通信大樓接地方式的應(yīng)用分析

歐陽(yáng)華偉，俞 濤

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司武漢市分公司，湖北 武漢 430071）

0 引 言

通信大樓接地工作包括防雷接地和供電接地。它們通過(guò)各種形式的接地裝置、防雷接地與供電接地，最終連接成等電位聯(lián)結(jié)體。它是通信基礎(chǔ)設(shè)施，是通信設(shè)備安全工作的組成部分，包括正確選擇接地方式、接地裝置和合適的安裝方式。它關(guān)系到工作人員的人身安全和設(shè)備運(yùn)行安全，因此從事通信機(jī)房電源工作的技術(shù)人員必須掌握通信大樓的各種接地技術(shù)。

1 通信機(jī)房接地技術(shù)

接地是指設(shè)備某一金屬部分通過(guò)接地裝置與大地緊密連接起來(lái)。接地裝置包括接地體和接地線。接地體可為外引式接地體或環(huán)路式接地體。接地體的形狀可以是管形、帶型或環(huán)形等。

通信機(jī)房的接地按照作用分為工作接地和安全接地兩大類(lèi)。工作接地又有以下幾種情形：預(yù)防雷擊和過(guò)電壓對(duì)人身和設(shè)備造成損失的整個(gè)通信大樓的防雷接地，通信大樓供配電系統(tǒng)的電氣接地，通信電源及通信設(shè)備等的工作接地。安全接地則包括防靜電接地、電磁屏蔽接地以及為保護(hù)人身安全預(yù)防電力設(shè)備及設(shè)施絕緣損壞的保護(hù)接地等[1]。

1.1 通信大樓的防雷接地特點(diǎn)

典型的防雷接地系統(tǒng)由接閃器、引下線及接地裝置組成。接閃器又分為避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)。接地裝置由接地體、接地引下線、接地匯集排和接地支線組成。

某通信大樓的接地系統(tǒng)防雷接地系統(tǒng)，如圖1所示。圖1虛線涵蓋范圍為防雷保護(hù)范圍。需要說(shuō)明的是，引下線可采用鍍鋅圓鋼或建筑內(nèi)的鋼筋混凝土主筋引入接地體。防雷接地技術(shù)規(guī)范規(guī)定，引下線圓鋼直徑不小于8 mm或者是4 mm×12 mm鍍鋅扁鋼（單獨(dú)敷設(shè)的扁鋼）；如果利用主筋內(nèi)的鋼筋，直徑不小于16 mm，上下焊接在一起。通信大樓的防雷接地系統(tǒng)將雷擊產(chǎn)生的雷擊電流通過(guò)接地體發(fā)散到大地中。此外，防雷接地系統(tǒng)往往與整個(gè)通信大樓的交流供電系統(tǒng)的中性點(diǎn)共用接地裝置[2]。

圖1 通信大樓防雷接地示意圖

1.2 通信機(jī)房供電系統(tǒng)電氣接地方式和安全保護(hù)作用

常用電氣接地方式有5種，分別是TN-S方式、TN-C方式、TN-C-S方式、TT方式和IT方式。電氣接地方式字母標(biāo)示的含義：第1個(gè)字母T表示變壓器零線中性線直接接地，字母I表示所有帶電部分與地絕緣或經(jīng)一點(diǎn)阻抗接地；第2個(gè)字母N表示系統(tǒng)外露導(dǎo)電部分與低壓系統(tǒng)的接地點(diǎn)直接電氣連接（在交流系統(tǒng)中，接地點(diǎn)通常就是中性點(diǎn)），字母T表示負(fù)載側(cè)電氣設(shè)備進(jìn)行接地保護(hù)；第3個(gè)字母S表示分別引出N線和PE線，除在變壓器中性點(diǎn)處連接外，其他地方分離，字母C表示中性線和保護(hù)線是合一的（PEN）線。

通信機(jī)房采用的標(biāo)準(zhǔn)電氣接地方式是TN-S三相五線制[3]。某通信機(jī)房的交流供電接地方式，如圖2所示。

從接地方式看出，變壓器引入地線與通信局樓總接地網(wǎng)是地線重復(fù)接地的。地線重復(fù)接地即從變壓器中性線引出接地線與大樓的總地網(wǎng)做一次重復(fù)接地，以避免機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備長(zhǎng)距離的防雷接地而導(dǎo)致避雷器殘壓過(guò)高。重復(fù)接地這種方式不僅能預(yù)防雷擊和過(guò)電壓對(duì)人身和設(shè)備造成損失，還可以減輕人身觸電危險(xiǎn)[3]。對(duì)供電電網(wǎng)來(lái)看，雷擊產(chǎn)生的雷擊電流不會(huì)通過(guò)中性線反串回電網(wǎng)，零線上的諧波電流和因三相不平衡產(chǎn)生的電流也不會(huì)通過(guò)大地流向系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備。這樣的地線重復(fù)接地系統(tǒng)關(guān)鍵在于大樓的總地網(wǎng)必須是變壓器地網(wǎng)與機(jī)房主地網(wǎng)在地下聯(lián)合成一個(gè)地網(wǎng)，而地線入地是重復(fù)的。一是變壓器地線入地點(diǎn)，而中性線在這頭入地；二是機(jī)房接地匯集處。

TN-S接地方式重要的一點(diǎn)是通信大樓防雷接地、系統(tǒng)內(nèi)總接地、中性線接地以及設(shè)備導(dǎo)電外殼、金屬管道、金屬橋架以及光纜保護(hù)芯等做成等電位聯(lián)結(jié)以防止人身遭受電擊。通過(guò)等電位聯(lián)結(jié)可以降低接觸電壓，防止TN系統(tǒng)相地短路等原因造成故障電壓電擊事故[4]。

假設(shè)當(dāng)交流電源某一相因某種原因接地（如相線碰殼、相線脫落等），將產(chǎn)生很大的對(duì)地短路電流，地線和零線電壓因此而升高，地電壓將大于安全電壓。此時(shí)，由于通信機(jī)房重復(fù)接地方式，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備外殼、PE線、中性線等聯(lián)結(jié)成等電位體。當(dāng)工作人員觸及外殼甚至中性線時(shí)，人的身體與地電壓基本處于等電位，不會(huì)發(fā)生觸電事故。由于重復(fù)接地，加快了過(guò)流保護(hù)斷路器動(dòng)作，切斷電源有利于保護(hù)人身安全[3]。采用TN-S重復(fù)接地方式時(shí)，相線對(duì)地短路人身保護(hù)示意圖如圖3所示。

圖2 通信局樓電氣接地方式地線重復(fù)接地TN-S系統(tǒng)

圖3 TN-S重復(fù)接地方式人身保護(hù)圖

如圖3所示，某處相線對(duì)地短路，短路電流對(duì)地短路電流Id經(jīng)過(guò)等效接地電阻Rd產(chǎn)生地電壓Vd。機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)殼與地電位均為Vd，因此人不會(huì)遭受電擊。

Vd是雷擊產(chǎn)生或是相線短路時(shí)產(chǎn)生的地電壓；Id是接地電流或者接地短路電流；Rd是等效接地電阻。

2 四極開(kāi)關(guān)在通信供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在三相四線制中，當(dāng)建筑供電系統(tǒng)因外市出現(xiàn)電高壓接地故障時(shí)，低壓側(cè)相線接地?cái)嗦菲鳑](méi)有動(dòng)作，三相不平衡等原因在中性線上產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓，存在危及人員安全、損壞設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為保護(hù)檢修人員的安全，檢修時(shí)使用隔離中性線的四極開(kāi)關(guān)。四極開(kāi)關(guān)相比三極開(kāi)關(guān)，在中性線上增加了一對(duì)觸頭，四極開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗳嚯娫吹耐瑫r(shí)，也分?jǐn)嗔憔€。它的主要作用是切斷因各種原因?qū)е碌闹行跃€高電壓引入途徑。

此外，《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》6.1.2.7款規(guī)定：嚴(yán)禁發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，為防止誤并網(wǎng)，防止電力系統(tǒng)中性線電位升高等因素，應(yīng)適用四極隔離轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)隔離發(fā)電機(jī)組[5]。

三相四線制的工作方式如TT接地方式，中性線沒(méi)有與總等電位聯(lián)結(jié)相通，存在中性線對(duì)地高電壓風(fēng)險(xiǎn)。因此，在TT電氣接地工作方式，需使用四極開(kāi)關(guān)。但是，并不是所有的電氣隔離需要使用四極開(kāi)關(guān)，因?yàn)樗臉O開(kāi)關(guān)在切換時(shí)因觸頭不同步會(huì)導(dǎo)致在切換瞬間出現(xiàn)“斷零”，而斷零是有風(fēng)險(xiǎn)的，會(huì)引起中性點(diǎn)漂移，相線對(duì)零線電壓升高而燒壞設(shè)備。例如，TN-S電氣接地工作方式中，因中性線與總等電位聯(lián)結(jié)連通，不需要使用四極開(kāi)關(guān)[6]。

3 發(fā)電機(jī)組接地方式與ATS四極開(kāi)關(guān)使用

通信樞紐機(jī)房一類(lèi)的交流供電方式是兩路市電和一路后備柴油發(fā)電機(jī)組保障。市電引入后，低壓側(cè)電氣接地多采用TN-S重復(fù)接地方式，而后備柴油發(fā)電機(jī)組通過(guò)ATS柜與主備供市電倒換。圖4為某機(jī)房低壓供電系統(tǒng)圖。

圖4 某機(jī)房低壓供電系統(tǒng)部分圖

如圖4所示，低壓進(jìn)線柜采用三極開(kāi)關(guān)而非四極開(kāi)關(guān)。正是由于交流供電接地方式采用了TN-S重復(fù)接地方式，以及等電位聯(lián)結(jié)使得中性線對(duì)地電壓始終處在同一電位水平，避免了地電壓升高使中性線帶電引發(fā)的觸電事故。因此，低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)無(wú)需分離中性線。而油機(jī)市電倒換柜（即ATS柜）采用了四極開(kāi)關(guān)，相當(dāng)于隔離了市電公共電網(wǎng)與柴油發(fā)電機(jī)組，符合以上關(guān)于兩個(gè)不同電源系統(tǒng)相隔離的分析。

如圖4所示，柴油發(fā)電機(jī)組中性線由于與總等電位聯(lián)結(jié)，柴油發(fā)電機(jī)組地網(wǎng)與大樓總地網(wǎng)連通，油機(jī)實(shí)際電氣接地方式也是TN-S方式，因此油機(jī)輸出屏也沒(méi)有使用四極開(kāi)關(guān)。

但是，很多情況下，通信機(jī)房大樓內(nèi)不適合安裝大型柴油發(fā)電機(jī)組，往往使用室外集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組。它的電氣接地方式往往采用TT接地方式，即發(fā)電機(jī)組接地沒(méi)有與大樓總接地聯(lián)結(jié)，而柴油發(fā)電機(jī)組輸出柜與柴油發(fā)電機(jī)組有相當(dāng)?shù)木嚯x，中性線是在柴油發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)地網(wǎng)接地，不會(huì)與機(jī)房總接地聯(lián)結(jié)。當(dāng)油機(jī)N線帶電，由于油機(jī)N并沒(méi)有與總等電位聯(lián)結(jié)，故障點(diǎn)電壓將引入機(jī)房對(duì)工作人員產(chǎn)生觸電風(fēng)險(xiǎn)。因此，TT接地方式在油機(jī)電源輸出柜采用四極開(kāi)關(guān)。圖5為采用TT接地方式柴油發(fā)電機(jī)組示意圖。

考慮到將不同源的柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)電系統(tǒng)與電力供電系統(tǒng)相隔離的規(guī)定，無(wú)論是采用TN-S電氣接地方式或是采用TT電氣接地方式，油機(jī)市電倒換柜（即ATS柜）均應(yīng)使用四極開(kāi)關(guān)。

圖5 采用TT接地方式柴油發(fā)電機(jī)組示意圖

4 結(jié) 論

通信樞紐局應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)TN-S接地工作方式，并做好各樓層供用電設(shè)備的等電位聯(lián)結(jié)，而市電引入變壓器低壓側(cè)的進(jìn)線柜不需要使用四極開(kāi)關(guān)。柴油發(fā)電機(jī)組如安裝在通信大樓內(nèi)，應(yīng)采用TN-S接地方式，且發(fā)電機(jī)組的中性線與總等電位聯(lián)結(jié)相通，輸出開(kāi)關(guān)只需要使用三級(jí)開(kāi)關(guān)。如果如柴油發(fā)電機(jī)組安裝在單獨(dú)較遠(yuǎn)處或者是集裝箱式機(jī)組，機(jī)組采用TT接地方式應(yīng)使用四極輸出開(kāi)關(guān)。為了與市電網(wǎng)絡(luò)分離，市電油機(jī)倒換柜應(yīng)用四極ATS開(kāi)關(guān)。