移動(dòng)通信大樓的電氣安全及抗干擾問(wèn)題

摘要： 本文闡述了移動(dòng)通信大樓工作設備的特殊性及其電氣安全的重要性，通過(guò)對電氣干擾產(chǎn)生的根源及其危害的分析，提出了針對這些問(wèn)題采取相應的防范措施，并以具體的工程實(shí)例加以說(shuō)明。

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)通信 大樓 電氣安全 抗干擾

引言

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，移動(dòng)電話(huà)已經(jīng)成了我們日常生活中必不可少的通信工具，自從中國移動(dòng)與電信行政脫勾后，各省移動(dòng)公司便紛紛著(zhù)手建立自己的通信綜合大樓。移動(dòng)通信大樓的主要工作設備有傳輸機、微波機、整流設備以及作計費、監控、數據業(yè)務(wù)用的電子計算機設備。這些設備價(jià)格昂貴同時(shí)又對電氣干擾非常敏感，更關(guān)鍵的是這些設備若運行不穩定，出現故障或是損壞，將牽涉到社會(huì )各行各業(yè)，其社會(huì )影響及經(jīng)濟損失將是巨大的。因此怎樣消除和抑制各種電氣干擾，保證設備穩定可靠地工作，保護設備與人身的安全便成了設計安裝中至關(guān)重要的問(wèn)題。設計上除了將電信用電作為重要保證負荷，提供其雙電源或柴油發(fā)電機自備電源外，更要考慮各種電氣擾動(dòng)對設備安全運行的影響，電氣干擾主要有電壓擾動(dòng)和過(guò)大的諧波電流及對地泄漏電流。本文將通過(guò)分析電氣干擾產(chǎn)生的根源及其對移動(dòng)大樓電信設備的危害，來(lái)提出相應的解決措施及設計注意事項。

1、電壓擾動(dòng)

電壓擾動(dòng)包括瞬態(tài)過(guò)電壓，電壓驟降和電壓波動(dòng)

1.1瞬態(tài)過(guò)電壓

瞬態(tài)過(guò)電壓表現為有快速突升的高電壓脈沖疊加到供電電壓上。其起因有兩方面：一是大氣雷電的強大瞬變電磁場(chǎng)對地面電氣線(xiàn)路產(chǎn)生的感應過(guò)電壓；二是大功率電感性負荷或改善功率因數的電容器投切時(shí)回路周?chē)艌?chǎng)的瞬間變化對鄰近線(xiàn)路產(chǎn)生的感應過(guò)電壓，瞬態(tài)過(guò)電壓可使電子設備損壞，并且可通過(guò)電感對數據線(xiàn)的耦合造成計算機及通訊設備上的數據失誤。

1.2電壓驟降

電壓驟降是指線(xiàn)路電壓的驟然大幅度降低，其持續時(shí)間可長(cháng)達幾秒鐘。它的起因是線(xiàn)路所接大功率重負載電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)造成線(xiàn)路以至所接母線(xiàn)電壓的下降。如果電壓驟降時(shí)間過(guò)長(cháng)，可引起電子信息設備的數據丟失。

1.3電壓波動(dòng)

電壓波動(dòng)實(shí)質(zhì)是小幅值的電壓驟降，它也可使高靈敏度的電子信息設備工作失常。

1.4電壓擾動(dòng)的防范措施

對瞬態(tài)過(guò)電壓的主要防范措施是在電源線(xiàn)路和信息線(xiàn)路有關(guān)部位裝設過(guò)電壓保護器，即大樓交流變壓器高低壓側的三根相線(xiàn)分別對地加裝無(wú)間隙氧化鋅避雷器，另外，出入基站的所有電力線(xiàn)均在出入口加裝電涌保護器。消除電壓驟降的措施是對大樓內大功率電機采取軟起動(dòng)方式，另外電信設備與其它空調水泵等負荷分開(kāi)變壓器供電。

2、過(guò)大的諧波電流

2.1諧波電流的產(chǎn)生及其危害

諧波電流起源于現代日益增長(cháng)的非線(xiàn)性負荷的應用。眾所周知，理想的電源波形為正弦波，當對非線(xiàn)性負荷施加正弦波電壓時(shí)，其電流波形將畸變而不再為正弦波，如圖1所示。此波形畸變的電流除基波電流外，還包含若干奇次和偶次諧波電流。過(guò)大的諧波電流引發(fā)的問(wèn)題很多，我們不妨用數學(xué)公式推算一下，一般地正弦電流波形為奇函數，設三相電流為：

式中IM為相電流峰值，ω為角頻率，Φ為初相位，則中線(xiàn)電流為：

當n=3k時(shí)，iN，n=0

當n=3k+1時(shí)

當n=3k+2時(shí)，iN，n=0

故中線(xiàn)電流有：

從以上傅立葉表達式可以看出，偶次諧波在中性線(xiàn)上可被抵消，當諧波次數為3了的奇數倍時(shí)，中性線(xiàn)將流過(guò)相當于相線(xiàn)諧波電流三倍的分量，大量的奇次諧波疊加將在中性線(xiàn)上產(chǎn)生過(guò)大的諧波電流，從而使中性線(xiàn)過(guò)熱，當三相負荷不平衡時(shí)，甚至出現中性線(xiàn)電流大于相線(xiàn)電流情況，這就容易出現因中性線(xiàn)過(guò)載而引發(fā)火災事故。移動(dòng)通信大樓的電子設備本身是諧波電流發(fā)生源，其諧波電流引起的嚴重諧波電壓傳導到其它狀態(tài)完好的電子信息設備，使其工作不穩定甚至元件損壞，特別是電腦主機和打印機電源部分。另外，過(guò)大的諧波電流還使得電子信息設備的配電回路的斷路器誤動(dòng)作，因為含有大量的諧波電流回路的電流實(shí)際有效值要比計算所得或簡(jiǎn)單測得的值要大。

2.2過(guò)大諧波危害的防范措施

由以上分析我們看出有非線(xiàn)性負荷就有諧波存在，我們防范的措施主要是避免諧波電流的匯合增大和減小回路諧波電壓的分量。具體做法是：

a. 大樓內所有電氣線(xiàn)路穿鋼管敷設，因為接地良好的金屬導管為穿過(guò)它的導線(xiàn)起到了對射頻干擾的屏蔽作用。

b. 每相用各自的中性線(xiàn)，對產(chǎn)生諧波的設備回路（如大量電子鎮流熒光燈回路，電子計算機電源回路等）增加兩倍的中性線(xiàn)。

c. 選用D1YN11接線(xiàn)的三相配電變壓器為三次諧波電流提供環(huán)流通路。

d. 將敏感設備與其它設備分開(kāi)，從低壓配電室開(kāi)始由單獨配電柜引出專(zhuān)用回路供電信設備用電。

e. 適當限制每個(gè)回路的插座數量，以減少分支配電回路中敏感設備的數量，有助于減小回路諧波電壓的含量。

3、過(guò)大的對地泄漏電流

3.1泄漏電流的產(chǎn)生和危害

對地泄漏電流分高頻對地泄漏電流和工頻對地泄漏電流。移動(dòng)通信大樓內裝有大量的電子信息設備，其電源裝置均為開(kāi)關(guān)模式（SMPS），從電源開(kāi)關(guān)瞬變過(guò)程中產(chǎn)生幅值很大的高頻對地泄漏電流，此高頻泄漏電流產(chǎn)生高頻噪聲，使對噪聲敏感性很高的通信設備和計算機的工作受到干擾。為防止這種高頻分量的干擾在供電系統中傳布，每個(gè)SMPS的輸入端上均配濾波器——即在相線(xiàn)和中性線(xiàn)上各串一個(gè)小電感并連接一個(gè)小電容器接地，這樣濾波器的電容在相線(xiàn)和保護接地線(xiàn)間形成一條通路而有電流流過(guò)，此為工頻對地泄漏電流。對一臺設備而言，這種電流十分微?。ㄍǔＰ∮?.5mA），但是多臺設備并聯(lián)時(shí)，其合成電流就可能相當大，

式中：IC——對地泄漏電流（A）

UO——相對地標稱(chēng)電壓（220V）

f ——工頻頻率（50HZ）

C——濾波電容器的電容量（F）

XC——容抗（Ω）

按此式計算，當濾波電容大于0.217μF時(shí)，正常工頻漏電電流即有15mA以上，實(shí)際上回路合閘時(shí)的電容充電電流更數倍于此，因此使得漏電斷路器RCD誤動(dòng)作而切斷電源，影響正常工作。最危險的是當電流至設備處PE線(xiàn)任一處中斷還有可能導致人體接觸電壓大大超過(guò)接觸電壓限制50V，造成電擊事故。

3.2防止對地泄漏電流危害的措施

通常地我們在配電線(xiàn)路末端插座回路裝設漏電保護器，它可以在相線(xiàn)和保護線(xiàn)間的偶然接觸時(shí)跳閘，以保護人身安全，這只是消除其危害的一方面。更主要的是對地泄漏電流產(chǎn)生的噪聲對通訊設備和信息設備造成嚴重干擾，要克服這一點(diǎn)，就要將這些設備連接到干凈的或無(wú)噪聲的“地”上去，這個(gè)接地稱(chēng)為“電信接地”。

常規的建筑物接地系統主要是在故障情況下保證人身設備安全，而現在必須同時(shí)能承載連續的泄漏電流并要用來(lái)抑制高頻噪聲電流，因此其接地方式和用材都有所不同。移動(dòng)通信大樓的接地分工作接地 保護接地和防雷接地三種，按均壓等電位的原理，這三種接地最終組成一個(gè)聯(lián)合接地網(wǎng)。機房接地采用網(wǎng)形接地布置方式，在機房活動(dòng)地板下設閉合環(huán)形接地線(xiàn)，作為地板金屬支架接地引線(xiàn)排，其材料為銅導線(xiàn)，截面積應不小于50mm2，并從接地匯集線(xiàn)上引出不少于二根截面積為50~75mm2的銅質(zhì)接地線(xiàn)與引線(xiàn)排的南北或東西側連通。下面以具體的工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明移動(dòng)大樓接地系統的連接方式。

3.3工程應用實(shí)例

某移動(dòng)通信綜合大樓總建筑面積約八千平米，共9層，其功能房有整流電源室 交換機房 傳輸機房 微波機房及監控室 主機房數據業(yè)務(wù)中心等。本大樓采用聯(lián)合接地形式，利用建筑物基礎鋼筋作接地裝置，將基礎底部主鋼筋通長(cháng)焊接成閉合回路作為共用接地網(wǎng)，總接地電阻不大于1歐姆，基礎層設接地總匯集環(huán)，室外設人工接地環(huán)，接地總匯集環(huán)與基礎接地網(wǎng)或室外環(huán)形接地體每隔5~10米相互連接一次，所有接地裝置及連接點(diǎn)上進(jìn)行防腐處理。其接地系統接線(xiàn)圖見(jiàn)圖2。

4．幾點(diǎn)體會(huì )

移動(dòng)通信大樓的電氣安全和抗干擾問(wèn)題是個(gè)復雜的問(wèn)題，如何利用現有的條件，既方便施工，節省投資，又能保證安全可靠，還有待于探討。筆者認為在設計安裝中掌握幾個(gè)基本原則，并因地制宜，第一，根據法拉第籠均壓屏蔽的原理，充分利用建筑物結構鋼筋作接地裝置，使整個(gè)建筑物成為一個(gè)等電位體；第二，大樓內各種接地線(xiàn)應從接地匯集線(xiàn)或接地網(wǎng)上分別引入；第三，機房?jì)炔捎镁W(wǎng)接地形式，建立相同且相對穩定的零電位，從而屏去干擾。

接地總匯集線(xiàn)采用40X5的扁銅

接地干線(xiàn)采用120mm2的多股銅芯絕緣電纜

接地分匯集線(xiàn)采用25X5的扁銅

1．《移動(dòng)通信基站防雷與接地設計規范》，YD5068-98 中華人民共和國通信行業(yè)標準

2．《建筑物防雷設計規范》GB50057-94 2001年版

3．《優(yōu)化電氣設計實(shí)踐指南》國際銅業(yè)協(xié)會(huì )（中國）

4．《電子計算機接地系統淺析》劉轉洲 電氣工程應用94年第四集