通信局站等電位連接系統(tǒng)詳解

1 等電位連接的定義

等電位連接是指：通過可靠的電氣連接，使兩個彼此分離的導(dǎo)體間的電位差趨于零。實際上就是使用導(dǎo)線或?qū)w將近距離的不同導(dǎo)體連接起來，使其電氣上導(dǎo)通并最大限度地消除導(dǎo)體之間的電位差。

如圖1所示，通信局（站）的等電位連接系統(tǒng)就是接地系統(tǒng)中的地線子系統(tǒng)，一般由接地引入線、各級接地匯集線（接地匯流排）、各級接地線組成。

圖1 接地系統(tǒng)及等電位連接系統(tǒng)的組成

等電位連接系統(tǒng)作為接地系統(tǒng)的一部分，主要作用包括：

（1）為電氣設(shè)備提供參考電位；

（2）作為接地故障的保護(hù)線，提供人生安全保護(hù)；

（3）等電位連接系統(tǒng)還具有電磁屏蔽和雷電保護(hù)的作用。

人們常見的例如：高壓操作服、特斯拉線圈高壓表演中的等電位服等都是應(yīng)用了等電位連接可以消除導(dǎo)體之間的電位差的原理來達(dá)到保護(hù)操作人員人身安全的目的。

如圖2所示，通信局（站）的等電位連接分為：直接等電位和瞬態(tài)等電位。走線架、空調(diào)室外機(jī)外殼、輸水管道等不帶電（或者說電位為0 V）的金屬物體采用直接等電位，應(yīng)直接連接至接地匯集線。其他例如：電源線、信號傳輸線等帶電不允許直接接地的金屬物體則通過SPD來實現(xiàn)雷擊時的瞬態(tài)等電位。

圖2 通信局（站）等電位連接示意

2 通信局站等電位連接方式分類

2.1 基本的等電位連接方式

在國際電信聯(lián)盟 ITU的 K.27 建議書《電信大樓內(nèi)的連接結(jié)構(gòu)和接地》中，對包括通信局（站）在內(nèi)的現(xiàn)代建筑的連接結(jié)構(gòu)和接地系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上做了具體的描述和建議，如圖3所示，基本的等電位連接方式分為星型（S）結(jié)構(gòu)和網(wǎng)型（M）結(jié)構(gòu)，也可稱為星狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

按等電位連接系統(tǒng)與通信局（站）聯(lián)合地網(wǎng)（建筑物共用接地系統(tǒng)CBN）之間的連接方式不同，通信局（站）等電位連接系統(tǒng)又可分為圖4中的3種基本結(jié)構(gòu)。

第一種，內(nèi)部星型隔離連接（STAR-IBN）：內(nèi)部采用星型連接，但與CBN只有一個點(diǎn)連接。

圖3 基本的等電位連接方式

第二種，內(nèi)部網(wǎng)型隔離連接（MESH-IBN）：內(nèi)部采用網(wǎng)型連接，但與CBN只有一個點(diǎn)連接。

第三種，內(nèi)外網(wǎng)型多點(diǎn)連接（MESH-BN）：內(nèi)部采用網(wǎng)型連接，與CBN也是多點(diǎn)網(wǎng)狀連接。

更深入來說，等電位連接系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)其實可以從整個通信局（站）和單個設(shè)備系統(tǒng)兩個層次來理解。

（1）從宏觀方面看：指整個通信局（站）內(nèi)各種設(shè)備系統(tǒng)群之間的地線連接方式，比如：供電系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等，它們的接地與CBN的連接方式是星型還是網(wǎng)型連接方式。

（2）從微觀方面看：指一個設(shè)備系統(tǒng)群內(nèi)的地線連接方式，比如交換機(jī)系統(tǒng)內(nèi)諸多機(jī)框之間以及機(jī)框內(nèi)部是采用星型還是網(wǎng)型連接方式。

對整個通信局（站）來看，圖4中的小方塊就是一個系統(tǒng)；而對單獨(dú)一個系統(tǒng)來說，圖中的小方塊就是一臺設(shè)備或一個機(jī)框。

圖4 通信局（站）等電位連接系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.2 結(jié)構(gòu)的等電位連接方式

從實際應(yīng)用來看，在一些大型綜合性通信局（站），經(jīng)常會有幾種不同接地方式組合在一起才滿足各種通信設(shè)備等電位連接要求的情況。比如：有的通信系統(tǒng)要求使用內(nèi)部星型隔離連接法，而另外的通信系統(tǒng)則要求采用網(wǎng)型多點(diǎn)連接法。為了適應(yīng)這些情況，需要采用圖5中的組合結(jié)構(gòu)的等電位連接方式：

第一種，星型連接的變種：星星組合連接或樹干狀連接，不同樓層的星型連接系統(tǒng)分別在自己樓層連接專門接地匯流排或主干地線上。

第二種，網(wǎng)星網(wǎng)組合連接：內(nèi)部網(wǎng)型隔離連接系統(tǒng)和網(wǎng)型多點(diǎn)連接系統(tǒng)通過專門接地點(diǎn)連接起來。

第三種，星網(wǎng)組合連接：內(nèi)部星型隔離等電位連接系統(tǒng)和網(wǎng)型等電位連接系統(tǒng)通過專門的一個接地點(diǎn)（接地總匯集線）連接起來。

第四種，網(wǎng)型多點(diǎn)連接的變種：網(wǎng)網(wǎng)組合連接，不同樓層的網(wǎng)型多點(diǎn)連接系統(tǒng)分別在自己樓層與建筑鋼結(jié)構(gòu)（均壓環(huán)）網(wǎng)型多點(diǎn)連接。

表1 不同的等電位連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)

2.3 不同等電位連接方式的比較

不同的等電位連接方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，網(wǎng)型多點(diǎn)連接由于各個設(shè)備從不同方式就近接地，因此等電位效果較好，組成的等電位連接網(wǎng)絡(luò)對高頻電磁干擾有相對較好的衰減效果，缺點(diǎn)是由于等電位連接系統(tǒng)較復(fù)雜，異常電流的路徑和方向很難確定，也容易引入低頻干擾。

圖5 組合型等電位連接方式

相對的，星狀連接系統(tǒng)中各個設(shè)備之間的接地相對獨(dú)立、相互之間干擾很小，系統(tǒng)工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，低頻干擾屏蔽效果較好，缺點(diǎn)是為了保證各個設(shè)備的地都單獨(dú)連接至接地匯流排，就必須做好設(shè)備的絕緣處理，否則機(jī)殼金屬與建筑鋼結(jié)構(gòu)或設(shè)備走線架有電氣接觸，相當(dāng)于由多條地線與接地匯流排連接。而合理的采用混合型（M-S）等電位連接方式則可以兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。

3 通信局站等電位連接實例

3.1 大型通信局（站）的樹狀等電位連接系統(tǒng)

作為星型隔離等電位連接方式的變種，樹狀等電位連接方式在我國很多高層通信大樓中應(yīng)用。所謂的樹狀連接如圖6所示：是指用一條扁銅帶作為接地總匯集線（也稱為垂直接地主干線VR），從接地總匯集線（匯流排MET）一直引到大樓最高層，供各樓層所有通信設(shè)備等電位連接使用。同時，在各樓層、各機(jī)房按需設(shè)置樓層接地匯集排（FEB）或機(jī)房接地匯集排（局部等電位匯流排LEB）。需要注意的是，VR應(yīng)通過絕緣子安裝、固定，以保持與建筑物鋼結(jié)構(gòu)的隔離。通信大樓的樹狀等電位連接具有可以大量減少星狀隔離等電位系統(tǒng)中連接FEB/LEB和MET之間的等電位連接導(dǎo)線，節(jié)約線槽空間，簡化等電位系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 無線通信基站的等電位連接系統(tǒng)

（1）無線通信基站的網(wǎng)狀等電位連接：

圖6 高層通信大樓的樹狀等電位連接

一般來說，無線通信基站的上方或旁邊會有較高的天線鐵塔，而且很多基站還建在高山上，因此，基站通過鐵塔引來直接雷擊的概率較大，這些直擊雷的電流幅值很大，一般在幾十kA、甚至上百kA，而基站所在位置的土壤地質(zhì)條件往往很差，導(dǎo)致地網(wǎng)接地電阻值較大，這種地網(wǎng)條件差的基站有這么大的雷電流要通過地網(wǎng)泄放，地電位差問題非常突出，為了盡可能消除機(jī)房設(shè)備之間的地電位差，基站可采用如圖7所示的以環(huán)形接地匯集線為主的網(wǎng)狀等電位連接方式來平衡設(shè)備之間的電位差。環(huán)形接地匯集線一般沿走線架或機(jī)房墻壁設(shè)置，基站主設(shè)備、電源、防雷器等通過導(dǎo)線就近與環(huán)形接地匯集線連接，環(huán)形接地匯集線又與室外環(huán)形地網(wǎng)在機(jī)房建筑四周保持多點(diǎn)連接，保證非正常進(jìn)入室內(nèi)的大電流能就近下地，減少設(shè)備之間的電位差。

圖7 無線通信基站的網(wǎng)狀等電位連接示意

（2）無線通信基站的星型等電位連接：

如圖8所示，當(dāng)無線通信基站采用星型隔離等電位連接方式時，宜設(shè)置總接地匯流排，并通過接地引入線與地網(wǎng)單點(diǎn)連接，總接地匯流排應(yīng)設(shè)在交流配電箱和第一級電源浪涌保護(hù)器（SPD）之間，開關(guān)電源以及其他設(shè)備的接地排母線均由總接地匯流排接引。如果設(shè)備機(jī)架與總接地匯流排相距較遠(yuǎn)，可采用兩級匯流排。基站星型等電位系統(tǒng)采用兩級匯流排時，第一級電源浪涌保護(hù)器、交流配電箱及光纜加強(qiáng)芯和金屬護(hù)層的接地線，應(yīng)從總接地匯流排接引；其他設(shè)備從第二級匯流排接引。目前，我國無線通信基站大多采用星型等電位連接系統(tǒng)。

圖8 無線通信基站的星型等電位連接示意

無線基站宜在機(jī)房饋線口的室外側(cè)設(shè)置室外匯流排（饋線接地排）作為饋線的接地點(diǎn)，室外匯流排應(yīng)與室內(nèi)地線系統(tǒng)電氣隔離，并就近與基站地網(wǎng)連接?？紤]到防盜，室外匯流排也可設(shè)置在室內(nèi)，但上述要求不變。

3.3 總接地匯流排的設(shè)置

對于具有市話功能的局站如接入網(wǎng)點(diǎn)、模塊局等，由于架空銅纜（用戶線）引雷的原因，為減少系統(tǒng)電位差，總接地匯流排（總地排）應(yīng)如圖9所示盡可能設(shè)置在總配線架（MDF）附近，總接地匯流排與地網(wǎng)的連線越短越好。這也是為什么總配線架機(jī)房（測量室）常常設(shè)置在通信大樓一樓的原因。

圖9 總接地匯流排的設(shè)置示意

4 等電位連接系統(tǒng)各部分的具體要求

4.1 接地引入線

地網(wǎng)與接地總匯集線之間相連的導(dǎo)電體稱為接地引入線。

接地引入線宜采用40 mm×4 mm或50 mm×5 mm的熱鍍鋅扁鋼或截面積不小于95 mm2的多股銅線，且長度不宜超過30 m。

接地引入線不宜與暖氣管同溝布放，埋設(shè)時應(yīng)避開污水管道和水溝，且其出土部位應(yīng)有防機(jī)械損傷的保護(hù)措施和絕緣防腐處理。

接地引入線應(yīng)從地網(wǎng)兩側(cè)就近引入。高層通信樓地網(wǎng)與垂直接地匯集線連接的接地引入線應(yīng)采用截面積不小于240 mm2的多股銅線，并應(yīng)從地網(wǎng)的兩個不同方向引入。

接地引入線應(yīng)避免從作為雷電引下線的柱子附近引入。

如選用樓柱鋼筋作為接地引入線，應(yīng)選取全程焊接連通的鋼筋。

對于樓頂有鐵塔的機(jī)房，接地引入線不宜通過建筑立柱鋼筋下地，而應(yīng)單獨(dú)接入到地網(wǎng)中去。

4.2 接地匯集線

接地匯集線指作為接地導(dǎo)體的條狀銅排或熱鍍鋅扁鋼等，在通信局（站）內(nèi)通常作為接地系統(tǒng)的主干線，按敷設(shè)方式可分為水平接地匯集線、垂直接地匯集線、環(huán)形接地匯集線或條形接地匯集線。

接地匯集線宜采用環(huán)形接地匯集線或接地匯流排（接地匯流排是接地匯集線的一種形態(tài)，是與接地母線相連，作為各類接地線連接端子的矩形銅排）方式。環(huán)形接地匯集線宜安裝在大樓地下室、底層或相應(yīng)機(jī)房內(nèi)，移動通信基站或其他小型機(jī)房可設(shè)置在走線架上，其距離墻面（柱面）宜為50 mm，匯流排可安裝在不同樓層的機(jī)房內(nèi)。接地匯集線與接地線采用不同金屬材料互連時，應(yīng)防止電化腐蝕。

接地匯集線可采用截面積不小于90 mm2的銅排，機(jī)房內(nèi)的接地總匯集線應(yīng)采用截面積不小于120 mm2的銅排或熱鍍鋅扁鋼，高層建筑物的垂直接地匯集線應(yīng)采用截面積不小于3002的銅排。

接地匯集線可根據(jù)通信機(jī)房布置和大樓建筑情況在相應(yīng)樓層設(shè)置。

4.3 接地線

各類設(shè)備的接地端與接地匯集線（接地匯流排）之間的連接導(dǎo)線，稱為接地線。

通信局（站）內(nèi)各類接地線應(yīng)根據(jù)最大故障電流值和材料機(jī)械強(qiáng)度確定，宜選用截面積為16～95 mm2的多股銅芯絕緣導(dǎo)線（不準(zhǔn)使用裸導(dǎo)線）。

一般設(shè)備或機(jī)架的接地線應(yīng)使用截面積不小于16 mm2的多股銅線；當(dāng)設(shè)備供電相線截面積S大于35 mm2時，設(shè)備接地線截面積應(yīng)不小于S/2。

跨樓層或同層但距離較遠(yuǎn)的接地連接線應(yīng)采用截面積不小于70 mm2的多股銅線。

小型設(shè)備（如數(shù)據(jù)服務(wù)器、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器等）的接地線應(yīng)采用截面積不小于4 mm2的多股銅線。

如圖10所示，光纜的金屬加強(qiáng)芯和金屬護(hù)層如果在進(jìn)機(jī)房（通信大樓）前未斷開，并采用無金屬光纜直接進(jìn)入機(jī)房，則必須進(jìn)行接地處理。光纜的金屬加強(qiáng)芯和金屬護(hù)層應(yīng)在分線盒或光纖配線架（ODF）的接地排連接（該接地排應(yīng)與機(jī)架絕緣），并采用截面積不小于16 mm2的多股銅線引至本機(jī)房內(nèi)第一級接地匯流排或直接連接至地網(wǎng)。

圖10 光纜金屬構(gòu)件的接地

接地線宜采用外護(hù)套為黃綠相間顏色標(biāo)識的電纜，由接地匯集線引出的接地線應(yīng)設(shè)置明顯標(biāo)志。

接地線兩端的連接點(diǎn)應(yīng)確保電氣接觸良好。截面積在10 mm2以下的接地線可與設(shè)備直接連接，截面積在10 mm2以上的接地線與設(shè)備連接必須加裝線耳（銅鼻子），接地線與接地匯集線連接必須加裝線耳。線耳尺寸應(yīng)與接地線線徑相吻合，壓（焊）接牢固。線耳與接地匯集線應(yīng)采用鍍鋅螺栓連接并加裝平墊片和彈簧墊片，其接觸部分應(yīng)平整、緊固，無銹蝕、氧化，不同材料連接時應(yīng)涂抹凡士林或黃油防銹。

接地線中嚴(yán)禁加裝開關(guān)或熔斷器。

接地線應(yīng)盡量短、直，多余的線纜應(yīng)切斷，嚴(yán)禁盤繞。

4 結(jié)束語

等電位連接系統(tǒng)是通信接地系統(tǒng)中重要的組成部分，具有防止人身遭受電擊，保障通信設(shè)備正常運(yùn)行，防止雷擊和靜電損害等作用，是通信局（站）中設(shè)備運(yùn)行的基本保障。本文首先介紹了等電位連接系統(tǒng)的定義，接著詳細(xì)講解了通信局站等電位連接系統(tǒng)的不同的連接方式和優(yōu)缺點(diǎn)，最后通過詳盡的實例和具體要求對通信局站的等電位連接系統(tǒng)進(jìn)行了更進(jìn)一步的闡述。通過這些技術(shù)在通信局站中的使用，保障了通信網(wǎng)絡(luò)的電氣安全。