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电力防雷接地常见问题集

作者: 来源: 日期:2018-3-26 10:50:15 人气:10 加入收藏 评论:0 标签:

电力防雷接地常见问题集

一、保护接地线的线径

用户某些情况下会对我们设备的保护接地线的线径提出疑问。下面给出相关规范中规定的保护接地线线径选择方法。

1. 设备额定工作电流

设备保护接地线线径选择主要考虑的因素是设备的工作电流大小。通信设备的保护接地线线径的选择,可以参考GB 4943-2001《信息技术设备的安全》中的规定进行选择。一般来说,实际设备的保护接地线线径选取应大于等于表中额定电流对应的截面积。

根据GB 4943-2001第2.6.3.2条的规定,保护连接导体的尺寸,按GB 4943-2001标准中的表1-1GB进行选取:

表1-1 GB 4943-2001的表3B" 导线规格"

设备的额定电流A最小导体尺寸
标称截面积mm2AWG或kcmil[截面积mm2](见注2)
≤60.751)18  [0.8]
>6~≤10(0.75)2)   1.0016  [1.3]
>10 ~≤13(1.0)3)  1.2516  [1.3]
>13~≤16(1.0)3)  1.514  [2]
>16~≤252.512  [3]
>25~≤32410  [5]
>32~≤4068  [8]
>40~≤63106  [13]
>63~≤80164  [21]
>80~≤100252  [33]
>100~≤125351  [42]
>125~≤160500  [53]
>160~≤19070000  [85]
>190~≤230950000  [107]
>230~≤260120250 kcmil  [126]
>260~≤300150300 kcmil  [152]
>300~≤340185400 kcmil  [202]
>340~≤400240500 kcmil  [253]
>400~≤460300600 kcmil  [304]
1) 对额定电流小于3A,如果软线的长度不超过2m,允许标称截面积为0.5mm2。
2) 如果软线的长度不超过2m,则括号中的数值适用于装有符合GB 17465(C13、C15、C15A和C17型)规定的额定值为10A的连接器的可拆卸电源软线。
3) 如果软线的长度不超过2m,则括号中的数值适用于装有符合GB 17465(C19、C21和C23型)规定的额定值为16A的连接器的可拆卸电源软线。
注:
1  GB 17465规定了器具耦合器和软线的连接方式,包括条件1)、条件2)和条件3)所提到的连接方式,但是,许多国家已经指出,对表3B中列出的所有的值,特别是条件1),2)3)所包括的内容,他们不接受。
2  所提供的AWG和kcmil尺寸仅供参考,括号中的相关截面积仅给出经圆整的有效数。AWG是美国线规,术语“cmil”系指圆密耳。1个圆密耳等于直径为1密耳(千分之一英寸)的圆面积。这些术语通常在北美用于说明导线的尺寸。

2. 防雷

从防雷方面考虑,保护接地线的线径很容易被满足。满足雷电流的泻放不是接地线线径需要考虑的主要方面。

IEC 61312-1按照单根接地线泻放的过电流是否达到25%直击雷电流作为防雷接地线线径选取的分界线。通信设备的防雷是防感应雷,如果直击雷直接打中设备,设备的防雷即使做得再好也不可能防得住。而且通信局站的建站要求,就是建筑物要给机房内的设备提供直击雷保护,所以设备上单根接地线泻放的雷电流几乎不可能达到25%的直击雷电流。

按照IEC 61312-1的第3.4.1节要求,如果有一个小于25%的直击雷电流流过等电位连接导体(馈线的接地线属于等电位连接导体),导体截面积应符合IEC 61024-1的表7要求。在 IEC 61024的表7中,规定如果材料为铜,则连接导体的最小截面积为6mm2。如果大于25%,截面积应符合表6要求。 IEC 61024的表6中,规定如果材料为铜,则连接导体的最小截面积为16mm2。

由于通信设备上单根接地线泻放的雷电流几乎不可能达到25%的雷电流,所以设备保护接地线需要考虑的雷电流泻放因素很容易被满足。即使在某些非常极端的情况下,设备保护接地线泻放的雷电流可能超过25%直击雷电流,最小截面积为16mm2也比较容易满足。但如果真出现这种情况,设备估计早已经被雷击损坏了。

3. 抗偶然外力的碰触

保护接地线如果是从设备上连出到设备之外的,一般需要考虑保护接地线不能因为人或其他物体无意的偶然碰触而折断。一般对于单根的接地线,建议接地线的线径不小于4mm2为宜。这一要求也比较容易满足。

对于GB 4943-2001的表3B而言,最前面额定电流较小的几项线径要求有加注,在注释中都说明了这种保护接地线是用在电源软线之中,这也是考虑了接地线要具有防止偶然外力碰触而折断的基本能力。举例来说,计算机交流电源线中的PE线线径远不到4mm2,它和相线、中线汇集在一根较粗的电源软线里,在偶然外力的碰触下就不容易折断了。但如果单根接地线采用这样的线径,就有问题。

综上所述,保护接地线线径的选取,决定性因素是设备的额定电流。雷电流的泻放以及抗偶然外力碰触等也需要考虑,但很容易满足。

二、接地电阻值问题

1. 接地电阻和防雷

从防雷方面考虑,无论是通信局站的接地还是通信设备内部的系统接地设计,最关键的问题是要尽量做好接地的等电位连接。只要通信局站的等电位连接做好了,设备的防雷做好了,即使通信局站的接地电阻值为10欧姆或者更大一些,都可以满足设备的防雷要求,不会产生负面影响。

当然,这并不是说接地电阻的大小对通信局站是无关紧要的。因为通信局站的接地电阻值,除了需要考虑防雷,还需要考虑其他因素。

2. 接地电阻值和安全

接地电阻值还与通信局站的安全有关。接地电阻如果过大,在通信局站内出现电力系统对大地短路等类型的故障时,对通信局站的安全会构成一些负面影响。所以,通信局站的接地电阻值应尽量小。

但需要说明的是,接地电阻值对通信局站安全问题的影响是主要应从通信局站的角度来考虑的问题,单单从通信设备的角度来考虑接地电阻值对通信局站的安全影响意义不大。

3. 接地电阻的工程界面问题

在接地电阻值问题上,应树立的一个正确观念是:接地电阻值实质上不属于设备级问题,是通信局站级问题。综合接地电阻值涉及到的安全、防雷等各方面,需要由电信运营商对通信局站的接地电阻值负责,不应该由设备供应商对接地电阻值负责。设备供应商实际上也负不起这个责任。设备供应商只提供自己的产品在若干接地电阻值之下就可以正常运行的承诺。

所以公司在接地电阻问题上的策略应该是只承诺公司的设备在若干的接地电阻下可以正常运行。我们是设备供应商,我们不应该把减小通信局站的接地电阻值看做是我们的责任。一个很明显答案是:减小通信局站的接地电阻值直至达到信息产业部相关的规范要求是电信运营商的责任,机房总体建设、机房内其他设备对接地电阻值的要求以及供电系统的安全要求,需要电信运营商根据通信局站的综合情况整体考虑,对通信局站的接地电阻值负责。

三、哪些设备需要做保护接地

机房内具有金属外壳的设备都应该做保护接地。例如,DDF架,虽然是不耗电的设备,其金属外壳也需要做保护接地;机房中一些专门放置小型台式设备的金属机架,其架体本身也需要做保护接地。

电视机、显示器等具有加强绝缘塑料外壳的电器,不需要做保护接地。

四、接地错误理解--设备采用单独的通信地

一些用户对通信设备的接地存在误解,认为通信设备的接地应该采用单独的“通信地”,需要和建筑物的防雷接地分开。目的是保护设备免遭雷击损坏。这一理解是错误的。

a、首先,信息产业部的相关规范中规定,通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地应共用一组接地体,即采用联合接地的方式。

b、其次,从防雷角度,通信设备的接地必须和建筑物的防雷接地共用一个地网。过去通信局站积累的许多经验、教训证明:同一个通信局站的两个分开地网之间是有关系的,不可能实现想象中的彻底分开。通信局站内的分开接地是造成地电位反击的根本原因,一旦地电位反击作用在通信设备上,通信设备将遭受非常严重的雷击损坏。

所以,为了有效减少通信设备遭雷击损坏的概率,以及符合信产部的相关规范,通信局站一定要做好等电位连接:

a、通信局站内,应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式。

b、对于移动通信站,要求机房地网、铁塔地网、配电变压器(如果配电变压器在移动通信站内的话)地网连接成一个统一的地网。

五、直流供电设备,机房内无保护接地排,配电柜的电源48V正极排能否做保护地

若机房内无保护接地排,同机房的AC/DC电源设备(或直流配电柜)中的电源48V正极排(或24V负极排)是可靠接大地的,建议处理方法如下:

1、首先应向用户要求提供机房保护接地排。

2、如果用户表示无法提供机房保护接地排,可以考虑将机房的AC/DC电源设备(或直流配电柜)中的电源48V正极排(或24V负极排)当做机房的保护接地排。但需要注意以下几点:

(1)  首先要征得用户的同意。也即用户同意将AC/DC电源设备的48V正极排当做机房的保护接地排,则我们也同意这样做。

(2)  这样做不能称为复接到工作地线上。 “工作地”、“工作地线”的叫法严格意义上是错误的。信产部的规范中把AC/DC电源设备的输出48V正极接大地这样一个行为,称为“工作接地”,这样说是正确的,我们设备上的48V正极接到电源设备的48V正极排这一行为,严格意义上也不能称为“工作接地”。当然,如果用户同意将AC/DC电源设备的48V正极排当做机房的保护接地排,很多术语我们不必深究。

(3)  必须保证AC/DC电源设备(或直流配电柜)中的电源48V正极排(或24V负极排)是可靠接大地的!

六、交流用电的设备,机房无保护接地排,能否通过交流电源的PE接地

这个问题主要对局用柜式或箱式交流用电通信设备。先对公司常用交流用电设备在这个问题上作一分类:

1、小型台式(类似VCD的小台式设备)终端设备、或低端设备,常应用于用户家庭环境或普通办公楼的环境,建筑物较多情况没有专用的机房保护接地排,同时设备功耗很小(例如240 3F、会议电视终端等)。这类产品本来就配用220V电源软线,有意设计为通过线中的PE做保护接地,所以没有要求必须接机房保护接地排。

2、大型柜式局用设备。 这类设备网络中的重要性比终端设备高。设计时按照金属外壳引出专门的保护接地线做接地来设计的。由于功耗较大,采用专用电源线来供电(例如:室外型大型接入网设备,室外型大型无线基站)。由于这类设备的功耗一般较大,需要按照GB4943-2001的表3B来选择保护接地线的线径,一般普通电源软线中的PE线线径比要求相差很多,所以必须保证有专门的保护接地线接到机房保护接地排,电源软线中的PE是否还需要作重复接地视具体情况而定。

3、小型箱式或柜式局用设备。这类设备网络中的重要性比终端设备高。设计时按照金属外壳引出专门的保护接地线做接地来设计的。由于功耗较小,采用常见的220V电源软线供电(例如:小接入网设备、小无线基站设备)。这类设备正常情况需要通过专门的保护接地排接地。由于一些应用场合条件简陋,无法提供专门的保护接地排。本节问题就是因为这种情况的出现而提出。遇到这种情况的处理办法是:

(1)  设备可以通过电源软线中的PE线做保护接地。但不推荐这样做。正常情况下仍然需要通过专用保护接地排做接地。

(2)  需要掌握设备的额定电流,根据GB 4943-2001的表3B查表判断所用电源软线中PE线的线径是否满足设备保护接地线线径的需要。如果不满足,不能通过电源软线中的PE线做保护接地。一般情况下,采用常见电源软线供电的设备(功耗小),电源软线中的PE线线径基本可以满足要求。

(3)  确保用户提供的公网电源插座中的PE端子已经可靠接地。

七、终端接地,接交流电源线中保护地还是楼内的机房接地排

与直流供电的主设备有信号线连接关系的交流用电终端设备,公司研发体系一直支持终端设备的保护接地线断开与交流电源PE线的连接,直接连接到机房接地排上,这样做对EMC、防雷、接地可靠性都有好处。但目前研发体系没有将这个要求变为强制要求,因为接地的本质目的是为了设备和人身的安全保护,从这个角度讲,交流电源线中的PE和大楼内的接地排本质的作用是一致的。下面分几个方面讲述这个问题:

1. 基本情况

目前在中国,低压交流配电进入通信局站后的处理基本是统一的:

(1)  通信局站内的用电设备不能以电源线里的中性线做保护接地。

(2)  在建筑物内,交流电源中的保护接地线(PE)应和楼内各接地排的接地最终共用一个统一的建筑物地网。

所以,在建筑物内,交流电源线中的PE线和机房的接地排从原理上讲没有本质差异。

2. 安全

设备金属外壳的保护接地最直接目的是为了保护设备和人身的安全。所以,不论是接交流电源线中的PE线,还是接机房的接地排,只要能够保证接地的可靠,以及接地线的线径足够,从规范的角度讲都能保证设备的安全。建筑内部,交流电源的保护地属于楼内保护接地系统的一部分,可以不把交流电源的PE线和机房接地排明显的区分为两个体系,他们的本质是一样的。

3. EMC

根据技术支援的实践经验,终端设备通过交流电源PE做保护接地,和主机之间容易产生干扰问题。而将终端设备通过机房接地排做保护接地,断开PE线可以较大程度上解决这个问题。所以从EMC的角度,终端设备断开和交流电源PE线,连接机房接地排更好。

4. 防雷

而将终端设备断开电源PE线,通过机房接地排做保护接地,可以实现终端设备和主设备之间的等电位连接。防雷效果较好。所以从防雷角度,终端设备断开和交流电源PE线,连接机房接地排要好一些。

5. 可靠性

电源PE线由于需要通过交流电源插头插座来连接,保护接地的连接不如连接机房接地排可靠。

八、DDF架的接地

对DDF架接地的要求是:

1、DDF架具有金属外壳,所有DDF架的外壳应做保护接地。

2、DDF架不耗电,所以保护接地线的线径要求不高。一般以10mm平方,或16mm平方为宜。

3、DDF架是否设计为其上的E1同轴电缆的外皮与金属机壳良好接触,在相关标准中没有提及,因此公司内不对这个问题给出要求。

九、逆变器已做保护接地,终端设备是否需要保护接地

某些终端设备,通过逆变器来供电。逆变器已做保护接地。同时逆变器输出的电源插座中提供了保护接地端,某些工程人员希望终端设备利用逆变器电源插座中的保护接地端做接地,自身不单独引出保护接地线。

首先需要说明这样做是不正确的。终端设备不能只利用逆变器电源插座中的接地端做保护接地,终端设备自身需要引出单独的保护接地线。

这是因为,逆变器本身不是具有转接接地线功能的设施。保护接地排才是具有转接接地线功能的设施。一个独立的用电设备,不能够利用另一个不具有转接接地线功能的设备来做保护接地,这种做法本身是不可靠的,而设备保护接地的本质目的是保护设备和人身的安全,所以设备的保护接地不能采用这种方式。

十、机架的绝缘问题

通信设备除了专门连接的保护接地线之外,通信设备的金属外壳应该与机房内的地面、墙壁、天花板、走线架绝缘。我们倡导设备设计向这个方向发展。首先,对这个问题做一些分析:

1. 安全

通信设备已经连接了专门的保护接地线之后,接地的安全就有了足够的保证。所以机柜的外壳是否再与机房内的其他接地设施做重复的接地,对安全问题影响不大。

因此,在公司内要求设备金属外壳设计为与机房四周绝缘,不是从安全角度提出来的。

2. 防雷

通信设备除了一根单独的保护接地线以外,与机房内其他接地设施之间进行广泛的接地等电位互连对设备防雷有非常明显的好处。

但是国内电信机房的实际条件决定这种网状接地的设想,在现实条件中是无法做到的。尽管采用网状接地连接的机房在防雷条件方面比采用星型接地连接的机房好得多,但是与实际情况不附,我们无法得到这些好处。

为了我们的设备在各种使用环境中都能够获得满意的防雷效果,我们需要在设备级实现设备内部的良好等电位连接和端口防护。 所以作为设备供应商,在设备内部已经实现良好的等电位连接和端口防护的情况下,我们对设备的要求是能够达到不论在星型接地方式或在网状接地方式的机房中都能获得足够的防雷能力。所以我们不再对机房内应采用星型接地方式还是网状接地方式提出过多的要求。

因此,在公司内要求设备金属外壳设计为与机房内四周绝缘,不是从防雷角度提出来的。

3. EMC

我们曾经做过大量的实验,证明设备的保护接地采用星型还是网状接地方式,对设备的电磁兼容(EMC)特性虽然有所不同,但差异性很小。这是由于:

(1)  现代通信设备功能电路的信号速率较高,对低频段的干扰越来越不敏感。然而机房级的网状接地或星形接地方式对设备的EMC特性主要在低频有较大差异,在高频段差异不大。

(2)  现代通信设备,设备间的信号传输已经是差分信号为主流了。由于差分信号不再依赖接地线作为信号电流的回流线,所以设备间的信号传输已经较少担心星型接地、网状接地与信号间相互干扰的关系。

(3)  从EMC角度,机房内采用星型接地还是网状接地,并没有一个绝对的哪一种更好,哪一种稍差的关系。由于机房可能引入的外界干扰机理很多,种类烦杂,网上运行的设备实际情况是:某些场合机房内采用星型接地能够获得更好EMC特性,某些场合机房内采用网状接地能够获得更好的EMC特性。

因此,在公司内要求设备金属外壳设计为与机房四周绝缘,不是从EMC的角度提出来的。

4. 规范符合度的问题

信息产业部标准YDJ26-89要求:“数字通信设备的机架保护接地,应从总接地汇集线或机房内的分接地汇集线上引入,并应防止通过布线引入机架的随机接地”;“数字通信设备和模拟通信设备共存的机房,两种设备的保护地应分开,并防止通过走线架或钢梁在电气上连通”。由于有这些规定的存在,某些用户会提出我们设备的机架必须设计为与周围绝缘的要求。

同时,在北美的Bellcore GR-1089标准中,也规定设备除了有意连接的保护接地线之外,设备放置在机房内,不允许因为偶然因素而可能出现另外的接地路径(非有意设计的接地路径)。如果要满足这个要求,就必须有意设计为设备的金属外壳与机房内的地面、墙壁、天花板、走线架绝缘。

因此,在公司内要求设备金属外壳设计为与机房四周绝缘,是从规范符合度的角度提出来的。

需要说明的是:要求设备金属外壳与机房内的地面、墙壁、天花板、走线架绝缘,从规范符合度方面包括了另外一种好处:

如果通信设备的金属机壳设计为与机房内的地面、墙壁、天花板、走线架绝缘,则通信设备放置在采用星形接地或者网状接地系统的通信局站种都能满足要求。在网状接地系统中,只需要从金属机壳上有意多连接几根等电位连接线出来即可。

如果通信设备设计时没有考虑金属机壳与机房内的地面、墙壁、天花板、走线架的绝缘,则通信设备放置在采用网状接地系统的通信局站中可以满足要求。但放置在要求采用星形连接接地系统的通信局站中就有问题,也不符合北美Bellcore GR-1089的标准。

小结:

保护接地线的线径;

接地电阻值;

为什么做保护接地;

等电位连接的重要性;

用户提供的机房防雷接地环境不完善,如何应对;

终端接地问题;

DDF、UPS等的接地问题;

机架的绝缘。

    本文网址:http://www.gzyinxun.com/blog/technical/473.html
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