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通信接地系统的接地电阻相关知识

浏览:8425  来源:通信人在线  日期:2019-10-07

一、概述

1、接地电阻的概念

接地系统电阻是表征接地系统质量优劣的一个重要标志。接地电阻值越小,其泄入大地的电荷或电流越快、越顺畅,其接地系统的效果就越好。对于通信接地系统,可能因为具体通信系统或通信设备或通信设施的不同,其对接地电阻值的上限(最大值)要求有所不同,但对其下限是没有限制的,理论上可以为零(但实际上是难以为零)。因此,在通信接地系统中,往往只对接地电阻值的上限提出要求,一旦突破上限,必对通信系统的运行质量造成影响(如串音、噪声等),乃至可能有烧毁设备的现象发生。

对于通信接地系统通常有两种情况之分,一是通信局(站)的接地系统,该接地系统要求必须采用联合接地方式,局(站)内和局(站)周围的通信设备或设施的接地系统都纳入联合接地之中。对于联合接地方式的接地电阻值往往不做限制要求而考核的是地网有效面积。另一种情况是无法利用建筑物接地系统的、且直接处于气候影响之下的、必须单独建立的接地系统,如通信线路设施(包括线路、交接设备与分线设施等);通信业务设施(如室外机房/机柜/设备/塔等)等,这些需要独立建立的通信接地系统必须对接地电阻值提出上限要求,且需要定期测试的,一旦发现超出上限值,必须做降阻处理。

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2、接地电阻的定义

由通信接地系统的组成可知,接地系统的接地电阻应是接地体周围的土壤电阻、土壤和接地体之间的接触电阻、接地体本身的电阻以及接地引入线、接地汇集线、接地线电阻的总和。在这些电阻中,其决定性作用的是接地体周围的土壤电阻,其他各部分的电阻都比它小得多,在正常情况下可忽略不计的。

因此,根据GB 50689《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》等相关标准,其给出的接地电阻(Ground Resistance)的定义是:电流流过接地装置时,接地极与远方大地之间的电阻。其数值等于接地装置相对远方大地的电压与通过接地极流入地中电流的比值。

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3接地电阻的分类

我们知道,接地系统的功能之一是为使用大地作回流体的通信系统提供低阻接地回路;但还有一个重要的功能是为一旦遭受直击雷或感应雷的雷击时,为其雷电流提供泄流入地的低电阻通路。鉴于此,接地电阻可分为工频接地电阻(Power Frequency Ground Resistance)和冲击接地电阻(Impulse Earthing Impedance),其具体定义详见下表1-3。通常情况下,所说的接地电阻是指工频接地电阻。其数值R0等于接地装置相对远方大地(零电位点)的电压U0与通过接地体流入地中电流Id的比值,即:R0=U0/Id。一般在通信接地系统中,对于所规定的接地电阻值和所测量的接地电阻值都是指工频接地电阻。

1-3:工频接地电阻和冲击接地电阻

当冲击电流(雷电流)通过接地体向大地泄流时,不采用工频接地电阻,而是采用冲击接地电阻,即用冲击接地阻抗来衡量接地体与远方大地之间的阻抗大小。它是接地装置对地电压的峰值与流入大地电流峰值的比值。由于冲击电流可在土壤中形成强烈放电,使土壤的等效电阻率大为降低,因此冲击接地阻抗一般小于工频接地电阻。但冲击电流的频率比工频高的多,对于长距离的伸长接地体来说,由于其电感效应,冲击接地电阻可能大于工频接地电阻。

二、接地电阻的估算与测量

1、电阻值与土壤电阻率

有上定义得知,接地电阻是与接地装置中接地体紧密接触的大地土壤密切相关的。而土壤的一个非常突出的物理性能即具有导电性的,其导电性能的优劣表征于土壤电阻率的大小,土壤电阻率越小能够获得的接地电阻就越小。影响土壤电阻率的因素主要有:土壤类型、含水量、含盐量、温度、土壤的紧密程度等化学和物理性质,同时土壤电阻率随深度变化较横向变化要大很多。

因此,在接地系统的设计与制作时,必须要了解所建地的土壤电阻率情况,以确保所建接地系统的接地电阻的要求,且应保证其长期稳定。必要时需要对土壤电阻率进行测量。

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2、接地电阻值的估算

通信局(站)联合接地系统的接地电阻,可以通过地网大小及网孔数进行估算的。在当初YDJ 26-1989《通信局(站)接地设计技术规定》(综合楼部分)标准的条文说明中,曾给出了接地电阻值的估算公式要求:由于综合通信大楼地网面积大且地网内的网孔数一般大于10个,所以它的接地电阻值可按下式1来估算,式中各符号的含义及要求详见下表2-2-1

                  1

2-2-1:式1中各符号的含义及要求

GB 50689-2011标准的条文说明中,对基站联合接地系统地网的接地电阻给出的估算公式如下式2所示,其式中各符号的含义及要求详见下表2-2-2

         2

2-2-2:式2中各符号的含义及要求

由表2-2-1和表2-2-2中的符号可以看出,两个计算式的计算原理是相同的,它们的计算主要取决于接地网的面积,只是式2相对精确些。经分析,式2可以进一步简化为:R≈0.5ρ/A1/2A为接地网的总面积,此时式2与式1相同(此时k值为0.5)。

R≈0.5ρ/A1/2式可知,在土壤电阻率ρ已知时,若要使接地电阻R越小则地网面积A应越大。下表2-2-3给出了R=5W时,不同ρ值时的地网面积A。由表可以看出,在高电阻率的地区,基站地网的接地电阻在早期标准中要求控制在5W很是难以实现的。

2-2-3R=5W时土壤电阻率ρ与地网面积A间的关系

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3、接地电阻值的测量

通信接地系统的接地电阻,尤其是单独建立的独立接地系统的接地电阻是会变化的,这种变化分为短期变化和长期变化。短期变化指是随着温度、土壤含水量(如天气长期干旱等)而引起的变化;长期变化如引接地体腐蚀或接地装置的连接点腐蚀等而造成的变化。这些变化都可能导致接地系统的接地电阻增加。因此,在建立接地系统时或维护中,必须应使接地电阻尽可能的小,以抵消这种变化的影响,使接地电阻值要求长期保持在规定的数值以下,来保证接地系统的可靠性。因此,在通信接地系统的建立或维护中,应对接地电阻进行测量,接地电阻的测量应采用专用的接地电阻测量仪进行,在GB 50689中推荐常用的测量方法三极法和三角形法。

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另外,在测得的土壤电阻率很大,难以达到规定的接地电阻要求时,或者在接地电阻的测量时其接地电阻值已超出了规定值要求时,就需要采用降阻的方法,来改变土壤的电阻率,以确保其接地电阻值的要求。

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三、通信接地系统的接地电阻要求

前已述,对于通信接地系统通常分为通信局(站)的联合接地方式的接地系统,和不能利用建筑物的、并直接处于气候影响之下的,必须要单独建立的独立接地系统。这两种情况下的通信接地系统对于其接地电阻是有所不同的。

1、联合接地方式的接地系统

对于通信局(站)采用联合接地方式的接地系统的接地电阻,其要求又分为两种情形:

一是不对接地电阻值提出具体要求的通信局(站),如综合通信大楼、有线通信局站等。这类通信局站能够获得很低的阻值(通常可以达到零点几欧量级),并可保证长期的稳定可靠。因此在规范中往往不对其接地电阻值给出具体要求,而考核的是地网有效面积。

二是,对接地电阻值同时提出了具体要求的通信局(站),如基站、微波站或卫星地球站以及小型的通信站点等。特别是对于移动通信基站虽采用联合接地方式,但是有的基站建设的特殊地理环境,如丘陵、山区等,此时虽然采用了联合接地方式,但预期的接地电阻值可能不被保证的,因此提出了最大限值要求,但仍达不到要求时,就不对电阻限值做出限制,而是对其地网有效面积做出规定。

2、单独建立的独立接地系统

对于直接处于大气气候环境影响,又没有建筑物地基地网接地系统可联合接入的通信设备或设施,是需要单独建立通信接地系统,以提供这些通信设备或设施运行或安全的条件。对于这类单独建立的独立接地系统,我国相关标准规范中,对其相应的接地电阻值都提出了最大值的限制要求的,在日常运行及维护中是要得到切实保证的。

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附录
本文的附表2019-10-07
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