷设在用金属板隔开的电缆桥架或线槽中[6]。

4.3.2 防雷击电磁脉冲的等电位联结

等电位联结是将分开的装置、各导电物用等电位联结导体或SPD 联结起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差，也可削弱磁场的影响。

（1）等电位联结的一般原则是穿过各防雷区（如实体边界的楼体墙体、地板、天花板或其他电磁屏蔽体）交界处的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在防雷区界面处做等电位联结。

（2）前已分析过机房通常处于LPZ2区（或更高区），穿过其防雷区界面的所有导电物、电力线、信号线均应在界面处做等电位联结。做等电位联结的局部等电位联结带，还要与各种屏蔽物、设备外壳等其他局部金属物相连通，且所有外露导电物应建立一等电位联结网络。

（3）机房内的信息系统，往往是建筑内要求闪电电磁脉冲影响最小的地方，其等电位联结带宜选用金属板，且与楼内的钢筋或其他屏蔽物进行多点连接。铜或镀锌钢等电位联结带的截面不应小于50 mm2。

4.3.3 防雷击电磁脉冲的接地

设置良好而适配的接地不仅是防直击雷也是防雷击电磁波脉冲的基本措施之一，此处的地就是专指大地。

（1）广电大楼本身应采用一个共用接地系统，建筑物的防雷装置犹如一立体外框，所有进入建筑物的外来导电物都须在防雷区界面处做等电位联结，并在不同进入地点设置若干等电位联结带。这些等电位联结带与建筑内部的电源系统中性点接地、安全保护接地以及电力系统和信息线路的电涌保护器等均应就近连到接地网，实现共用接地装置。

（2）广电大楼内部的导电物，在建筑物内及其上不包括电气装置的金属装置，如电梯轨道、金属地面、门框架、各种服务性设施的金属管道、桥架、钢筋等，与内部信息系统连成低阻抗的等电位联结网络，都应通过水平等电位导体相连接，并就近连通到接地体上做等电位联结，每隔5 m连通一次。

（3）广电大楼内部的机房内，信息系统的金属组件（如箱体、壳体、机架）都应连到局部等电位联结带上，并与信息系统的星形和网形等电位结构相互连通而共用接地装置；电子设备的信号接地，如果直接连大地或与已接地机壳相连，也可实现与其他系统共用接地装置。