CN101159377A

CN101159377A - 电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配方法及装置

Info

Publication number: CN101159377A
Application number: CNA2007100354580A
Authority: CN
Inventors: 张庭炎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明公开了一种电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配方法及装置，其方法是在保护接地排、工作接地排与防雷接地排之间串联对雷电流等浪涌电流干扰源呈高阻抗的电感滤波器；所述防雷接地排与联合接地网、各种防雷设备相接；所述保护接地排汇接设备机壳和金属部件的保护接地线；所述工作接地排汇接交(直)流工作接地。采用该装置可将工作接地、保护接地、防雷接地进行隔离，从而使联合接地系统中的各个接地系统相互独立、互不影响，实现电力、电子(通信)设备及网络所要求的工作地、保护地电位不受雷电流的影响。

Description

电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配方法及装置

技术领域

本发明属于设备及网络的接地技术领域，特别涉及一种电力、电子(通信)设备及网络接地分配方法及装置。

背景技术

在电力、电子(通信)设备及网络接地系统，主要包括设备或网络的工作接地、保护接地、防雷接地这三类。传统的接地方法是将这三类接地系统在不同的接地点接入同一个接地网(接地体)，即联合接地系统。在实际的工程建设中常将所有接地线汇接到同一块接地排上。理想的情况是这三类接地应该严格分开，但由于电磁传导、金属传导以及接地网间隔距离等原因，这三类接地系统不可能真正的分离，因此采用了联合接地系统。

工作接地分为直流工作接地和交流工作接地。直流工作接地：在现在通信系统中，直流电源大多采用-48V作为基础电源，即该电源采用正极接地，其正极接地就成为了所有通信系统的工作地，也就是通信网络的零电位参考点。交流工作接地：在Y/Y₀、Y₀/Y₀交流电源供电系统中，为了三相电压平衡进行了变压器或者发电机中性点接地，该接地就是交流工作接地。

保护接地(即机壳接地)：避免交、直流电源线碰机壳对设备和人身构成威胁，通过机壳接地而形成短路电流迅速切断电源回路的接地。

防雷接地：建筑物的防雷系统(接闪器或者避雷带)以及交(直)电源系统、计算机、网络等系统避雷器件通过金属引下线的接地实现雷击时雷电能量快速泄放并降低线路上浪涌电压。

现有接地技术在做法上，一是采用联合接地系统，即将所有接地线接至同一接地网，或者在实际工程中从接地网的不同点引出加装接地排，各接地线(工作接地、保护接地、防雷接地)混接在一起。再就是要求小的接地电阻。为了降低浪涌电流对地电位的提高以减少对工作接地、保护接地的影响，传统方法就是降低接地电阻，为此常采用降阻剂和接地棒类产品来建设接地网。如《通信局(站)防雷与接地工程设计规范YD5098-2005》要求综合通信楼小于1Ω，移动通信基站小于10Ω。

现有接地技术存在以下问题：

1、接地系统相互影响。由于所有接地系统通过金属物连接在一起，即使按现行相关标准规定在接地网不同的点接入，三者的相互影响也很大，尤其是雷电浪涌电压通过防雷接地进入联合接地网时就会沿保护接地线、工作接地线以金属传导方式(电流、电压方式)进入设备金属结构和交(直)流电源系统、通信、控制系统；

2、电工理论上不科学。联合接地地电位实际的提高值(KV级)和通信设备及网络EMC值(V级不是同一数量级，根据欧姆定律理论采用降低接地电阻的方法不可能达到通信工作接地EMC的要求，这是违背电路理论的(按此理论接地电阻应该是mΩ量级而不是Ω量级；

3、现行工程和测量方法的限制不可能达到真正的“标准要求”的低电阻值；

4、寿命短、维护费用高。为了实现小的接地电阻常采用降阻剂和接地棒等化学产品(利用原电池效应)提高土壤电离度来降低接地电阻，其金属结构不可避免存在电化腐蚀，从而加快了接地体的腐蚀速度；

5、需要较大第一次投资。

因此，现有的“降低接地电阻以减少各接地系统间相互影响的方法”以及“采用降阻剂以降低接地电阻的方法”在电路理论上是不符合现行电子技术要求的，在经济性上是浪费的。

发明内容

针对现有技术存在的缺点，本发明的目的是提供一种电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配方法及装置。采用该方法和装置可将工作接地、保护接地、防雷接地进行隔离，从而使联合接地系统中的各个接地系统相互独立、互不影响，实现电力、电子(通信)设备及网络所要求的工作地、保护地电位不受雷电流的影响。

为了实现上述目的，本发明提供的电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配方法是：在保护接地排、工作接地排与防雷接地排之间串联对雷电流等浪涌电流干扰源呈高阻抗的电感滤波器；所述防雷接地排与联合接地网、各种防雷设备(设施)(B、C级避雷器)相接；所述保护接地排汇接设备机壳和金属部件的保护接地线；所述工作接地排汇接交(直)流工作接地。

本发明提供的电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配装置是：包括：与联合接地网相接、与各种防雷设备(设施)(B、C级避雷器)相接的防雷接地排；汇接设备机壳和金属部件的保护接地线的保护接地排；汇接交(直)流工作接地的工作接地排；在保护接地排、工作接地排与防雷接地排之间串联有对雷电流等浪涌电流干扰源呈高阻抗的电感滤波器。

工作原理：

当无雷电流等浪涌电流的正常工作状态下，电感滤波器的阻抗值为零，呈短路状态，以保证交流、直流工作地和机壳保护地同大地间形成零阻抗的通道，为交流、直流提供畅通的短路保护回路(即良好的保护接地通道)和为电力、电子(通信)设备和网络提供零电位的工作参考点(即良好的工作接地通道)。

当接地网的电位因浪涌电流(外界高频脉冲或高次高振幅谐波-主要是雷击浪涌电压)，急剧上升时，电感滤波器以同步响应波形形成浪涌电流(雷电流频带)的高阻抗，对浪涌电流(雷电流)形成高阻抗，切断了浪涌电流进入工作接地、保护接地系统的通道，从而维持了其零电位；当接地网的电位下降后，电感滤波器以同步响应波形，恢复常态下的短路状态。

整个保护过程中，电感滤波器保证了在电力、电子(通信)设备及网络的工作接地端子、机壳保护接地端子保持形成平缓而微小的电位变化值，维持在正常接地电位范围内(也就是说，即使采用较大的接地电阻接地时，其工作接地端子、机壳保护接地端子的电位变化相同于原来较小的接地电阻，这是由于电感滤波器的抑制和衰减作用实现的)，从而经济的、有效的、安全的、可靠的防止了浪涌电压对电力、电子设备(通信)及网络的侵害。

所述的“联合接地/防雷接地排”，为联合接地网和各种防雷器件、防雷线的汇接排，该排直接同联合接地网相通，所有防雷器件(如B、C、D级浪涌保护器)接地线、防雷线(如光缆加强芯)接至该排，在浪涌电流侵入时直接导入大地，但由于接闪器、避雷带等可能导入直接雷的部件建议通过其他接地点直接接入联合接地网。

所述的“保护接地排”，为设备和金属部件的保护接地线的汇接排，该排通过电感滤波器同联合接地网相通，当电源系统发生短路故障时由于电感滤波器对工频交流电和直流电呈短路状态，各保护点直接接入大地并提供畅通的短路电路，在浪涌电流侵入机架时电感滤波器呈高阻状态，切断浪涌电流的传播，可有效保护设备或者接触机架的工作人员。

所述的“直流工作接地排”，为直流电源工作接地线(负极性电源系统的电源“+”极接地，正极性电源系统的电源“-”极接地，)汇接排，也就是直流电源的地电位提供点。该排通过电感滤波器同联合接地网相通，直流电源的“+”极或者“-”极接地线接至该排，当电源系统无浪涌电流时电感滤波器呈短路状态，为电源提供良好的零电位；当浪涌电流试图侵入直流电源系统时电感滤波器呈高阻状态，切断浪涌电流的传播，有效地保护了该直流供电系统的所有设备和网络。

本发明与传统的技术解决手段相比，具有如下优点：

1、工作接地、保护接地和防雷接地完全隔离，不存在相互影响；有效防止了因为雷电流使地电位提高而造成的电力、电子(通信)设备系统工作接地和机壳的电位提高，保证了电力、电子(通信)网络的正常工作和设备维护人员的安全；

2、联合接地电阻的大小不再影响工作接地、保护接地的电位，从而使联合接地电阻值可以放大，例如选择一定的滤波器参数可以在联合接地电阻为100欧姆的接地系统达到接地系统5欧姆的频率效应水平和防护水平；因此，通信局站可以不需要原来要求的小的接地电阻值；

3、接地系统不需要较大的第一次建设投资和今后的维护投资，也不需要使用降阻剂等化学品，提高了接地系统的使用寿命；

4、较大的接地电阻值范围要求和无源器件的使用，完全实现接地系统的免维护；

5、符合现代技术发展方向和相关行业技术。如《中国移动通信基站防雷系统管理规定》(2006年4月发)第4节第1条规定：“当基站的土壤电阻率大于1000Ω·m时，可不对基站的工频接地电阻予以限制”；第4条规定：“要求不提倡使用降阻剂及高效接地棒之类的产品降低接地电阻”。在实际的基站中往往土壤电阻率大的地方多在高山等环境恶劣处，传统方法就是采用降阻剂及高效接地棒之类的产品降低接地电阻，如果在接地方法上遵守新规定就意味着该通信基站存在着很大的故障隐患。因此，大接地电阻接地技术是新规定的补充和最佳防护措施；

6、可以从根本上解决电力、电子(通信)设备及网络的瞬间中断、退服、硬件设备损坏的问题；

7、适用面很广泛，新建和改造等安装极为简便，填补了国内、国际的防护空白。由于地质环境、建筑物环境、供电质量、雷暴分布、电力、电子设备和网络类型使用方法、组网、安装方法等情况非常复杂，解决电力、电子(通信)设备及网络接地的反击电压问题，尚无一种经济适用的方案。本发明填补了此项空白，可在无须对建筑物接地网进行改造的情况下，达到电力、电子(通信)设备及网络防护的要求，特别适于广泛推广应用，对于老、旧设备和网络的改造也极为简便和清晰。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是本发明装置的组成示意图。

图2是本发明装置中电感滤波器的电路图。

图3、图4、图5是本发明装置的应用情况示意图。

具体实施方式

本发明提供的电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配方法是：在保护接地排、工作接地排与防雷接地排之间串联对雷电流等浪涌电流干扰源呈高阻抗的电感滤波器；所述防雷接地排与联合接地网、各种防雷设备(设施)(B、C级避雷器)相接；所述保护接地排汇接设备机壳和金属部件的保护接地线；所述工作接地排汇接交(直)流工作接地。

采用上述方法的装置如图1所示，包括与联合接地网1、防雷设备(设施)接地线相接的防雷接地排2、汇接设备机壳和金属部件的保护接地线的保护接地排4、汇接交流或者直流工作接地的工作接地排3(交流和直流工作接地应该分设两个独立的接地排，其结构完全一样，为简便起见，本图仅画一个表示)，在保护接地排4、工作接地排3与防雷接地排2(联合接地网1)之间串联有电感滤波器5。

电感滤波器的电路图如图2所示，由电感线圈L、线圈电阻R和电容C(分布电容或者为调整中心频率、带宽而增加的电容)组成。

图3所示，为本发明装置应用于电力、电子设备的情况。防雷接地排2与联合接地网1相接；所有防雷设备(设施)或者器件(如A、B、C级浪涌保护器)的防雷接地线接至防雷接地排2；所有设备(如设备1、设备2、AC/DC设备)的机壳保护接地线接至保护接地排4；负极性(-48V)直流电源系统的电源正极接至直流工作接地排3(正极性直流电源系统的电源负极接地)；在保护接地排4、工作接地排3与防雷接地排2(联合接地网1)之间串联有电感滤波器5。

图4所示，为本发明装置应用于综合通信系统的情况。综合通信网络由开关电源、无线通信设备、光纤通信设备、交换设备等系统组成，所有防雷接地(电源B、C级防雷器，光缆金属加强芯、天馈线防雷器、有线用户线保安器、屏蔽线等设备和器件的接地线)接至防雷接地排2；开关电源的直流正极(-48V直流供电系统)接至直流工作接地排3；所有设备的机壳保护接地线接至保护接地排4；在保护接地排4、工作接地排3与防雷接地排2(联合接地网1)之间串联有电感滤波器5。

图5所示，为本发明装置应用于移动基站的情况。所有防雷接地(电源B、C级防雷器，光缆金属加强芯、天馈线防雷器等防雷设备和器件的防雷接地线)接至防雷接地排2；开关电源的直流正极(-48V直流供电系统)接至直流工作接地排3；所有设备的机壳保护接地线接至保护接地排4；在保护接地排4、工作接地排3与防雷接地排2(联合接地网1)之间串联有电感滤波器5。

上述各应用情况中，如有交流中性线接地，应串接高频抑制器到联合接地排作为交流工作接地。

电感滤波器的主要参数：

中心截止频率：10KHZ；

频带：4KHZ-100KHZ；

最小谐振阻抗值：4KΩ(该阻抗在串联分压时，电源和信号端口电压近似为零)；

耐压值：6KV(满足大于电源端口B级防雷器输入电压4KV)；

最大短路工作电流：50A/100A/150A/200A……(根据交(直)流的供电容量选择-即电感线圈的截面积的选择)。

截止频率的选择依据：谐振中心频率为10KHZ，其频谱特性如下述：

1.雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富。在波前相同的情况下，波尾越长低频部越丰富；

2.雷电的能量主要集中在低频部分，约90％以上的雷电能量分由布在频率为10kHz以下。这说明了在信息系统中，只要防止10kHz以下频率的雷电波窜入，就能把雷电波能量消减90％以上。

Claims

1.一种电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配方法，其特征是：在保护接地排、工作接地排与防雷接地排之间串联对雷电流等浪涌电流干扰源呈高阻抗的电感滤波器；所述防雷接地排与联合接地网、各种防雷设备相接；所述保护接地排汇接设备机壳和金属部件的保护接地线；所述工作接地排汇接交(直)流工作接地。

2.一种电力、电子设备及网络大接地电阻接地分配装置，其特征是包括：与联合接地网相接、与各种防雷设备相接的防雷接地排；汇接设备机壳和金属部件的保护接地线的保护接地排；汇接交(直)流工作接地的工作接地排；在保护接地排、工作接地排与防雷接地排之间串联有对雷电流等浪涌电流干扰源呈高阻抗的电感滤波器。