电源设备接地系统及其作用

（一）接地的必要性

接地系统是通信电源系统的重要组成部分，它不仅直接影响通信的质量和电源系统的正常运行，还起到保护人身安全和设备安全的作用。

在通信局站中，接地技术牵涉到各个专业的通信设备、电源设备和房屋建筑等方面。本节主要研究通信和电力设备接地技术问题，至于房屋建筑避雷防护等接地要求，则应遵照相关专业的规定。

在通信局（站）中，通信和电源设备由于以下原因需要接地：

1.通信回路接地

在电话通信中，将电池组的一个极接地，以减少由于用户线路对地绝缘不良时引起的串话。

用户线路对地绝缘电阻的降低可能引起串话，因为一条线上有些话音电流可能通过周围土壤找到一条通路而流到另一条线路上去。如果将话局的电池组的一个极接地，则一部分泄漏的话音电流将通过土壤流到电池的接地极，因此降低了串音电平。降低程度取决于电池极接地的效果及土壤的电阻率。

根据若干调查说明，如果电池一个极的接地电阻低于20Ω，就有可能使串音保持在适当的限值以内，当然，这一限值并不能作为普遍容许的数值，也就是说存在着更严格的接地电阻要求，因为它随着不同的电话系统而变化，而且还取决于线路的容量、绝缘标准等。

在电话和公用电报通信回路中，利用大地完成通信信号回路。如在电话局中，步进制和纵横制设备利用大地完成局间二线中继器的起动和单线送脉冲等，长途对市内电话进行强拆，三线式局间中继器是否被占用的标志，以及监视设备对地绝缘状况，如a线接地告警信号、记数器脉冲信号等。

在直流远距离供电回路中，利用大地完成导线大地制供电回路。

2.保护接地

将通信设备的金属外壳和电缆金属护套等部分接地，以减小电磁感应，保持一个稳定的电位，达到屏蔽的目的，减小杂音的干扰。

磁场可能在电缆中感应出相当大的纵向电压，由于在电路中某些点上的不对称性，这种纵向电压会形成横向的杂音电压，故只有当电缆的金属护套是接地时，可以减少感应电压。

将电源设备的不带电的金属部分接地或接零，以免产生触电事故，保护维护人员人身安全，另外，为了防止电子设备和易燃油罐等受静电影响而需要接地。

3.交流三相四线制中性点接地

在交流电力系统中，将三相四线制的中性点接地，并采用接零保护，以便在发生接地故障时迅速将设备切断。也可以降低人体可能触及的最高接触电压，降低电气设备和输电线路对地的绝缘水平。

4.防雷接地

为了避免由于雷电等原因产生的过电压危及人身和击毁设备，应装设地线，让雷电流尽快地入地。

（二）接地系统的组成

1.地

接地系统中所指的地，即一般的土地，不过它有导电的特性，并具有无限大的容电量，可以用来作为良好的参考电位。

2.接地体（或接地电极）

为使电流入地扩散而采用的与土地成电气接触的金属部件。

3.接地引入线

把接地电极连接到地线盘（或地线汇流排）上去的导线。在室外与土地接触的接地电极之间的连接导线则形成接地电极的一部分，不作为接地引入线。

4.地线排（或地线汇流排）

专供接地引入线汇集连接的小型配电板或母线汇接排。

5.接地配线

把必须接地的各个部分连接到地线盘或地线汇流排上去的导线。

由以上接地体、接地引入线、地线排或接地汇接排、接地配线组成的总体称为接地系统。

电气设备或金属部件对一个接地连接称为接地。

（三）接地系统的作用

1.通信局（站）蓄电池正极或负极接地的作用

电话局蓄电池组-48V或-24V系正极接地，其原因是减少由于继电器或电缆金属外皮绝缘不良时产生的电蚀作用，因而使继电器和电缆金属外皮受到损坏。因为在电蚀时，金属离子在化学反应下是由正极向负极移动的。继电器线圈和铁芯之间的绝缘不良，就有小电流流过，电池组负极接地时，线圈的导线有可能蚀断。反之，若电池组正极接地，虽然铁芯也会受到电蚀，但线圈的导线不会腐蚀，铁芯的质量较大，不会招致可察觉的后果。正极接地也可以使外线电缆的芯线在绝缘不良时免受腐蚀。

2.触电对人体的危险性

根据研究认为，流经人体的电流，当交流在15～20mA以下或直流在50mA以下时，对人身不发生危险，因为这对大多数人来说，是可以不需别人帮助而自行摆脱带电体的。但是即使是这样大小的电流，若长时间地流经人体，依然是会有生命危险的。

根据多次的试验证明：100mA左右的电流流经人体时，毫无疑问是要使人致命的。容许通过心脏的电流与流经电流时间的平方根成正比，其关系为

式中T的单位为s。

人体各部分组织的电阻，以皮肤的电阻为最大。当人体皮肤处于干燥、洁净和无损伤时，可高达l04Ω，但当皮肤处于潮湿状态时，则会降低到1000Ω左右。此外当触电时，若皮肤触及带电体的面积愈大，接触得愈紧密，也都会使人体的电阻减少。

流经人体的电流大小与作用于人体电压的高低并不是成直线关系的。这是因为随着电压的增高，人体表皮角质层有电解和类似介质击穿的现象发生，使人体电阻急剧地下降，而致电流迅速增大，产生严重的触电事故。

根据环境条件的不同，我国规定的安全电压值为：

在没有高度危险的建筑物中为65V；在高度危险的建筑物中为36V；在特别危险的建筑物中为12V。

3.保护接地的作用

以上谈到触电的危险性，为了避免触电事故，需要采取各种安全措施，而其中最简单有效和可靠的措施是采用接地保护，就是将电气设备在正常情况下，不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。

在讨论保护接地时，先对接触电压和跨步电压的概念加以说明。

（1）接触电压

在接地电流回路上，一人同时触及的两点间所呈现的电位差，称为接触电压。接触电压在愈接近接地体处时其值则愈小，距离接地体或碰地处愈远时则愈大。在距接地体处或碰地处约20m以外的地方，接触电压最大，可达电气设备的对地电压。

（2）跨步电压

当电气设备碰地或交流电一相碰地时，则有电流向接地体或着地点四周流散出去，而在地面上呈现出不同的电位分布，当人的两脚站在这种带有不同电位的地面上时，两脚间呈现的电位差叫跨步电压。

保护接地的作用如下：如未设保护接地时，人体触及绝缘损坏的电机外壳时，由于线路与大地间存在电容或线路上某处绝缘不好，则电流就经人体而成通路，这样就会遭受触电的危害。

有接地措施的电气设备，当绝缘损坏外壳带电时，接地短路电流将同时沿着接地体和人体两路通路流过，流过每一条通路的电流值将与其电阻的大小成反比，即

式中，

—沿接地体流过的电流，A；

IR—流经人体的电流，A；

rR—人体的电阻，Ω；

rd—接地体的接地电阻，Ω。

从上式中可以看出，接地体电阻愈小，流经人体的电流也就愈小。通常人体的电阻比接地体电阻大数百倍，所以流经人体的电流也就比流经接地体的电流小数百倍。当接地电阻极为微小时，流经人体的电流几乎等于零，也就是Id≈。因而，人体就能避免触电的危险。

4.接零的作用

在通信局站中，220/380V交流电源，采用中性点直接接地的系统，电力设备的外壳一般均采用接零的方法，即TN系统中接零型式。

在三相TN系统中，之所以采用接零的方法，是因为电压在1000V以下中性点接地良好系统中，无论电气设备采取保护接地与否，均不能防止人体遭受触电的危险，以及短路电流达不到保证保护设备可靠动作，即短路电流达不到自动开关整定电流的1.5倍或熔断器额定电流的4倍，故采用接零保护。

常用交流供电系统分为TN-C系统（三相四线制）和TN-S（三相五线制）系统等。

5.重复接地的作用

在TN系统中要求电源系统有直接接地点，我国强调重复接地，以防止因保护线断线而造成的危害，增设重复接地是有作用的。

在中性点直接接地的低压电力网中，零线应在电源处接地，电缆和架空线在引入车间或大型建筑物处零线应重复接地（但距接地点不超过50m者除外），或在室内将零线与配电屏、控制屏的接地装置相连。

（四）接地系统的分类

1.直流接地系统

按照性质和用途的不同，直流接地系统可分为工作接地和保护接地两种，工作接地用于通信设备和直流通信电源设备的正常工作，而保护接地则用于保护人身和设备的安全。

下列部分接到直流接地系统上：

（1）蓄电池组的正极或负极（不接地系统除外）。

（2）通信设备的机架。

（3）总配线架的铁架。

（4）通信电缆的金属隔离层。

（5）通信线路的保安器。

（6）程控交换机室防静电地面。

2.交流接地系统(www.xing528.com)

交流接地系统用于由市电和油机发电设备供电的设备，也可以分为工作接地和保护接地两种。在接地的交流电力系统中，如380/220V三相TN制供电系统，其中性点必须接地组成接零系统，作为工作接地，同时具有保护人身安全作用。

下列部分接到交流接地系统上：

（1）380/220V三相TN制电力网的中性点。

（2）变压器、电机、整流器、电器和携带式用电器具等的底座和外壳。

（3）互感器的二次绕组。

（4）配电屏与控制屏的框架。

（5）室内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土框架及靠近带电部分的金属围栏和金属门。

（6）交直流电力电缆和控制电缆的接线盒、终端盒、外壳和电缆的金属护套、穿线的钢管等。

（7）微波天线塔的铁架。

在中性点直接接地的低压电力网中，重复接地也是交流接地系统的一部分。

3.测量接地系统

在较大型的通信局（站）工程中，为了测量直流地线的接地电阻，设置固定的接地体和接地引入线，单独作为测试仪表的辅助接地用。

4.防雷接地系统

为了防止建筑物或通信设施受到直击雷、雷电感应和沿管线传入的高电位等引起的破坏，而采取把雷电流安全泄掉的接地系统，有关建筑物和通信线路等设施的防雷接地，应遵照相关专业的规定设计。

5.联合接地

在通信系统工程设计中，通信设备受到雷击的机会较多，需要在受到雷击时使各种设备的外壳和管路形成一个等电位面，而且在设备结构上都把直流工作接地和天线防雷接地相连，无法分开，故而局站机房的工作接地、保护接地和防雷接地合并设在一个接地系统上，形成一个合设的接地系统。

在按分设的原则设计的接地系统中，往往存在下列问题：

（1）有些微波机，直流接地、交流保护接地和防雷接地不能分开。

（2）交流电源设备外壳的交流保护接地线和直流接地由于走线架、铅包电缆等连接，也难于分开。

（3）由于随机的和无法控制的连接，并由于大电流的耦合，各种接地极常常是不可能确保分开的。

（4）因为与不同的接地极相连接的各部分之间有可能产生电位差，故有着火和危害人的生命的危险。

因此，有的国家已采用各种接地系统合设的原则。根据国际电报电话咨询委员会《电信装置的接地手册》的比较，提出在若干电话交换局及终端和中间增音站中进行测量得出的结果如下：

所有电信设备和电源装置使用共用的接地，对电话电路中的干扰并无影响。当一个网路的中线接到共用的接地时，干扰并不增加；相反，有些情况下干扰减小，这也许是接地电阻改善的缘故。

目前，在邮电部设计的个别通信枢纽工程中，试用了合设接地系统的设计。根据邮电部对通信局（站）影响的试验报告中提出，直流通信接地和交流接零相连，可以使电位升高增加通信的杂音。但若电位升不超过1V时，对交换设备和明线载波通路中所产生的杂音影响不大。

如果公共接地系统的电阻很小，杂音影响是可以减小的，国际电报电话咨询委员会《电信装置的接地手册》中测出的结果也是一样，干扰并无影响，而在有些情况下干扰减少了。

采用主楼基础和钢筋躯体作为接地极，它们的接地电阻比较小，一般在0.15～0.25Ω之间。

在合设的接地系统中，为了抑制交流三相四线制供电网路中不平衡电流的干扰，建议在通信机房及有关布线系统中，采用三相五线制布线，即电源设备的中性线与保护接零互相绝缘，自地线盘或接地汇流排上分别直接引线到中性点端子和接零保护端子。

在合设的接地系统中，为使同层机房内形成一个等电位面，建议从每层楼的钢筋上引出一根接地扁钢，必要时供有关设备外壳相连接，有利于设备和人员的安全。

目前合设的接地系统中要注意的一个问题是，如何在雷击时不使高电位通过各种线路引出到对方局站。要解决这个问题需要有关专业共同研究，如在配线架上装设避雷器等装置予以解决。

（五）接地系统的电阻和土壤的电阻率

1.接地系统的电阻

接地系统的电阻是以下几部分电阻的总和：土壤电阻；土壤电阻和接地体之间的接触电阻；接地体本身的电阻；接地引入线、地线盘或接地汇流排及接地配线系统中采用的导线的电阻。

以上几部分中，起决定性作用的是接地体附近的土壤电阻。因为一般土壤的电阻都比金属人几百万倍，如取土壤的平均电阻率为1×104Ω·m，而1cm3铜在20℃时的电阻为0.0175×10-4Ω，则这种土壤的电阻率较铜的电阻率大57亿倍。接地体的土壤电阻的分布情况主要集中在接地体周围。

在通信局（站）的接地系统里，其他各部分的电阻都比土壤小得多，即使在接地体金属表面生锈时，它们之间的接触电阻也不大，至于其他各部分则都是用金属导体构成，而且连接的地方义都十分可靠，所以它们的电阻更是可以忽略不计。

但在快速放电现象的过程中，例如“过压接地”的情况下，构成接地系统的导体的电阻可能成为主要的因素。如果接地电极与其周围的土壤接触得不紧密，则接触电阻可能影响接地电阻达到总值的百分之几十，而这个电阻可能在波动冲击条件下由于飞弧而减小。

2.土壤的电阻率

决定土壤电阻率的因素很多，衡量土壤电阻大小的物理量是土壤的电阻率，它表示电流通过1m3；土壤的这一面到另一面时的电阻值，代表符号为r，单位为Ω·m。在实际测量中，往往只测量1cm3的土壤，所以r的单位也可采用Ω·cm。1Ω·m=100Ω·cm。

土壤的电阻率主要由土壤中的含水量及水本身的电阻率来决定，决定土壤电阻率的因素很多，如土壤的类型；溶解在土壤中的水中的盐的化合物；土壤中溶解的盐的浓度；含水量（水表）；温度（土壤中水的冰冻状况）；土壤物质的颗粒大小及颗粒大小的分布；密集性和压力；电晕作用。

3.接地体和接地导线的选择

接地体一般采用的镀锌材料：

（1）角钢，50mm×50mm×5mm角钢，长2.5m。

（2）钢管，Φ50mm，长2.5m。

（3）扁钢，40×4mm2。

通信直流接地导线一般采用的材料：

（1）室外接地导线用40×4mm2镀锌扁钢，并应缠以麻布条后再浸沥青或涂抹沥青两层以上。

（2）室外接地导线用40×4mm2镀锌扁钢，在换接电缆引入楼内时，电缆应采用铜芯，截面不小于50mm2。如在楼内换接时，可采用不小于70mm2的铝芯导线。不论采用哪一种材料，在换接时应采取有效措施，以防止接触不良等故障。

由地线盘或地线汇流排到下列设备的接地线，可采用不小于以下截面的铜导线：

（1）24V、-48V、-60V直流配电屏95mm2

（2）±60V、±24V直流配电屏25mm2

（3）电力室直流配电屏到自动长市话交换机室和微波室95mm2

（4）电力室直流配电屏到测量台25mm2

（5）电力室直流配电屏到总配线架50mm2

4.交流保护接地导线

根据《低压电网系统接地型式的分类、基本技术要求和选用导则》的初稿，保护线的最小截面如下：

相线截面S≤l6mm2时，保护线Sp为S。

相线截面16<S≤35mm2时，保护线Sp为16mm2

相线截面S>35mm2时，保护线Sp为S/2mm2。

5.接地电阻和土壤电阻率的测量

通信局（站）测量土壤电阻率（又称土壤电阻系数）有以下几个作用：

（1）在初步设计勘查时，需要测量建设地点的土壤电阻率，以便进行接地体和接地系统的设计，并安排接地极的位置。

（2）在接地装置施工以后，需要测量它的接地电阻是否符合设计要求。

（3）在日常维护工作中，也要定期对接地体进行检查，测量它的电阻值是否正常，作为维修或改进的依据。

6.测量接地电阻的方法

测量接地电阻通常有下列几种方法：

（1）利用接地电阻测量仪器的测量法。

（2）电流表—电压表法。

（3）电流表—电功率表法。

（4）电桥法。

（5）子点法。

上述测量方法中，以前两种方法最普遍采用。但不管采用哪一种方法，其基本原则相同，在测量时都要敷设两组辅助接地体，用来测量被测接地体与零电位间的电压的一组，称为电压接地体；用来构成流过被测接地本电流回路的另一组，称为电流接地体。

利用电流表—电压表法测量接地电阻的优点是：接地电阻值不受测量范围的限制，特别适用于小接地电阻值（如0.1Ω以下）的测量，利用此法测得的结果也是相当准确的。

若流经被测接地体与电流辅助接地体回路间的电流为I，电压辅助接地体与被测接地体间的电压为V，则被测接地体的接地电阻为：

为了防止土壤发生极化现象，测量时必须采用交流电源。同时为了减少外来杂散电流对测量结果的影响，测量电流的数值不能过小，最好有较大的电流（约数十安培）。测量时可以采用电压为65V、36V或12V的电焊变压器，其中性点或相线均不应接地，与市电网路绝缘。

被测接地体和两组辅助接地体之间的相互位置和距离，对于测量的结果有很大的影响。