等電位連接(Equipotential Bonding)是通信局(站)接地系統的重要組成部分。在我國工程建設標準GB 50689《通信局(站)防雷與接地工程設計規范》中,對等電位連接的定義是:將分開的裝置、諸導電物體用等電位連接導體或浪涌保護器連接起來以減小雷電流在它們之間產生的電位差。通信局(站)中,依據GB 50689的要求,通信系統應根據通信設備的分布和通信機房的面積、通信設備的抗擾度及設備內部的接地方式選擇等電位連接方式。
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一、等電位連接方式
1、我國標準的規定
依據GB 50689等相關標準的規定,通信系統的等電位連接方式一般可采用網狀(M型結構)、星形(S型結構)或網狀-星形混合型接地結構。M型和S型也稱為等電位連接的基本結構,如下圖1-1-1所示,其它們的組合方式詳見下圖1-1-2。
圖1-1-1:等電位連接的基本結構(M型和S型)
圖1-1-2:等電位連接的組合方式
2、ITU-T建議
在ITU-T建議K. 27《電信大樓內的連接結構和接地》中,也給出了等電位連接的基本結構:M型和S型。還建議了電信設備布置與公共連接網(CBN)的連接,如圖1-2所示,也是基于等電位連接的基本結構的。
圖1-2:ITU-T建議的電信設備布置與CBN連接
二、三種結構的特點比較:
1、網狀接地結構(M型結構)
由圖1-1-1可知,網狀接地可以減少各類設備因接地點不同引起的電位差,通信系統可從不同的方位就近接地。由于網狀接地系統是多點接地,建筑物內的金屬構件、電纜支架、槽架無須專門做絕緣處理,因此在通信局(站)內通信設備的施工實施較為容易。網狀等電位連接的另一主要優點是在高頻時可獲得一個低阻抗網絡,對外界電磁場有一定的衰減作用。其缺點是異常電流的方向和路徑很難確定,個別情況下可能會引入低頻干擾。網狀結構一般適用于分布范圍較大的系統或設備間、設備與外界的連接線較多,而且復雜的情況。
2、星形接地結構(S型結構)
在圖1-1-1中,星形接地容易解決通信系統間的低頻干擾問題(在高頻下易引入干擾)。因為這種接地方式減少了環流電流的干擾,使得干擾電流不能形成回路。由星形接地形式衍生出的樹枝型接地結構,要求從地網只引出一根垂直的主干地線到各機房的分匯流排,再由分匯流排引至各列機架。當采用星形結構時,系統的所有金屬組件除連接點外,應與公共連接網保持絕緣,S型等電位連接網只允許單點接地。星形接地結構的缺點是:當系統規模較大,設備間連接復雜時,等電位效果較差。
3、網狀-星形混合型接地結構
由圖1-1-2可知,網狀-星形混合型接地采用了兩類結構的優點,主體采用網狀結構減少了不同設備接地之間的電位差,方便就近接地。而對個別低頻干擾較為敏感的設備采用局部星形布置。因此這種等電位連接方法,方便靈活、接線簡便、安全性和可靠性較高。
通信系統的等電位連接方式,采用S型還是M型,除考慮通信設備的分布和機房面積大小外,還應根據通信設備的抗擾度及設備內部的接地方式來選擇。各樓層室內等電位連接網絡應與垂直接地主干線(VR)可靠連接。使用局部匯流排(LEB)的等電位連接網絡,應引至本樓層匯流排(FEB)或水平接地匯集線。
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三、基本結構等電位連接的應用分析
在GB 50689和YD/T 2324《無線基站防雷技術要求和測試方法》中,都給出了M型和S型基本結構的等電位連接方式,在移動通信基站中的具體應用,并給出了基站內設備與設施的M型與S型連接的具體連接圖。而YD/T 2324還給出了這兩種等電位連接方式的下述分析,以分析其應用利弊:
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1、星形接地方式(S型結構)分析
國內無線基站現有的機房設備的接地方式一般采用如下圖3-1所示的星形接地方式,其中圖3-1(a)為示意圖,圖3-1(b)為其等效圖。雖然這種接地方式在許多基站已廣泛使用,但由于設備的接地線過長(5m~10m),當泄放雷電時,會在其接地引線上產生很大的電位差,導致設備損壞。另外由于設備的接地線過長,當由多個設備的地線與傳輸線構成的環面積過大時,雷擊時的空間電磁場產生的電磁感應將成為設備雷擊損壞的另一重要因素。
圖3-1:無線基站的星型接地方式分析
2、網形接地方式(M型結構)分析
對于無線基站機房,若采用網狀連接,消除了機房因采用大星形連接易在設備間產生較大的電位差而損壞設備的隱患。對于網形接地方式示意如下圖3-2(a),其等效圖如下圖3-2(b)所示。此時的電位差可由U=Ldi/dt+IR推算, 如引線長1m,入侵的雷電流為8/20μs、20kA,每米導線上的電壓降達3.6kV,如果等電位連接點提高到圖3-2中的a點(a至設備B之間為0.5m, a至PE之間為4.5m),則設備A和設備B間的電位差降為1.8kV,僅為原電位差的十分之一。
圖3-2:無線基站的網型接地方式分析
由上分析,M型和S型的等電位連接方式,是為了減小電位差對設備間的影響,但在具體應用中,由于其連接結構固有的特點,電位差的影響不可能減小為零,兩者相比,也只是減小的程度的差異。因此,在基站的兩種基本結構的等電位連接方式,各有其固有的利弊。在選擇時,應考慮基站的具體情況,如基站所處地區的年雷暴日、所處的地理位置、地質氣候條件、土壤組成等具體環境情況。
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