通信电源第十章-通信接地与防雷课件.ppt

1、本本 章章 内内 容容v接地系统概要：接地系统的组成、接地系统概要：接地系统的组成、影响接地电阻的因素、接地中关于影响接地电阻的因素、接地中关于电压的概念、接地的分类作用电压的概念、接地的分类作用.v联合接地系统：优点、组成、特点联合接地系统：优点、组成、特点.v通信电源系统的防雷保护：雷电相通信电源系统的防雷保护：雷电相关知识的介绍、常见防雷元件、系关知识的介绍、常见防雷元件、系统防雷保护措施统防雷保护措施.本章重点、难点本章重点、难点v本章重点本章重点 接地系统的组成、影响接地电阻的因素接地系统的组成、影响接地电阻的因素 通信电源系统接地的分类及各自的作用通信电源系统接地的分类及各自的作用

2、 联合接地的优点和组成特点联合接地的优点和组成特点 常见防雷元件常见防雷元件 通信电源系统防雷保护原则和措施通信电源系统防雷保护原则和措施v本章难点本章难点 交流保护接地的保护原理交流保护接地的保护原理 联合接地的组成特点联合接地的组成特点 雷电危害雷电危害本章的目的和要求本章的目的和要求v 掌握接地系统的组成和影响接地电阻的主要因素，掌握接地系统的组成和影响接地电阻的主要因素，理解接地系统中几个电压的概念。理解接地系统中几个电压的概念。v 掌握交流工作接地的概念以及作用。掌握交流工作接地的概念以及作用。v 掌握掌握TN-S接地系统的接法和优点。接地系统的接法和优点。v 掌握直流工作接地的作用

3、，理解采用正极接地的原掌握直流工作接地的作用，理解采用正极接地的原 因。因。v 掌握联合接地的优点，理解联合接地系统接线方式掌握联合接地的优点，理解联合接地系统接线方式 和的均压特点。和的均压特点。v 了解雷电的相关知识，理解常见防雷元件的工作机了解雷电的相关知识，理解常见防雷元件的工作机 理并熟悉它们常用技术指标，掌握通信电源系统防理并熟悉它们常用技术指标，掌握通信电源系统防 雷保护原则和措施理解方法。雷保护原则和措施理解方法。接地系统概要接地系统概要 接地与防雷的内容提要接地与防雷的内容提要1联合接地系统联合接地系统 2通信电源系统的防雷保护通信电源系统的防雷保护 3讨论题讨论题410.1

4、 接地系统概要接地系统概要 v 在通信局站中，接地占有很重要的地在通信局站中，接地占有很重要的地 位，它不仅关系到设备和维护人员的安位，它不仅关系到设备和维护人员的安 全，同时还直接影响着通信的质量。因全，同时还直接影响着通信的质量。因 此，掌握理解接地的基本知识，正确选此，掌握理解接地的基本知识，正确选 择和维护接地设备，具有很重要的意义。择和维护接地设备，具有很重要的意义。10.1.1 接地系统组成接地系统组成 v 接地的概念接地的概念 所谓所谓“接地接地”，就是为了工作或保护的目，就是为了工作或保护的目 的，将电气设备或通信设备中的接地端的，将电气设备或通信设备中的接地端 子，通过接地装

5、置与大地作良好的电气连子，通过接地装置与大地作良好的电气连 接接,并将该部位的电荷注入大地，达到降并将该部位的电荷注入大地，达到降 低危险电压和防止电磁干扰的目的。低危险电压和防止电磁干扰的目的。v 接地系统接地系统 所有接地体与接地引线组成的装置，称为所有接地体与接地引线组成的装置，称为 接地装置，把接地装置通过接地线与设备接地装置，把接地装置通过接地线与设备 的接地端子连接起来就构成了接地系统。的接地端子连接起来就构成了接地系统。v接地系统示意图接地系统示意图:水平接地体垂直接地体设备接地线接地引线接地线排10.1.2 接地电阻组成及影响接地电阻的因素接地电阻组成及影响接地电阻的因素 v

6、接地电阻组成接地电阻组成 接地装置的接地电阻，一般是由接地引线电阻，接地接地装置的接地电阻，一般是由接地引线电阻，接地 体本身电阻，接地体与土壤的接触电阻以及接地体周体本身电阻，接地体与土壤的接触电阻以及接地体周 围呈现电流区域内的散流电阻四部分组成。围呈现电流区域内的散流电阻四部分组成。(接地电阻主要由接触电阻和散流电阻构成。)v 影响接地电阻的因素影响接地电阻的因素 (影响接地电阻的因素主要考虑影响接触电阻和散流电阻影响接地电阻的因素主要考虑影响接触电阻和散流电阻 的因素。的因素。)接触电阻指接地体与土壤接触时所呈现的电阻。接触电阻指接地体与土壤接触时所呈现的电阻。接地体与土壤的接触电阻决

7、定于土壤的湿度、松紧程度 及接触面积的大小，土壤的湿度越高、接触越紧、接触 面积越大，则接触电阻就小，反之，接触电阻就大。散流电流是电流由接地体向土壤四周扩散时，所遇到散流电流是电流由接地体向土壤四周扩散时，所遇到 的阻力。的阻力。它和两个因素有关：一是接地体之间的疏密程度。二是和土壤本身的电阻有关。衡量土壤电阻大小的物 理量是土壤电阻率。v 土壤电阻率的大小与以下主要因素有关：土壤电阻率的大小与以下主要因素有关：土壤的性质土壤的性质 不同性质的土壤，它们的土壤电阻率差别很大。一般来 讲，土壤含有化学物质（包括酸、碱以及腐烂物质等）较 多时，其土壤电阻率也较小；同一块土壤，大地表面部分 土壤电

8、阻率较大，距离地面越深，电阻率越小，而且又稳 定的趋势。土壤的温度土壤的温度 当土壤的温度在0以上时，随土壤温度的升高，土壤电 阻率减小，但不明显，当土壤温度上升到100时，由于 土壤中水份的蒸发反而使土壤电阻率有所增加。但是当 土壤的温度在0以下时，土壤中水份结冰，其土壤电阻 率急剧上升，而且当温度继续下降时，土壤电阻率增加 十分明显。土壤的湿度土壤的湿度 土壤湿度增加会使土壤电阻率明显减小。土壤的密度土壤的密度 土壤的密度即土壤的紧密程度。土壤受到的压力 越大，其内部颗粒越紧密，电阻率就会减小。土壤的化学成分土壤的化学成分 土壤中含有酸、碱、盐等化学成分时，其电阻率 就会明显减小。10.1

9、.3 接地中电压概念接地中电压概念 UdUcUk0.8m20mv 对地电压：电气设备的接地部分，如接地外壳、接地线或接地体等与大地之间的电位差，称为接地的对地电压Ud。(离接地体越远越小)v 接触电压：在接地电阻回路上，一个人同时触及的两点间所呈现的电位差，称为接触电压Uc。(离接地体越远越大（就近接地）)v 跨步电压：在电场作用范围内（以接地点为圆心，20m为半径的圆周）,人体如双脚分开站立，则施加于两脚的电位不同而导致两脚间存在电位差，此电位差便称为跨步电压Uk。(离接地体越远越小)10.1.4 接地分类及作用接地分类及作用 v 按带电性质可分为交流接地系统和直流 接地系统两大类。按用途可

10、分为工作接地系统、保护接地 系统和防雷接地系统。而防雷接地系统中又可分为设备防雷和 建筑防雷。v 交流接地系统交流接地系统 交流接地系统有工作接地和保护接地。(1)所谓工作接地，在低压交流电网中就是将三相电源中的中性 点直接接地。(2)所谓保护接地，就是将受电设备在正常情况下与带电部分绝 缘的金属外壳部分与接地装置作良好的电气连接。(3)低压交流接地保护方式 可分为：接零系统（TN系统）、接地系统（TT系统）和不接地系统（IT系统）三类。TN系统的几种方案:TNC系统系统:它为三相电源中性线直接接地的系统，通常称为三相四线制电源系统，其中性线与保护线 是合一的。TNS系统系统:它为三相五线制配

11、电系统。(这是目前通信电源交流供电系统中普遍采用的低压 配电网中性点直接接地系统。)v 优点:一旦中性线断线，不会像TNC系 统中那样，使断点后的受电设备上 露导电部分可能带上危险的相电压。在各相电源正常工作时，PE线上无电流，而所有设 备外露导电的部分都经各自的PE线接地，所有各自 PE线上无电磁干扰。TNCS系统系统:它是TNC和TNS组合而成,整个系统中有一部分中性线和保护线是合一的系 统。往往用于环境条件较差的场合。v直流接地系统直流接地系统 按照性质和用途的不同，直接接地系统可分为工作接地和保护接地两种。(1)工作接地用于保护通信设备和直流通信电源 设备的正常工作；(2)保护接地则用

12、于保护人身和设备的安全。直流工作接地的作用:（1）利用大地作良好的参考零电位，保证在各通信设备间甚至各局（站）间的参考电位没有差异，从而保证通信设备的正常工作。（2）减少用户线路对地绝缘不良时引起的通信回路间的串音。直流保护接地的作用:（1）防止直流设备绝缘损坏时发生触电危险，保证维护人员的人身安全。（2）减小设备和线路中的电磁感应，保持一个稳定的电位，达到屏蔽的目的，减小杂音的干扰，以及防止静电的发生。v防雷接地防雷接地 在通信局（站）中，通常有两种防雷接地:(1)一种是为保护建筑物或天线不受雷击而专设 的避雷针防雷接地装置，这是由建筑部门设计 安装的；(2)另一种是为了防止雷击过电压对通信

13、设备或 电源设备的破坏需安装避雷器而埋设的防雷接 地装置。如高压避雷器的下接线端汇接后接到 接地装置。10.2 联合联合接地系统接地系统v 考虑到各接地系统（交流工作接地、直流考虑到各接地系统（交流工作接地、直流 工作接地、保护接地）在电流入地时可工作接地、保护接地）在电流入地时可 能相互影响，传统做法是将各接地系统能相互影响，传统做法是将各接地系统 在距离上分开在距离上分开20m以上，称为分设接地以上，称为分设接地 系统。但是随着外界电磁场干扰日趋增系统。但是随着外界电磁场干扰日趋增 大，分设接地系统的缺点日趋明显。在大，分设接地系统的缺点日趋明显。在 上个世纪上个世纪90年代开始，在国内外

14、出现了年代开始，在国内外出现了 联合接地系统。联合接地系统。10.2.1 联合接地的优点联合接地的优点 v 分设接地系统。分设接地系统。分设接地系统是指工作接地、保护接地、防雷接地等各种单设接地装置，并要求彼此相距20m。缺点：缺点：（1）侵入的雷浪涌电流在这些分离的接地之间产生电位 差，使装置设备产生过电压。（2）由于外界电磁场干扰日趋增大，无法满足通信的电 磁兼容标准的要求。（3）接地装置数量过多，受场地限制易造成接地系统间 相互干扰。（4）配线复杂，施工困难。v 联合接地系统。联合接地系统。组成组成:联合接地示意图联合接地系统由接地体、接地引入、接地汇集线、接地线所组成。优点优点:地电位

15、均衡，同层各地线系统电位大体相等，消除危地电位均衡，同层各地线系统电位大体相等，消除危 及设备的电位差。及设备的电位差。公共接地母线为全局建立了基准零电位点。当发生地公共接地母线为全局建立了基准零电位点。当发生地 电位上升时，各处的地电位一齐上升，在任何时候，电位上升时，各处的地电位一齐上升，在任何时候，基基 本上不存在电位差。本上不存在电位差。消除了地线系统的干扰。通常依据各种不同电特性设消除了地线系统的干扰。通常依据各种不同电特性设 计出多种地线系统。彼此间存在相互影响，而今采用计出多种地线系统。彼此间存在相互影响，而今采用 一个接地系统之后，使地线系统作到了无干扰。一个接地系统之后，使地

16、线系统作到了无干扰。电磁兼容性能变好。由于强、弱电，高频及低频电都电磁兼容性能变好。由于强、弱电，高频及低频电都 等电位，又采用分屏蔽设备及分枝地线等方法，所以等电位，又采用分屏蔽设备及分枝地线等方法，所以 提高了电磁兼容性能。提高了电磁兼容性能。10.2.2 联合接地的组成联合接地的组成 v 接地体地网接地体地网 (接地线网络有树干形接地地线网，多点接地地线网，一点接地地线网。)v 接地母线接地母线 在联合接地系统中，垂直接地总汇集 线贯穿于电信大楼各层的接地用主干 线，也可在建筑物底层安装环形汇集 线，然后垂直引到各机房水平接地分 汇集线上，这种垂直接地总汇集线称 为接地母线。v 对通信大

17、楼建筑与双层地面的要求对通信大楼建筑与双层地面的要求 要求建筑物混凝土内采用钢框架与钢筋互连，并连接 联合地线焊接成法拉弟“鼠笼罩”状的封闭体，才能使 封闭导体的表面电位变化形成等位面（其内部场强为 零），这样，各层接地点电位同时进行升高或降低的 变化，使之不产生层间电位差，也避免了内部电磁场 强度的变化。10.3 通信电源系统的防雷保护通信电源系统的防雷保护 v 随着电力电子技术的发展随着电力电子技术的发展,电子电源设备电子电源设备 对浪涌高脉冲承受能力和耐噪声能力不对浪涌高脉冲承受能力和耐噪声能力不 断下降断下降,使电力线路或电源设备受雷电过使电力线路或电源设备受雷电过 电压冲击的事故常有

18、发生，目前通信电电压冲击的事故常有发生，目前通信电 源系统的防雷已经成为重要的课题，所源系统的防雷已经成为重要的课题，所 以开展防雷技术研讨十分重要。以开展防雷技术研讨十分重要。10.3.1 10.3.1 雷电分类及危害雷电分类及危害 雷电的产生原因目前学界仍有争论，普遍的解释是地面雷电的产生原因目前学界仍有争论，普遍的解释是地面湿度很大的气体受热上升与冷空气相遇形成积云，由于湿度很大的气体受热上升与冷空气相遇形成积云，由于云层的负电荷吸附效应，在运动中聚集大量的电荷。当云层的负电荷吸附效应，在运动中聚集大量的电荷。当不同电荷的积云靠近时，或带电积云对大地的静电感应不同电荷的积云靠近时，或带电

19、积云对大地的静电感应而产生异性电荷时，宇宙间将发生巨大的电脉冲放电，而产生异性电荷时，宇宙间将发生巨大的电脉冲放电，这种现象称为雷电。这种现象称为雷电。v 雷电流雷电流 例如较常见的例如较常见的8/20s模拟雷电流模拟雷电流 波形（在很多避雷元件上均标有波形（在很多避雷元件上均标有 8/20s或或10/350s等），指该等），指该 雷电流波形为雷电流波形为T18s20%,T220s20%的典型雷电流。的典型雷电流。雷击分为两种形式：即感应雷与直击雷。感应雷是指雷击分为两种形式：即感应雷与直击雷。感应雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感

20、应所产生的雷击，直击雷是雷电直接击中电气设备或线所产生的雷击，直击雷是雷电直接击中电气设备或线路，造成强大的雷电流通过击中的物体泄放入地。路，造成强大的雷电流通过击中的物体泄放入地。依据雷电活动的日子，将在雷闪或雷声的时间称依据雷电活动的日子，将在雷闪或雷声的时间称 为雷暴日。年平均雷暴小于为雷暴日。年平均雷暴小于15天的地区称为少雷天的地区称为少雷 区，超过区，超过40天的地区称为多雷区。又依据雷电过天的地区称为多雷区。又依据雷电过 电压大小及每年平均发生雷暴过电压次数，可将电压大小及每年平均发生雷暴过电压次数，可将 雷电地区分为高、中、低区。雷电地区分为高、中、低区。v 雷击流的危害雷击流

21、的危害 产生强大的感应电流或高压直击雷浪涌电流若使天线带电，从而产生产生强大的感应电流或高压直击雷浪涌电流若使天线带电，从而产生 强大的电磁场，使附近线路和导电设备出现闪电的特征。强大的电磁场，使附近线路和导电设备出现闪电的特征。地面雷浪涌电流使地电位上升依据地面电阻率与地面电流强度的不地面雷浪涌电流使地电位上升依据地面电阻率与地面电流强度的不 同，地面电位上升程度不一。但由于地面过电位的不断扩散，会使周同，地面电位上升程度不一。但由于地面过电位的不断扩散，会使周 围电子系统中的设备造成干扰，甚至被过压损坏。围电子系统中的设备造成干扰，甚至被过压损坏。静电场增加接近带电云团处周围静电场强度可升

22、至静电场增加接近带电云团处周围静电场强度可升至50kV/m，置于这，置于这 种环境的空中线路电势会骤增，而空气中的放电火花也会产生高速电种环境的空中线路电势会骤增，而空气中的放电火花也会产生高速电 磁脉冲，造成对电子设备的干扰。磁脉冲，造成对电子设备的干扰。v 雷电流干扰雷电流干扰 直击雷对通信大楼的环境影响直击雷对通信大楼的环境影响 雷击对电力电缆的影响雷击对电力电缆的影响 10.3.2 常见防雷元件常见防雷元件 常见的防雷元器件有：接闪器、消雷器和避雷常见的防雷元器件有：接闪器、消雷器和避雷 器三类。器三类。(1)接闪器是专门用来接收直击雷的金属物体。(2)消雷器是一种新型的主动抗雷设备。

23、(3)避雷器通常是指防护由于雷电过电压沿线路入侵损害被保护设备的防雷元件。1离子化发射装置2连接物3地电收集装置4被保护物图10-10消雷器结构示意图图10-11避雷器的连接 常见的避雷器有阀式避雷器、排气式避雷器和常见的避雷器有阀式避雷器、排气式避雷器和金属氧化物避雷器等。金属氧化物避雷器等。v 阀式避雷器阀式避雷器 阀式避雷器由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。v 排气式避雷器排气式避雷器 排气式避雷器通称管型避雷器，由产气管、内部间隙和 外部间隙等三部分组成。v 金属氧化物避雷器（金属氧化物避雷器（MOA）金属氧化物避雷器又称为压敏电阻避雷器。这是一种没有火花 间隙，只有压敏电阻片

24、的新型避雷器。10.3.3 通信电源系统防雷保护措施通信电源系统防雷保护措施 v 防雷区防雷区 第一级防雷区第一级防雷区：指直击雷区，本区内各导电物体一旦 遭到雷击，雷浪涌电流将经过此物体流向大地，在环 境中形成很强的电磁场。第二级防雷区：第二级防雷区：指间接感应雷区，此区的物体可以能 流经感应雷浪涌电流。这个电流小于直击雷流涌电 流，但在环境中仍然存在强电磁场。第三级防雷区：第三级防雷区：本区导电物体可能流经的雷感应电流 比第二级防雷区小，环境中磁场已很弱。第四级防雷区第四级防雷区:当需进一步减小雷电流和电磁场时,应引 入后续防雷区。v 防雷器的安装与配合原则防雷器的安装与配合原则 （1）借

25、助于限压型防雷器具有的稳压限流特性，不加 任何去耦元件（如电感L）。（2）采用电感或电阻作为去耦元件（可分立或采用防 雷区设备间的电缆具有的电阻和电感），电感用 于电源系统，电阻用于通信系统。在通信局（站），防雷保护系统的防雷器配合方案为：前续防雷器具有不连续电流电压特性，后续防雷器 具有防压特性。在前级放电间隙出现火花放电，使后 续防雷浪涌电流波形改变，因此后级防雷器的放电只 存在低残压的放电。v 几种防雷保护几种防雷保护（1）电力变压器的防雷保护电力变压器最低压侧都应装 防雷器，而在低压侧采用压敏电阻避雷器，两者均 作Y形接续，它们的汇集点与变压器外壳接地点一 起组合，就近接地。（2）通信

26、局（站）交流配电系统的防雷保护为了消除直接雷浪涌电流与电网电压的人波动影响，依据负荷的性质采用分级衰减雷击残压或能量的方法来抑制雷电的侵犯。（3）电力电缆防雷保护在电力电缆馈电至交流屏之前约12m处，设置避雷装置作为第一级保护。这级防雷器应具备80kA每极通流量，以达到防直接雷击的电气要求。（4）交流屏内防雷由于在前面已设有一级防雷电路，故交流屏只承受感应雷击15kA以下每极通流量，以及1300V1500V残压的浸入。这一级为第二级保护。（5）整流器防雷保护在整流器的输入电源设置的防雷器成为第三级防雷保护，防雷器装置在交流输入断路器之前，每级通流量小于5KA相线间只须承受500V600V残压侵

27、入。讨讨 论论 题题v 1、接地系统由哪些装置组成？、接地系统由哪些装置组成？v 2、影响土壤电阻率的因素有哪些？、影响土壤电阻率的因素有哪些？v 3、为什么设备保护接地要求就近接地？、为什么设备保护接地要求就近接地？v 4、请用图示交流工作接地的接法，并说明交流、请用图示交流工作接地的接法，并说明交流 工作接地的作用。工作接地的作用。v 5、直流工作接地的作用有哪些？通常正极接地、直流工作接地的作用有哪些？通常正极接地 的原因是什么？的原因是什么？v 6、解释解释8/20s模拟雷电流波形的含义。模拟雷电流波形的含义。v 7、在通信电源系统中防雷器的安装与配合的原在通信电源系统中防雷器的安装与配合的原 则是怎样的？则是怎样的？浙江省邮电职业技术学院浙江省邮电职业技术学院 求是求是 立德立德 尚学尚学 精业精业