浅谈通信设备的接地(王海涛论文)

马鞍山市电机工程学会1999~2004年优秀学术论文集浅谈通信设备的接地王海涛（安徽省马鞍山供电局，243000）摘要：通过对通信设备及其相关系统的接地概念、接地种类、接地型式等的阐述，比较系统地初步探讨了通信设备的接地问题。关键词：通信设备接地概念接地种类接地型式0前言接地是通信设备电气安全的核心技术。但通信设备的接地并不是孤立的，它和通信设备的网管系统的接地，通信设备的供电系统的接地，通信机房的接地，通信线路的接地等是彼此关联的。因此，必须用系统的观念来全面认识通信设备的接地。1几种常见的片面或错误认识[1]1）“接地”就是接大地接大地是接地最典型的解释。人们把大地是为“零电位”，接地为了实现保持零电位。2）“接地”就是接机壳对电子电路来说，“零电位”不一定非要接大地，只要在局部范围内有一个共同的、相对的“零电位”就可以。设备的金属机壳（或印刷电路板上的边缘环线）常常是最近的、最方便的相对零电位点。3）“接地”就是“接零”在低压交流电网中，三相电源或负载星形连接时出现中性点，由电源中性点引出的导线称为中性线。中性线在电源侧接地，则称为“零线”；如不接地，则称为中线。“接零”就是通过零线与大地连接，其接地的良好程度与可靠性，主要取决于零线的可靠性与接零回路的阻抗。4)“接地”就是接保护线在多种电器产品的安全标准中，设备本身的外露可导电部分与设备的电源接地点或设备的总接地端子之间需接一根“保护线”。这根线在实际使用中究竟是直接接地，还是接零，还是接其它保护导体（如等电位联络线），要根据使用场所的低压交流系统的接地型式及所采用的电击防护手段来定，但不能接哪里它总是一根起保护作用的线。5）“接地”就是接自来水管、暖气管等与大地有接触的金属管道这是一种错误的认识。自来水管虽然大多数是金属制成，大部分也都埋在地下，与大地接触良好。但要把它当接地极用，需要征得供水部门的同意。供水部门如果同意，就意味着这种水管还要成为电气上的接地装置，这就给设计、施工和维修带来一系列的问题，如维修水管时要通知用户不但会断水，而且不能保证电气接地，需要拥护做好相应的电击防护措施。在我国，供水部门不承担这样的义务，也没有保证自来水管电气连接良好及接地良好的技术要求。暖气管道的接地一般比自来水管还差，供暖部门也不承担这样的义务。至于煤气、液化气、天然气管道等本身有良好的接地装置，但这是从防爆角度要求的（降低管道上的杂散感应电压，避免产生火花）；倘若把这些管道当作电气接地装置，就有可能引入电位，发生危险，因此更是严禁把这些管道当电气接地装置使用。马鞍山市电机工程学会1999~2004年优秀学术论文集2接地的概念[1]以上前四种认识是片面的，而第五种认识是错误的。我们从接地的概念入手来全面的、正确的认识接地问题。2.1接地本身的概念“地”一般指大地，但在电气上，它确有更深一层含义。由于大地内含有自然界中的水份等导电物质，当一根带电的导体与大地接触时，便会形成以接触点为球心的半球形“地电场”。此时，从带电导体流入地下的电流即接地电流便从导体接地点向四周呈球形流散。因为球形面积与半径平方成正比，而电阻与截面积成反比，所以越靠近接地点，接地电流通路的截面积就越小，电阻就越大；二相距越远，接地电流通路的截面积就越大，电阻就越小。通常在距离接地点20米以外时，半球形截面积已达到2500平方米以上，电阻已小到可以忽略不计。也就是说，可以人为在距离接地点20米以外时，便不会产生电压降，即已是“零电位”了。而这些“零电位”的地方，就是通常所说的“地”，其含义实际上泛指零电位的地方。可以是大地（由于地球相比一般的物体是无限大，所以无论多少电荷经地球流散都不会使地球电位升高，所以常取大地的电位为零电位。），也可以不是，如电子电路的等电位点或基准点。凡是电气设备或设施的任何部位（不论它带电或不带电）人为地或自然地与零电位的“地”相连通，便称为“接地“。2.2与接地有关的概念1）接地电阻：指整个接地装置的电阻。这个电阻包括四部分的电阻，即接地极引线自身的电阻、接地极自身的电阻、接地极与土壤之间的过渡电阻、土壤的流散（溢流）电阻。前两部分的电阻很小，一般忽略不计，因此接地装置的电阻主要是过渡电阻和流散（溢流）电阻，在接地极与土壤电气接触良好的情况下，接地电阻主要是流散（溢流）电阻。设备的内部电子电路基准点、外露可导电部分、装置可导电部分与设备的总接地端子之间的电阻，接地线、引下线、中性线、保护线、保护中性线、等电位联络线等与接地干线、接地母线、总接地端子、总等电位联络线等之间的电阻，接地线、引下线、中性线、保护线、保护中性线、等电位联络线及接地干线、接地母线、总接地端子、总等电位联络线等自身的电阻是广义上的接地电阻的组成部分，但不在一般意义上的接地电阻范围之内。另外，通常说的接地电阻都是对工频电流而言。当雷电流通过接地装置时，由于雷电流有很强的冲击性，土壤的导电成份会发生变化，因此接地电阻便会发生变化。为区别起见，将这种情况下的接地电阻称为冲击接地电阻。2）接地电流：凡从带电体流入地下的电流即为接地电流。有正常接地电流和故障接地电流之分。正常接地电流指接地的设备或系统正常工作时，通过接地装置流入地下，借用大地形成回路的电流。故障接地电流一般指电力系统发生故障时出现的接地电流，如电力系统接地而导致系统短路时的接地短路电流。3）接地电压：又叫对地电压，是指带电体与大地之间的电位差。这里的“大地”是指离带电体接地点20米以外的（具有零电位的）大地而言。3接地的种类[2]接地的种类较多，不同的应用领域又有不同的划分方法。在通信领域，与通信设备有关的接地种类主要有以下几种：1）工作接地：在工作或事故情况下保证设备正常工作或可靠运行的接地。根据是否利用大地做工作回路可分为正常情况下有工作电流流过大地的接地（如“两线一地”制的一相接地）和正常情况下没有工作电流流过大地的接地（如低压配电网的中性点接地）两种。马鞍山市电机工程学会1999~2004年优秀学术论文集通信设备等电子设备和计算机设备的工作接地又被称为功率接地，它指的是计算机及电子设备中除电子电路以外的交、直流电路的接地。2）直流接地：计算机及电子设备，大部分采用中、大规模集成电路，工作于较低的直流电压下，为使同一系统的计算机或电子设备的电子电路具有同一电位参靠点，将所有设备的“零电位”点接于同一接地装置的接地称为直流接地。计算机的直流接地又被称为逻辑接地，通信设备等电子设备的直流接地又被称为信号接地，其作用都是为信号回路提供统一基准电位。3）保护接地：用于电击防护的接地称为保护接地。保护接地的功能主要是当设备发生故障而使外露可导电部分带电时，为故障回路提供一个阻抗较小的通路，使电网自动断电装置动作来切断电源，同时也起到降低以变成带电体的外露可导电部分上电位地作用。保护接地有两种。一种是将设备的保护线与电网中的零线连接起来，俗称“保护接零”；另一种是将设备的保护线与大地或电网中地线作直接的电气连接，俗称“保护接地”。4）防雷接地：用于流散雷电流的接地称为防雷接地。防雷接地的功能主要是当发生雷电直击、反击、串击、感应等时为雷电流提供一个快速的泄放通道，使被保护物免受被雷电过电压的侵害。5）屏蔽接地：用于屏蔽装置上以流散感应电荷为目的的接地称为屏蔽接地。屏蔽接地的主要功能是有效衰减来自设备或布线系统内部或外部的各种干扰，避免被保护物机能障碍或损坏。屏蔽接地分为静电屏蔽接地和电磁屏蔽接地两种。静电屏蔽接地是为了切断静电噪声的入侵通路，类似防静电接地。电磁屏蔽接地也叫电磁适应性接地，又分为低频屏蔽接地和高频屏蔽接地两种，低频屏蔽接地通常和防雷接地合用在一起；高频屏蔽接地较为复杂，其接地极的大小、形状、材质、截面积、接地线长度等，都需要根据所屏蔽设备的频率及电磁强度等因素决定，有时还需要在接地线中串接电容等元件进行调节等。6）防静电接地：用于流散静电荷的接地称为防静电接地。防静电接地的功能在于防止静电荷的积聚，避免对设备的干扰或损坏。聚积在绝缘体上的静电荷消失很慢，而聚积在导体上的静电荷消失很快，单纯的防静电接地100欧姆接地电阻即可满足，所以防静电接地常与设备保护接地合用在一起。7）防腐蚀接地：用于防止埋地管道或电缆电化腐蚀的接地称为防腐蚀接地。防腐蚀接地是采用阳极或阴极保护法，将管道或电缆的金属护套层（屏蔽层）每隔一段长度作的接地。阳极防腐蚀接地常与防雷接地合用在一起，阴极防腐蚀接地一般与防雷接地分设接地装置。8）重复接地：在低压配电网TN—S系统中，将零线上的多点与大地多次作金属性电气连接的接地称为重复接地。重复接地的功能在于当TN—S系统中发生碰壳或接地短路时可以降低对地电压，且当零线发生断裂时降低故障危害程度。在不同的应用领域，依据接地功能对接地种类有不同的划分方法。例如有的专业将接地分为正常接地和故障接地，正常接地又分为工作接地（包括上述工作接地、直流接地、防雷接地）和安全接地（包括上述保护接地、屏蔽接地、防静电接地等）。又如有的专业将接地分为功能性接地和保护性接地，功能性接地包括工作接地、逻辑接地、电磁适应性接地等，保护性接地包括保护接地、重复接地、防雷接地、防静电接地等。4接地的型式[3][4]4.1通信设备的接地型式马鞍山市电机工程学会1999~2004年优秀学术论文集通信设备主要是电子设备，电子设备的接地一般有三种：信号接地、功率接地、保护接地。根据需要，有可能还包括重复接地、屏蔽接地、防静电接地等，这时它们可以和保护接地统称安全接地。电子设备的接地型式一般根据其工作频率和设备到接地母线或总接地端子（板）等上的接地引线长度来决定，主要有以下几种：1）当接地引线长度小于波长二十分之一，频率在1MHZ以下时，一般采用辐射式（星形）接地系统。这种接地系统是将电子设备的信号地、功率地、保护地分开，用绝缘接地引线分别先接到电源室总接地端子（板）上，再引至接地体。这种接地系统又叫“一点接地系统”或“单点接地系统”。这种接地型式的特点是不同接地之间的接地引线路由分开，尽可能避免回路间的耦合影响，减少干扰环流。多用于低频电子设备的接地。2）当接地引线长度大于波长二十分之一，频率在10MHZ以上时，一般采用环状（网形）接地系统。这种接地系统是将电子设备的信号地、功率地、保护地都接在一个公用的环状（网形）接地母线上，再引至接地体。这种接地系统又叫“多点接地系统”。这种接地型式的特点是不同接地之间的接地引线在较多点互相连接起来，不会产生的电位差，减少了通信回路的干扰。多点接地系统适用于高频电子设备的接地，这是因为高频电路由于频率高，耦合电容增加，即使信号地、功率地、保护地的接地引线分开，高频干扰信号仍能藕合过去，因此几种地较难真正分开。3）当接地引线长度等于波长二十分之一，频率在1MHZ到10MHZ之间时，可以采用混合式接地系统。辐射式（星形）接地系统与环状（网形）接地系统相结合的接地系统称为混合式接地系统。这种接地型式的采用是辐射式接地引线将电子设备的信号地、功率地、保护地分开，在机壳或机架上汇接一点，然后再把若干设备的汇接点接至公用的环状（网形）接地母线上，再引至接地体。多用于电子仪表等的接地。4.2计算机设备的接地型式以计算机设备为主的现代通信设备的网管系统自成体系，因此计算机设备的接地与通信设备的接地密切相关。计算机设备一般有三种接地：逻辑地、功率地、保护地。根据需要，有可能还包括重复接地、屏蔽接地、防静电接地等，这时它们可以和保护地统称安全地。计算机设备的接地型式实际上是逻辑地与其它地的关系，一般有四种型式。1）悬浮接地系统：即计算机逻辑地不接大地，与大地严格绝缘。采用直流地悬空的理论依据是：可以避免地磁场及地电位差的影响，不使其形成回路而造成噪声耦合；同时逻辑地与交流功率地分开，可以避免交流电网的干扰以及仪器仪表、检修工具等漏电进入计算机造成的干扰。悬浮接地又有两种型式：一种是电路设计上“地电位点”，机内各个悬浮电路均分别有各自独立的基准电位，悬浮电路之间保持严格隔离，（依靠电感线圈的磁场耦合来传递信号）；整个设备包括机壳都与大地