大型通信综合楼的防雷接地设计
摘要：很多新建的大型通讯综合楼，目前仍采用星形接地系统，由于楼层面积大、层数多造成接地母线过长、分支复杂，特别是采用分散供电系统后，各供电系统均需要设置相应的过电压保护器，使得接地系统的雷电流分布和走向复杂化，给大楼的等电位设计带来很大困难,也给接地系统的维护带来很多困难，稍有不慎就会造成设备端口的过压损坏。本文建议大型通信综合楼应使用整体网状接地系统,提高防雷、防静电及抗电磁干扰的能力，改善接地系统的维护性和系统扩展能力。 关键词：通信综合楼 防雷 接地 过电压保护 数据设备防雷保护 一. 星形接地与网状接地星形接地系统是目前我国各地通信局站使用最普遍的接地方式，其特点是从联合地网单点引接地母线到电力室总汇流排，再由电力室总汇流排向各机房汇流排引机房接地线，通信设备在各机房内汇流排就近接地。对于通信设备种类比较单一的小型局站，它具有系统简单、廉价和雷电流走向清晰的优点，站内等电位设计比较容易，效果也比较好。 但随着通信行业的发展，很多通信综合楼的机房总面积和分布的楼层数都有了数倍至数十倍的增加，接地母线的长度也从10-20米增加到大几十至一百多米，星形接地网络的级数也从2级增加到4-5级，一方面过长的接地引线给雷电流的泄放带来困难，也使地线自感引起的过电压大大升高；而且机房内局部的雷电流泄放，都会引起泄放线路沿线各点的地电位变化，造成局内各系统间设备电位差加大；大量的接地电缆还占用了电缆槽道，使接地系统变的复杂、混乱。 特别是大型通信综合楼采用分散供电方式后，各电源系统均由低压室引接较长的动力电缆，使各电源系统相应的过电压保护器释放的雷电流增大，而其在地线系统中泄放时，容易对整个系统内的等电位会产生较大的影响。 例如：某通信枢纽楼每层机房面积2800平方米，机房分布在-1层至18层，采用多级星形接地方式，每层楼面都需多根接地母线（分支系统）至各机房，最长的每根就一百米，占用了大量槽道；该楼采用分散供电方式，跨系统的金属信号线接口时常出现过压损坏。 网状接地方式的特点是在大型综合通信楼的各楼层（或机房）内，沿室内走线架，用40×4的镀锌扁钢或铜排，根据设备的布放密度组成大小适当的接地网格（6-10米），并通过邻近楼柱（多个）上的预留接地点与大楼联合地网相连，楼内所有设备就近由接地网格接地。当系统内出现异常电流时，网状接地系统是通过多点由建筑物钢筋分散入地；所以系统接地点越多、网格越密每段接地体上的电流就越小，设备之间的电位差就越小。这样既减小了设备间的电位差，也空出了电缆槽道，并简化了各设备接地的要求，使整个接地系统一目了然。在扩建新系统时，也只需扩充新的网格，就近由楼柱接地，并与原有相邻网格相互连通即可。 二. 大型通信综合楼网状接地系统的设计要点首先应按照YDJ26-89《通信局（站）接地设计暂行技术规定》（综合楼部分）的要求，采用联合接地方式（既一个主地网，一个接地系统），一般地区可直接使用大楼建筑地，土壤条件较差的地区可以在大楼四周加设一圈环形接地体，并每隔5~15米与大楼建筑地连通一次，要求接地电阻小于0.5-1Ω（根据楼内设备要求）。接地电阻较高时，可在加设环形接地体时使用化学降组剂等其它降阻措施。 在通信综合楼的设计和建设中，应充分考虑接地系统的需要，每根楼柱的建筑主钢筋都需要从基础向楼顶全部焊接连通，并在每层与其它横向房梁内的钢筋焊接连通。 在设置机房的各个楼层（或机房）内，由各楼柱主钢筋引出预留接地端子，高度以走线架的设计高度为宜。楼顶避雷带、楼顶铁塔由建筑物主钢筋接地。 当大楼建筑内钢筋焊接不充分时，可以考虑在楼内不同位置的竖井内，设置多根主接地铜排，下端与大楼接地汇集排相连，并在各机房楼层与楼层均压带（楼内建筑钢筋接地引接点）可靠连通，并将主接地铜排做为各楼层接地网格的部分接地点。 如有外设油机房（含变/配电室），并距大楼建筑地网30米以内时，应用水平接地体从大楼建筑地网引2条以上接地母线与油机房（变/配电室）地网可靠连通，当两地网超过50米时，可使用独立供电地网，但变/配电室至楼内低压室的380V电缆，必须使用3相5线制，保证供电为TN系统，确保站内交流短路故障下，有足够的电流推动保护开关动作。同时动力和监控信号线路必须做全面的过电压保护。当距离为30~50米时可根据实际情况选择处理方式。 为减小雷电磁场对通信系统的影响，当使用楼外铁塔时，铁塔与大楼的距离最好大于10米，铁塔地网应使用两条以上的水平接地体与大楼主地网可靠连通。 如果建设时没有保证所有楼柱钢筋焊接连通，可从楼下主地网引1根或多根接地母线，将各接地预留端子复接连通，以保证接地系统的可靠。 采用网状整体接地方式时，除程控交换机等有特定要求的设备外，所有电源、传输、数据、内部网络、监控、无线设备等，均就近由接地网格接地，系统中所有过电压保护器的接地引线应尽量短直，其到接地网格的联线长度不应大于1.5米。 所有机架、设备都要可靠接地，接地线应使用多股铜质电缆，用铜鼻可靠连接，所有接地线应按需要长度截取，不能盘绕（产生电感）影响雷电流下泄。实际中，容易忽视的多是数据设备、服务器、光端机、数字配线架和市话电缆外护层等的接地保护。 三. 多类电源供电时的电位基准西南某市电信综合楼，数据机房位于8楼，面积1000平方米，机房内数据设备分别使用了3类电源供电：1、三楼电力室的-48V直流；2、三楼电力室UPS的集中交流供电；3、本机房内逆变器交流电源。各电源端口均已做过电压保护，但连续2年在雷雨季节，时常有机房内部连接的2M和网络线接口损坏，少的时候一次2-3个，最多的一次坏了12个接口。 通过仔细查找、分析发现，所坏的接口都是两类不同电源的设备间互联信号接口，而-48V和UPS供电的接地点都在3楼，而逆变器电源的接地点在8楼本地。由于-48V直流和UPS交流的供电线路路由不同，感应的雷电大小不同，逆变器所在的8楼地电位与3楼不同，而数据设备又多使用电源的PE线接地，因此造成各类设备间电位差较大信号接口损坏频繁。 根据以上分析，在8楼数据机房直流屏内安装直流过电压保护器，按本地汇流排的基准电位对-48V的过电压进行了限制；并在8楼UPS交流屏内安装交流过电压保护器，并将其PE线在本地汇流排接地。改造后3年中，该机房内部信号接口没有再出现损坏现象。 所以，当使用远供电源时，要注意与当地电位基准一致，才能避免内部接口损坏。 四. 网状整体接地时的过电压保护特点虽然网状整体接地系统在同楼层内可以获得较好的均压效果，但由于建筑物受到直击雷时，会有大量的雷电流通过建筑物钢筋结构入地，这时楼层间的电位差会加大。所以合理地使用信号保护器件是保证系统安全的需要。 由于通信综合楼内信号线繁多，全部安装过电压保护器费用很高，而且会降低系统可靠性，所以应尽量控制信号过电压保护器的使用数量。为了减小雷电感应，金属信号线应尽量短直，并尽量减小垂直布放的长度，较长的信号线可使用带金属屏蔽层的电缆，外护层应做好2端接地。采用金属走线管（槽）接地屏蔽，也能起到较好的作用。 此外，在机房设置时应尽量集中，传输与交换、数据等机房不要相距太远；重要机房应避开楼顶铁塔的雷电下泄通道，楼下铁塔至机房的距离宜在10米以上。 通常有以下几种信号接口容易受到雷电损坏： 1、移动机房（基站）至传输（或移动交换）的2M接口。由于雷电流会通过天馈线进入移动基站，使得移动基站接地母线上雷电流比其它机房要大，从而引起基站地电位升高，在2M线路两端分别安装相应的过电压保护器，可以有效抑制雷电过压。 2、外设油机房和低压配电室至监控室的动力监控信号线（含自动转换屏监控接口）,其两端接口容易被雷电损坏，其主要原因也是地电位差和沿途感应引起。 3、网管中心至各机房的信号线路，往往线路较长，并且连接不同楼层或其它楼内，也容易发生雷电损坏接口的情况，应根据情况采取过电压保护措施。 4、其它长距离跨楼和楼层的金属信号线路的两端接口。 对通信电源系统的过电压保护基本上与星形系统相同。良好可靠的接地系统与适当合理的过电压保护，是通信局站系统安全的必要保证。 本文分析了星形接地系统和网状整体接地系统的特点，建议在大型通信综合楼内使用网状整体接地系统，并对其设计要点和应注意的问题进行了简单的论述，供读者参考。
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发表于 2019-12-23 16:15:25
