摘 要 在通信站及通信机械室中，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全，同时还直接影响到通信的质量与效果。通信设备的良好接地是设备正常运行的重要保证，对于交换机、光端机、数调系统、接入网设备、计算机等通信设备更是如此。因此，掌握并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。
关键词 接地；接地系统；联合接地；防雷；地线测量
引言
现代通信设备的电子化、集成化、智能化，特别是当今数字通信技术的迅猛发展，使得这些通信设备对防止强电雷电流、电磁干扰等侵害提出了更高的要求。因为雷电冲击而损坏设备及系统电路板的事件时有发生，并造成了非常巨大的损失，导致通信大面积中断，所以，通信机房雷电防护的问题显得尤为突出。良好的接地是设备及系统电路板免遭电磁干扰、雷电干扰和其他干扰的保证。通信线路和通信机械接地，是为了防雷、防强电、防电磁感应、防电腐蚀、防通信干扰，以及作为通信正常工作和保护人身安全而设[1]。
1 为什么设备需要接地（大地）
接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备免遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用[2]。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。随着电子通信和其他数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号互连要求各设备都要有一个基准“地”作为信号的参考地。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。
2 通信机房的接地种类
接地的种类很多，主要有交流工作地、直流工作地、安全保护地、屏蔽地、防雷地、防静电接地等[3]。
交流工作地：这里指供通信系统工作的交流工作地。交流工作地实质上是中性点接地，要求其接地电阻≤4Ω。
直流工作地：通信系统的逻辑参考地，同时又是系统中数字电路的等电位，其接地电阻按系统中具体情况而定。
安全保护地：通信设备的机壳接地，考虑到通信设备的机壳可能因设备或线路故障造成机壳带电，为防止这个电压危及人身安全和设备安全而设定接地，要求其接地电阻≤4Ω。
防雷接地：在通信站（通信机械室）中，通常有两种防雷接地，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；另一种是为了防止雷击过电压对通信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。
目前，大准铁路通信机械室一般采用三地合一的联合接地系统。
3 联合接地系统
3.1 采用联合接地的原因
例如某机房最初的接地系统是工作地与保护地、防雷地分布设立三个，这种接地系统最大的局限性是保护地与工作地以及防雷地接地阻值不同，当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容易损坏在用通信设备。另外，随着通信机房设备及线路的增多，各设备线路接地要求不同，有的是直流供电，有的是交流供电，接地线布置比较混乱，不能保证相互间所需的安全距离（分设接地系统各接地体距离要求≥20m），易造成接地系统间的相互干扰。再有，由于外界电磁场干扰日趋增大，如强电进城、大功率发射台增多、电气化铁道的建设，以及高频变流器件的应用等，使地下雜散电流发生串扰，其结果是增大了对通信设备的电磁耦合影响。而现代通信设备由于集成化程度相当高，接受灵敏度又高，因而提高了环境电磁兼容的标准。分设接地系统显然无法满足通信的发展对防雷以及提高了的电磁兼容的要求。
3.2 联合接地体的施工方法及设计安装规范
通信站（通信机房）应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇流排或接地网上分别引入。
通信站（通信机房）应设有防静电地板，施工时应在每个地板金属支架下围绕机房敷设闭合的环形接地线，作为地板金属支架的接地引线排，其材料为铜导线，截面积应≥50mm2，并从接地汇集线上引出不少于2根截面积为50mm2的铜质接地线与引线排连通。
接地体采用角钢50×50×5mm，长1.5～2.5m；角钢与角钢的连接用扁钢，间隔≥4～5m（如果距离小于4～5米，会有屏蔽作用，降低降阻效果），做成鱼骨网状形埋深于0.7米以下，在寒冷地区，接地体应埋深于冻土层以下。引线采用50mm2多股铜芯绝缘线或按设计规定；引线与扁钢连接采用焊接，焊接点需进行防腐处理；接地体离通信机房的距离为15～50m。
通信站（通信机房）内所以通信设备和供电设备以及正常不带电的金属机架、走线架等，进出光电缆的保安装置接地端，以及光电缆的金属护套均应做保护接地接入联合地线汇流排。
联合接地装置，接地电阻值在通信站内应≤1Ω；在变电所及分区亭附近应不大于2Ω。
接地引入线宜采用40×4或50×5镀锌扁钢。接地引入线不宜敷设在污水沟下也不应与暖气管同沟布放。接地引入线穿越建筑物及其他可能使其损害处应加装塑料管防护。且其出土部位应有防机械损伤的措施。接地体连接线与接地体的焊接应牢固可靠，焊接处应做防腐处理。
通信站（通信机房）的设备接地应单独与接地汇流排相连，不得在一条接地线上串几个需要接地的通信设备。
不得采用裸铝导体材料埋入地下作接地体、接地连接线和接地引入线。
接地装置所用材料的材质、规格、型号、数量、重量等应符合工程设计规定，无规定必须采用铜导体。接地体间的连接线和引线，要尽量短、粗、直，不允许盘绕，这样会增加电感，增加接地阻抗。
所有交、直流配电设备的机架应从地线汇流排上引入保护接地线。交直流配电柜及智能高频开关电源中的中性线汇集排应与机架绝缘。交流三相四线制配电系统的中性线重复接地。严禁采用中性线作交流保护地线。
通信机械室的各种接地系统（包括联合接地，保护接地、防雷接地，以及各种自然接地体等）有两种设置方式（即分设方式与合设方式），但每处只允许一种设置方式。
采用合设接地系统时应做到下列要求：①联合接地体、保护接地体、房屋防雷接地体、地下电缆金属外护套、混凝土电极以及金属水管等应接成一个接地系统，并采取熔焊和防腐蚀措施；②所有通信线路均应采用地下电缆引入方式，并应装设避雷装置；③不得利用室内通信设备的金属部分构成雷电流的泄流通道。
保护接地系统按设备分别接入联合接地排，连接处所如下：①交流配电盘、整流器、其他交流电源设备以及接入交流电源的机架、机壳；②交流电源线的金属外皮；③交流三相四线制配电系统的中性线重复接地。
联合接地系统应按机械室分类接入联合接地排，连接处所如下：①各种直流电源母线需接地的一极（一般为正极接地）；②引入架、试验架、转换架、总配线架、实验台的测试用地，以及测试仪表的接地；③各通信机械室不接入交流电源的金属机柜及机架；④程控交换机、传输设备、接入网设备、数调系统以及各种交换设备及监控设备的工作接地；⑤引入通信机房的光电缆的绝缘金属护套、配线电缆的金属屏蔽层；⑥各通信机房的保安器、避雷器等；⑦容易产生噪声干扰的盘架单独接地。
4 通信站（通信机械室）的防雷保护[4]
4.1 雷电分类及危害
雷电的产生原因目前学术界仍有争论，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而产生异性电荷时，天空中将发生巨大的电脉冲放电，这种现象就称为雷电。当地面上的建筑物和电气设备在遭受直击雷或感应雷击时，其放电电压可以达到数百万伏至数千万伏，电流达到几十万安培，远远大于发供电设备的正常值。因此，其破坏性极大。可以造成人员伤亡、破坏建筑物、烧坏在用通信电气设备造成大规模停电，甚至引起火灾爆炸事故。所以，通信设备及建筑物的防雷已经成了非常重要的课题。
雷击分为三种形式：感应雷、直击雷与球形雷。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所产生的雷击；直击雷是雷电直接击中设备或线路，造成强大的雷电流通过击中的物体泄放进入大地这个等电位体。球形雷通常认为它是一个炽热的等离子体，温度极高并发出紫色或红色的发光球体，直径约为2米左右。球雷常由建筑物的孔洞、烟囱或开着的门窗进入室内，有时也经过不接地的门窗铁网进入室内，造成设备及建筑物燃烧和爆炸事故。
4.2 外部防雷
外部防雷系统由避雷针、引下线、接地地网等组成，缺一不可。一般防止直击雷破坏是通过避雷装置即避雷针、引下线和接地网络构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。
然而避雷针、引下线和接地装置的导通只能保护安装避雷针的物体本身免受直击雷的损毁，但雷电会通过多种形式及途径破坏电子设备。对铁路通信机械室而言，天馈线系统和机房建筑物容易遭受到直击雷的袭击，可以通过合理的设计避雷针的保护角和良好的接地系统起到保护作用。接地体指埋入土壤中或混凝土中基础作散流用的导体。有人工接地体和自然接地体两种。接地网是把需要接地的各系统，统一接到一个地网上或者把各系统原来的接地网通过地下或者地上用金属连接起来，使它们之间成为电气相通的统一接地网。一定要有一个良好的接地系统，因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果铁路通信机械室接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰、防静电等问题都需要建立良好的接地系统来解决。一般整个通信信号综合楼的接地系统有：建筑物地网、工作地、保护地、逻辑地（也称信号地）、防雷地等。然而，各地网之间必须独立时，如果相互之间距离达不到规范要求的话，则容易出现地电位反击事故，因此，各接地系统之间的距离达不到规范的要求时，应尽可能连接在一起，实现联合接地。如实际情况不允许直接连接的。可通过地电位均衡器实现等电位连接。
4.3 内部防雷
有可靠的外部防雷措施同时更需要完善内部防雷措施。内部防雷工程主要由屏蔽、防雷元件和等电位连接三部分组成。
（1）屏蔽
每对双绞线或每根光电缆线都可使用金属屏蔽，不同的双绞线或光电缆线放在一起可共同使用一个金属屏蔽。由于金属屏蔽的趋肤效应产生的吸收和反射作用。可更好的分割周围的电磁场和减少单独屏蔽的线间串音。
（2）防雷元件
防雷元件是用一种低压时呈现高阻开路状态，高压时呈现低阻短路状态。能承受数百安培大电流通过的过压保护电子器件组合。将防雷元件并联在供电线路、信号传输线路上使用。当遇到雷击和高电压大电流时其立即呈现短路，将瞬间产生高电压大电流通过地网泄放到大地中。使设备受到保护。发生雷击时，直击雷或者沿着线路进入室内的感应雷会使设备的进线电压瞬间急速升高，达到几百甚至上千伏。由于在进线端采用了第一级保护。并联一个气态放电管，通过惰性气体的电离，能转移大部分的瞬变能量。因为无分布电感电容，流通容量极大，特别适合用于吸收直击雷，保护后的残留电压为几十伏。对于集成电路而言。这个电压还是很高，还起不到有效保护。另外气态放电管，反应速度慢，导致其上冲电压可达到电压峰值，有鉴于此，增加一级保护，并且在两极之间采用电感耦合，利用电感电流不能突变的原理，起到一个延迟的作用，为第二级保护赢得时间，并减轻对第二级的压力。第二级主要是采用固态放电管，它是基于可控硅原理的一种负阻器件，在冲击电压作用下。其前沿上冲电压非常低，显示出极强的抑制特性，并且響应速度非常快（纳秒级），分布电容小，残压低于5V，且对电流的吸收能力也相当大，非常适合用于铁路通信工程、电子部件的防雷保护。
5 接地电阻的测量
接地电阻的测试仪表可用ZC-8型一类的接地电阻测量仪进行测量。一个接地体要与大地完全融合，要求接地体的外径与接地电阻测试仪的电压极棒相距20m以上（具体距离还与土壤成分、湿度、电阻系数和酸碱度等有关），所以在测试时，要求接地电阻测试仪各电位间的距离在20m以上。测试方法一般有直线布极法、三角形布极法、和两侧布极法，其中现场经常用到的是直线布极法，所测出的误差为最小。
5.1 直线布极法测量介绍
用ZC-8型仪表测量接地电阻的方法和步骤如下：
（1）首先要弄清被测地网的形状、大小和具体尺寸，以确定被测地网的对角线长度D（或圆形地网的直径D）。
（2）在距离接地体的2D处，打下接地电阻测试仪的电流极棒（C），即用接地电阻测试仪表所携带的长电线，在用测试仪表的较短线即电压极棒分别打在D，1.2D，1.4D的位置进行三次测量。三次测得的电阻为R1、R2、R3。实际接地电阻值R可用公式求得：R=2.16R1-1.9R2+0.73R3
（3）当电流极棒或电压极棒应插位置不能插入土壤中时，可延长电流极棒及电压极棒的比率位置。具体接地电阻仪表接线如图2所示。
（4）当地网的对角线长D<20m，则电流极棒至接地网的距离应≥40m。
（5）聯合接地体E及电压极棒P、电流极棒C的接地点应在同一条直线上。
6 结束语
科学的设计一个安全、经济、有效的铁路通信机房防雷与接地系统是一项十分繁杂的工作，但只要经过大量的现场勘探、土质、地质的考察并综合周围建筑的情况及各系统自身对地接地的特殊要求等多种因素，实现一个避免雷击的、安全的通信机房是完全可能的。
参考文献
[1] 张雷霆，通信电源，[M]北京：人民邮电出版社.2005.2
[2]《建筑物防雷设计规范》GB 50057—94
[3] 王东光，康桂秋.通信设备接地电阻及其测量方法[J].黑龙江科技信息，2010，（35）：55-55.
[4] 苏邦礼等.雷电与避雷工程[M]Z中山大学出版社.1996.11.
作者简介
杨子俊（1975-），男，汉族，本科学历，工程主管，单位：神华准能集团有限责任公司基建工程管理中心，通信专业。