廣播電視播出機房的接地系統(tǒng)設(shè)置研究

王衛(wèi)

(威海市廣播電視臺 山東威海 264200)

廣播電視播出機房一般按功能區(qū)來劃分，主要包括三部分：一是低壓配電室，放置有低壓配電柜、UPS不間斷電源等；二是主機房,放置有視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、遷移服務(wù)器、串口服務(wù)器、字幕機、播控機、字幕數(shù)據(jù)庫、各種交換機和信號轉(zhuǎn)換器等，是綜合布線和信息化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心，也是信息網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯集中心，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常24 h 不間斷運行；三是主控室，設(shè)有主控器計算機、大面積音頻和視頻監(jiān)控墻等。因此，機房的建設(shè)與運行維護是一個系統(tǒng)工程，既要考慮為設(shè)備正常運行提供一個安全的空間，確保數(shù)據(jù)信息運行的安全性，也要為廣播電視播出從業(yè)者創(chuàng)造一個安全的工作環(huán)境，所以設(shè)置好這些設(shè)施和場所的接地至關(guān)重要。如果接地設(shè)置不當(dāng)，不僅可能埋下電氣安全隱患、引發(fā)安全事故，還會增強干擾信號的引入、導(dǎo)致信息系統(tǒng)無法正常工作。

1 機房的接地種類

1.1 接地的概念

接地是指將系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的某一部分通過接地裝置與大地相連接，達到安全和功能的目的。一般采用埋在地中的接地極，或設(shè)置在建筑物內(nèi)的接地端子通過接地導(dǎo)線等與大地做電氣性連接，即接大地；或是電氣裝置（如電子設(shè)備）與某一基準(zhǔn)電位點（也可以是大地）做電氣性連接，即接基準(zhǔn)地。

1.2 接地的種類

廣播電視播出機房一般需做以下接地：（電力）系統(tǒng)接地、電氣裝置保護接地、信號電路接地、屏蔽接地、防雷接地、防靜電接地等。處于同一座廣播電視大樓內(nèi)的接地應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)。

1.2.1 功能性的接地

功能性的接地是指出于電氣安全之外的目的的接地。例如：直流系統(tǒng)中的電源正極或中點接地、電力系統(tǒng)的中性點接地；廣播電視設(shè)備及通信設(shè)備的正極接地、電視接收天線用戶網(wǎng)絡(luò)的接地、電子計算機設(shè)備的接地等。

1.2.2 保護性的接地

專指為了電氣安全而設(shè)置的接地。保護性的接地還可以分為以下幾種。

（1）保護接地。電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分在線路絕緣損壞等故障情況下有可能帶電，為防止這種電壓危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)置的接地。

（2）防雷接地。為防止雷電過電壓對電氣裝置和人身安全的危害，將接閃器引入的雷電流泄入地中、將線路上傳入的雷電流通過避雷器或放電間隙泄入地中、將雷云靜電感應(yīng)電荷引入地中以及防雷擊電磁脈沖措施等[1]。

（3）防靜電接地。將靜電荷導(dǎo)入大地的接地。靜電的能量雖小，但卻可能產(chǎn)生較高的電位而發(fā)生靜電放電，引起人體不同程度的電擊感覺、損害對電壓敏感的電子器件等。因此，接地是消除靜電危害最有效和最簡單的措施，但這僅對消除金屬導(dǎo)體上的靜電有效，對于機房中非導(dǎo)電物體，其防靜電措施主要從防護材料的設(shè)計與安裝中來解決。

1.2.3 功能與保護合一的接地

如屏蔽接地。屏蔽是電磁兼容性要求的基本保護措施之一，目的是防止電氣裝置因電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)干擾而將其屏蔽體接地。屏蔽接地具有功能性（抗干擾）和保護性（抗損害）的雙重含義。

1.3 共用接地

一座建筑物內(nèi)通常有幾種類型的接地，如果這些接地系統(tǒng)分別獨立設(shè)置，不但實施起來有難度，而且不同系統(tǒng)的接地導(dǎo)體間會產(chǎn)生耦合干擾，不相等的地電位也會帶來安全隱患等，因此共用接地系統(tǒng)應(yīng)運而生。它不僅接地導(dǎo)體少、系統(tǒng)簡單經(jīng)濟，而且低阻抗、系統(tǒng)可靠性高還維護方便[2]。

若多座建筑物之間要進行相互通信和有數(shù)據(jù)交換時，各個建筑物的接地極也應(yīng)相互連接。當(dāng)無法實施連接時，信息網(wǎng)絡(luò)可采用電氣分隔措施，如光纖連接。現(xiàn)實中很多廣播電視臺與有線電視網(wǎng)絡(luò)公司不在同一棟樓上，則廣播電視臺播出機房的數(shù)據(jù)通常采用光纖進行傳輸。

2 機房的信號接地

2.1 信號地的定義

為使電子信息設(shè)備工作時有一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位，不致因浮動引起信號量的誤差，避免內(nèi)外有害電磁場的干擾，使設(shè)備穩(wěn)定可靠地工作，為此電子信息設(shè)備中的信號電路須接地，簡稱為信號地，它屬于功能性的接地。這個地可以是大地，也可以是電子設(shè)備的底板、金屬外殼、等電位點或面等。

2.2 信號接地的做法

2.2.1 采用單點接地或多點接地

信號電路接地系統(tǒng)的型式一般可根據(jù)系統(tǒng)的工作頻率及采用的接地體長度確定。為防止接地體成為輻射天線，導(dǎo)體長度不應(yīng)超過0.02λ，且應(yīng)避免采用阻抗是無窮大的長度，即λ/4或λ/4的奇數(shù)倍（其中，λ=v/f，λ為電子設(shè)備的工作波長，v為電磁波在真空中的傳播速度，f為電子設(shè)備的工作頻率）。若接地體長度小于0.02λ，采用單點接地，即信號電路以一接地端子為基準(zhǔn)電位點，再由此點引出接地線與接地極相連；若接地導(dǎo)體長度大于0.02λ，采用多點接地，即信號電路分別以最短的接地線接至接地母線，并以此作基準(zhǔn)電位。對于高頻信號電路的接地，多點接地最為實用[3]。

2.2.2 建立功能等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)

功能等電位聯(lián)結(jié)是指為信息系統(tǒng)抗電磁干擾及用于電磁兼容的等電位聯(lián)結(jié)。其相互聯(lián)結(jié)的可導(dǎo)電部分電位相等或相近，但相互之間僅傳遞電位而不傳遞電流。

（1）機房的電子信息設(shè)備是通過建立等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)實施接地的，其信號接地通常利用供電回路的保護線PE，保護線PE 與中性線N 在電源系統(tǒng)的低壓出線側(cè)，即獨立設(shè)置，不相共用。

（2）功能等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)的樓層接地干線，通常是由建筑物的總接地端子延伸而來，這樣可以使樓層的電子設(shè)備能從機房的任何一點以盡可能短的距離與總接地端子聯(lián)結(jié)而接地。

（3）機房的等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)型式可根據(jù)信息設(shè)備的分布和機房面積、設(shè)備抗擾度以及設(shè)備內(nèi)部的接地型式進行合理選擇，采用直連室內(nèi)設(shè)置的環(huán)形導(dǎo)體，或添加導(dǎo)體組成方形網(wǎng)格聯(lián)結(jié)，在機房內(nèi)部形成布滿全部區(qū)域的共用星形網(wǎng)絡(luò)。

2.2.3 功能接地和等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體

（1）功能接地（信號接地）導(dǎo)體可采用金屬帶、扁平編織線或具有圓形截面的電纜，并盡可能短接。工程實踐中一般采用薄銅排（厚0.35～0.5 mm），并依據(jù)電子設(shè)備靈敏度、接地線的長度、電子設(shè)備的工作頻率等在80～240 mm之間選擇薄銅排寬度。

（2）功能等電位聯(lián)結(jié)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)體，優(yōu)先選用裸或絕緣的銅質(zhì)材料，以處處可接近的方式安裝，且不小于如下尺寸：銅帶截面為30 mm×2 mm；銅棒直徑為8 mm。

（3）功能等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的接地母線，可從建筑內(nèi)的總接地端子以最短捷的路徑延伸而得，并設(shè)置成閉合環(huán)路，以消除等電位網(wǎng)絡(luò)中任意兩點間的電位差，保證各點之間的電位相等。接地母線一般也采用薄銅排，可根據(jù)電子設(shè)備工作頻率、容量電流等來選擇其規(guī)格。

3 機房的保護接地

3.1 配電系統(tǒng)的接地型式

低壓配電系統(tǒng)的接地型式有TN 系統(tǒng)（TN 又可分為TN-S、TN-C、TN-C-S 三種型式）、TT 系統(tǒng)、IT 系統(tǒng)，其中，第一個字母表示電源的對地關(guān)系：T指電源端有一點直接接地；I指電源端所有帶電部分不接地或有一點經(jīng)高阻抗接地。第二個字母表示負荷側(cè)電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分的對地關(guān)系：T 指電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，其接地點在電氣上是獨立于電源端的接地點；N 指電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分不直接接地，而是通過導(dǎo)線與電源接地點連接。短橫線后的字母表示保護線PE 與中性線N 的配置組合情況：S 指保護線與中性線是分開的；C 指保護線與中性線是合一的。而播出機房的配電室一般由廣電大樓內(nèi)設(shè)的配電變電站引來380 /220 V 低壓電源，因此機房的低壓配電采用TN-S 系統(tǒng)，保護線PE 與中性線N 分別獨立設(shè)置，這樣正常的負荷電流只能沿中性線N流回，在保護線PE或者與PE線有連接的導(dǎo)體中就不會有負荷電流流過而干擾到正常運行的電氣設(shè)備[4]。

3.2 配電系統(tǒng)的接地做法

（1）配電變電站供電電源線的鎧裝入戶電纜應(yīng)埋地引入，并將電纜兩端鎧裝層接地。配電裝置在電源進線處須作總等電位聯(lián)結(jié)，且可同時觸及的電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分均接至同一接地系統(tǒng)。

（2）配電變電站高壓側(cè)應(yīng)在靠近變壓器處裝設(shè)一組氧化鋅避雷器，變壓器低壓側(cè)加裝電涌保護器（SPD），且高壓側(cè)避雷器和低壓側(cè)SPD 的接地端子應(yīng)與變壓器外殼、系統(tǒng)中性點及其他屏蔽物就近接地。

（3）機房交、直流配電設(shè)備和UPS雙電源切換裝置等還應(yīng)滿足相關(guān)耐雷電沖擊指標(biāo)的規(guī)定，并分級加裝雷電電涌保護器。各級位SPD 的設(shè)置應(yīng)根據(jù)雷電環(huán)境、供電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)及等電位聯(lián)結(jié)等情況綜合確定。

李離慣會逗憨直的吳耕，兩人一問一答，聽得上官星雨捂著嘴樂不可支，直啐“死妮妮”！那邊廂，一直皺著眉頭送驢肉的老板娘也回過頭來，沖著吳耕這個一本正經(jīng)的黑小子莞爾一笑。她眼睛亮亮的，龍眼核一般，笑容明艷無比，袁安心里想，也許吳耕說得對，今晚去不了萬花谷，也沒什么了不起，黃梁驛是一個值得多住幾天的地方，黃粱酒好喝，饅頭驢肉好吃，這個老板娘小姐姐，又如此好看。

3.3 配電系統(tǒng)的保護線PE

保護線從廣義上來說，泛指用于防護接地故障電壓電擊而連接外露可導(dǎo)電部分、裝置外可導(dǎo)電部分、總接地端子（接地母排）、接地極、接地導(dǎo)體等。從狹義上來說，專指配電系統(tǒng)的電氣回路保護線，即PE線，不包括與裝置外可導(dǎo)電部分連接的等電位聯(lián)結(jié)線和與接地極連接的接地線。

（1）按機械強度要求，電氣回路保護線PE 若采用絕緣導(dǎo)線或裸導(dǎo)線，且敷設(shè)于套管、線槽等外護物內(nèi)存在機械保護時截面應(yīng)不小于2.5 mm2。

（2）按接地故障熱穩(wěn)定性要求，PE 線截面取值通常須與相線截面相配合：當(dāng)相線截面不大于16 mm2時，取值等于相線；當(dāng)相線截面在16 mm2與35 mm2之間時，取值16 mm2；當(dāng)相線截面大于35 mm2時，取值為相線的一半。

3.4 電氣裝置的特殊接地要求

設(shè)置在主機房內(nèi)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，可能會遭受高頻無線電的干擾，影響電視節(jié)目的正常播出。為抑制這些射頻干擾，它們常常被配置有大電容量的濾波器，這樣其在正常工作時就可能存在較大的對地泄漏電流，若此時保護接地連接失效，則會形成較危險的接觸電壓。因此這類裝置的接地具有特殊要求，應(yīng)采取有效防電擊措施。

3.4.1 大泄漏電流設(shè)備的安全防護

（1）數(shù)據(jù)處理設(shè)備過大的正常泄漏電流，以及接通電源時大電容的充電電流，都有可能引起剩余電流動作保護器（RCD）的誤動作，因此此類設(shè)備難以安裝RCD。為降低正常工作時的電擊危險，數(shù)據(jù)處理設(shè)備應(yīng)采用固定式的。

（2）當(dāng)泄漏電流超過人體擺脫電流閾值10 mA時，應(yīng)設(shè)置防止設(shè)備保護線中斷引發(fā)危險的措施。首先，要提高保護線的機械強度，建立高度牢靠的保護接地回路，比如保護線若是單獨設(shè)置的，則單保護線的截面不應(yīng)小于10 mm2，雙保護線的每根線截面不應(yīng)小于4 mm2。其次，在電路中加裝監(jiān)測接地連續(xù)性的和當(dāng)保護線出現(xiàn)斷線故障時可以自動切斷其供電的電器。最后，在前兩項措施的基礎(chǔ)上選用雙繞組變壓器，利用雙繞組變壓器來限制泄漏電流的流經(jīng)范圍，以及減少泄漏電流通路連續(xù)性被中斷的可能性。

3.4.2 低干擾水平的接地設(shè)置

（1）數(shù)據(jù)處理設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)接至總接地端子做一點接地，嚴(yán)禁將機房內(nèi)各設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分接至不同接地極。如遇到總接地端子的干擾水平不能減到可接受的極端情況時，應(yīng)采取其他降擾措施。

（2）數(shù)據(jù)處理設(shè)備的低擾接地設(shè)置還應(yīng)滿足一般安全接地要求，如保證過電流保護的有效性；防止設(shè)備上出現(xiàn)過高的接觸電壓，保證與所處環(huán)境內(nèi)所有可導(dǎo)電物在正?；蚬收锨闆r下始終保持等電位；防范對地大泄漏電流所帶來的危險等。

4 機房的防雷接地

機房的直擊雷防護可由廣電大樓建筑的外部防雷裝置提供，不需再單獨另做。內(nèi)部電氣/電子信息系統(tǒng)主要考慮防雷擊電磁脈沖的措施。

4.1 雷擊電磁脈沖的危害

雷電是大氣中帶電云塊之間或帶電云層與地面之間所發(fā)生的一種強烈的自然放電現(xiàn)象。當(dāng)雷電擊中地面物體時，閃擊放電在附近導(dǎo)體上所形成的閃電電磁脈沖，通過傳導(dǎo)耦合和電磁感應(yīng)耦合，可在電氣/電子設(shè)備中產(chǎn)生危險的瞬態(tài)過電壓及過電流。這種瞬態(tài)“電涌”釋放出的高能量與高電壓可能會損毀電氣設(shè)備，特別是對建筑物中信息系統(tǒng)會造成致命的電磁輻射傷害。

4.2 雷擊電磁脈沖的防護概要

4.2.1 建筑物建設(shè)的初期階段

在還不明確建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)規(guī)模和具體位置的情況下應(yīng)做到以下幾方面。

（1）將樓建筑的金屬框架、鋼筋混凝土內(nèi)鋼筋、金屬管道等自然金屬構(gòu)件及自然屏蔽體做好等電位聯(lián)結(jié)，并與電氣裝置的保護接地系統(tǒng)和建筑物的防雷裝置相互連通，構(gòu)成一個共用接地系統(tǒng)。

（2）考慮在建筑物內(nèi)一些合適的地方預(yù)埋等電位聯(lián)結(jié)板，以供將來用來設(shè)置和完善電氣/電子系統(tǒng)的防雷擊電磁脈沖措施[5]。

4.2.2 機房信息系統(tǒng)的建設(shè)階段

（1）機房房間屏蔽、線路屏蔽及以合適的路徑敷設(shè)線路：在機房外部設(shè)置衰減雷擊電磁場強度的屏蔽措施，并以合適的路徑敷設(shè)線路及線路屏蔽措施以減少電磁干擾的感應(yīng)電涌。

（2）機房及內(nèi)部系統(tǒng)接地和等電位聯(lián)結(jié)：雷電流由共用接地系統(tǒng)泄入大地，設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)以降低電位差、減少空間磁場強度。

（3）裝設(shè)多級協(xié)調(diào)配合的電涌保護器：SPD既可以限制內(nèi)外部的瞬態(tài)過電壓、分流掉浪涌電流，還可通過SPD導(dǎo)通實現(xiàn)帶電設(shè)施的瞬態(tài)等電位連接。

4.3 雷擊電磁脈沖的防護措施

對閃電電磁脈沖的防護措施，隨著電子元器件、設(shè)備、系統(tǒng)等應(yīng)用場景的日益廣泛而愈加豐富，如采用分流、均壓（等電位）、接地、屏蔽、合理布線、保護（器件）等技術(shù)手段，為各種電子及信息系統(tǒng)提供更為全面的防護。

4.3.1 防雷擊電磁脈沖的屏蔽

屏蔽是減少電磁干擾的基本措施。這里的屏蔽主要是針對雷電磁場的屏蔽，對于電場一般可不予考慮，因為通常電場的耦合作用比磁場耦合作用要小得多。

（1）如前文所述，廣電大樓在建設(shè)初期，一般已將鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋、金屬框架、金屬支撐物以及金屬屋面板、外墻板及其安裝的龍骨支架等金屬體作好電氣性連接，使其形成籠式格柵形屏蔽體或板式大空間屏蔽體，這也是防雷分區(qū)概念中的LPZ0 區(qū)和LPZ1區(qū)的邊界（防雷區(qū)LPZ數(shù)值越高則電磁場強度越?。?。

（2）安放電子信息設(shè)備的機房，一般設(shè)在建筑物內(nèi)部電磁環(huán)境相對較好的位置（如LPZ2 區(qū)）。如若電磁環(huán)境仍達不到信息系統(tǒng)要求，可在房間墻體內(nèi)埋入網(wǎng)格狀金屬材料進行屏蔽，并在孔洞處設(shè)置金屬屏蔽網(wǎng)等措施。

（3）線路屏蔽及合理布線可有效減小閃電感應(yīng)效應(yīng)。機房信息線路當(dāng)采用屏蔽電纜時，其屏蔽層至少應(yīng)在兩端并宜在LPZ 交界處做等電位聯(lián)結(jié)；信號線纜與電力電纜之間應(yīng)采取適當(dāng)隔離措施，如間距或屏蔽，當(dāng)不能滿足間距要求時，應(yīng)穿金屬管或敷設(shè)在用金屬板隔開的電纜橋架或線槽中[6]。

4.3.2 防雷擊電磁脈沖的等電位聯(lián)結(jié)

等電位聯(lián)結(jié)是將分開的裝置、各導(dǎo)電物用等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體或SPD 聯(lián)結(jié)起來，以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生的電位差，也可削弱磁場的影響。

（1）等電位聯(lián)結(jié)的一般原則是穿過各防雷區(qū)（如實體邊界的樓體墻體、地板、天花板或其他電磁屏蔽體）交界處的金屬物和系統(tǒng)，以及在一個防雷區(qū)內(nèi)部的金屬物和系統(tǒng)均應(yīng)在防雷區(qū)界面處做等電位聯(lián)結(jié)。

（2）前已分析過機房通常處于LPZ2區(qū)（或更高區(qū)），穿過其防雷區(qū)界面的所有導(dǎo)電物、電力線、信號線均應(yīng)在界面處做等電位聯(lián)結(jié)。做等電位聯(lián)結(jié)的局部等電位聯(lián)結(jié)帶，還要與各種屏蔽物、設(shè)備外殼等其他局部金屬物相連通，且所有外露導(dǎo)電物應(yīng)建立一等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。

（3）機房內(nèi)的信息系統(tǒng)，往往是建筑內(nèi)要求閃電電磁脈沖影響最小的地方，其等電位聯(lián)結(jié)帶宜選用金屬板，且與樓內(nèi)的鋼筋或其他屏蔽物進行多點連接。銅或鍍鋅鋼等電位聯(lián)結(jié)帶的截面不應(yīng)小于50 mm2。

4.3.3 防雷擊電磁脈沖的接地

設(shè)置良好而適配的接地不僅是防直擊雷也是防雷擊電磁波脈沖的基本措施之一，此處的地就是專指大地。

（1）廣電大樓本身應(yīng)采用一個共用接地系統(tǒng)，建筑物的防雷裝置猶如一立體外框，所有進入建筑物的外來導(dǎo)電物都須在防雷區(qū)界面處做等電位聯(lián)結(jié)，并在不同進入地點設(shè)置若干等電位聯(lián)結(jié)帶。這些等電位聯(lián)結(jié)帶與建筑內(nèi)部的電源系統(tǒng)中性點接地、安全保護接地以及電力系統(tǒng)和信息線路的電涌保護器等均應(yīng)就近連到接地網(wǎng)，實現(xiàn)共用接地裝置。

（2）廣電大樓內(nèi)部的導(dǎo)電物，在建筑物內(nèi)及其上不包括電氣裝置的金屬裝置，如電梯軌道、金屬地面、門框架、各種服務(wù)性設(shè)施的金屬管道、橋架、鋼筋等，與內(nèi)部信息系統(tǒng)連成低阻抗的等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)，都應(yīng)通過水平等電位導(dǎo)體相連接，并就近連通到接地體上做等電位聯(lián)結(jié)，每隔5 m連通一次。

（3）廣電大樓內(nèi)部的機房內(nèi)，信息系統(tǒng)的金屬組件（如箱體、殼體、機架）都應(yīng)連到局部等電位聯(lián)結(jié)帶上，并與信息系統(tǒng)的星形和網(wǎng)形等電位結(jié)構(gòu)相互連通而共用接地裝置；電子設(shè)備的信號接地，如果直接連大地或與已接地機殼相連，也可實現(xiàn)與其他系統(tǒng)共用接地裝置。

5 結(jié)語

廣播電視系統(tǒng)的全面數(shù)字化使節(jié)目制作、傳輸直到播出都帶來了革命性的變化。為保證播控機房的電氣/電子設(shè)備、人身的安全和系統(tǒng)運行的可靠，對接地系統(tǒng)的設(shè)置問題必須予以高度重視，嚴(yán)格遵照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行，以減少各類廣播電視節(jié)目播出事故的發(fā)生。